計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試題一答案(共15頁)

1、一、簡答題（每小題5分，共50分）畫出典型(dinxng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖。答：典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖如下： 根據(jù)采樣(ci yn)過程的特點(diǎn)，可以將采樣分為哪幾種類型？答：根據(jù)采樣過程的特點(diǎn)，可以(ky)將采樣分為以下幾種類型。(1) 周期采樣 指相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等，也稱為普通采樣。(2) 同步采樣如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同且同時(shí)進(jìn)行采樣，則稱為同步采樣。(3) 非同步采樣如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同但不同時(shí)開閉，則稱為非同步采樣。(4) 多速采樣如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，每個(gè)采樣開關(guān)都是周期采樣的，但它們的采樣周期不相同，

2、則稱多速采樣。(5) 隨機(jī)采樣若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔不相等，則稱為隨機(jī)采樣。簡述比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的作用。答：(1)比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)KP。比例調(diào)節(jié)器雖然簡單快速，但對于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對象存在靜差。加大比例系數(shù)KP可以減小靜差，但是KP過大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2)積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)具有累積成分，只要偏差e不為零，它將通過累積作用影響控制量

3、u，從而減小偏差，直到偏差為零。積分時(shí)間常數(shù)TI大，則積分作用弱，反之強(qiáng)。增大TI將減慢消除靜差的過程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。(3)微分調(diào)節(jié)器：為加快控制過程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。采樣保持器LF398工作原理圖如下圖，試分析其工作原理。答：LF398的電路原理：放大器A2作為比較器來控制開關(guān)K的通斷，若IN+的電壓高于IN-的電壓，則K閉合，由A1、A3組成跟隨器，并向CH端外接的保持電容充電；IN+的電壓低于IN-

4、的電壓時(shí)，則K斷開，外接電容保持K斷開時(shí)刻的電壓，并經(jīng)A3組成的跟隨器輸出至Aout。線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？答：線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是： 閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根的模zi1，即閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均位于z平面的單位圓內(nèi)。為什么會(huì)出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象？答：當(dāng)給定值發(fā)生很大躍變時(shí)，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分計(jì)算出的控制增量可能比較大(由于積分項(xiàng)的系數(shù)一般小得多，所以積分部分的增量相對比較小)。如果該計(jì)算值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度，那么，控制作用必然不如應(yīng)有的計(jì)算值理想，其中計(jì)算值的多余信息沒有執(zhí)行就遺失了，從而影響控制效果。什么是振鈴現(xiàn)象(xin

5、xing)？如何消除振鈴現(xiàn)象？答：所謂振鈴(Ringing)現(xiàn)象，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率(pnl)大幅度衰減的振蕩。有兩種方法可用來消除振鈴現(xiàn)象。第一種方法是先找出D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(z=-1附近的極點(diǎn))，然后令其中的z=1，根據(jù)終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)態(tài)值。第二種方法是從保證閉環(huán)系統(tǒng)的特性出發(fā)(chf)，選擇合適的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間常數(shù)Tc，使得數(shù)字控制器的輸出避免產(chǎn)生強(qiáng)烈的振鈴現(xiàn)象。什么是嵌入式系統(tǒng)？如何理解嵌入式系統(tǒng)的定義？答：目前國內(nèi)普遍被認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本

6、、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通常，從以下幾個(gè)方面來理解嵌入式系統(tǒng)的定義：(1)以應(yīng)用為中心是指嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的。(2)嵌入式系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、語音圖象數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，甚至傳感器等先進(jìn)技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與具體應(yīng)用對象相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要對軟、硬件進(jìn)行剪裁以適應(yīng)實(shí)際系統(tǒng)在功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面的要求。說明嵌入式系統(tǒng)存在著一個(gè)較為通用的軟、硬件內(nèi)核。這個(gè)內(nèi)核往往是幾KB到幾十K

7、B之間的微內(nèi)核，正是由于微內(nèi)核的存在，才使得嵌入式系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需要在軟、硬件方面得以順利的裁剪或擴(kuò)充。簡述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。答：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通常具備下述特點(diǎn)(1) 非定常性。數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)刻不再是定常和有規(guī)則的, 更不能再用簡單的采樣時(shí)間來刻畫。(2) 非完整性。由于數(shù)據(jù)在傳輸中可能發(fā)生丟失和出錯(cuò)，數(shù)據(jù)不再是完整的，當(dāng)然數(shù)字控制中也可能有類似的現(xiàn)象，但在網(wǎng)絡(luò)控制中發(fā)生的可能性要大得多。(3) 非有序性。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間的不確定，先產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可能遲于后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)到達(dá)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。因此, 數(shù)據(jù)到達(dá)的次序可能不再遵守原有的時(shí)間順序。非確定性。由于數(shù)據(jù)到達(dá)的隨機(jī)性，整個(gè)控制過程已不再是一

8、個(gè)確定性的系統(tǒng),而是一個(gè)隨機(jī)系統(tǒng)。簡述故障診斷技術(shù)所包含的內(nèi)容。答：故障診斷主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。(1) 故障的特征提取通過測量用定量和定性的信息處理技術(shù)獲取反映系統(tǒng)故障的特征描述。(2) 故障的分離與估計(jì)根據(jù)獲得的故障特征確定系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障以及故障的程度。(3) 故障的評價(jià)和決策根據(jù)故障分離與估計(jì)的結(jié)論對故障的危害及嚴(yán)重程度作出評價(jià)，近而決策出是否停止任務(wù)的進(jìn)程以及是否需要維修更換故障元部件。二、已知系統(tǒng)的差分方程為 （10分）輸入信號是初始條件為，試寫出輸出脈沖序列。解：三、設(shè)被控(bi kn)對象傳遞函數(shù)為，在對象前接有零階保持(boch)器，試求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)。 （10

9、分）解：廣義(gungy)對象傳遞函數(shù) 對應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為四、已知被控對象傳遞函數(shù)為 試用“二階工程最佳”設(shè)計(jì)法確定模擬控制器Gc(s)，并用后向差分法給出等效的數(shù)字控制器形式。（10分）解：經(jīng)動(dòng)態(tài)校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為應(yīng)選擇Gc(s)為PI控制器，其基本形式為為使PI控制器能抵消被控對象中較大的時(shí)間常數(shù)，可選擇則有 根據(jù)二階工程最佳設(shè)計(jì)法則，應(yīng)有解之得于是得到模擬控制器的傳遞函數(shù)為對以上的模擬PI控制器，根據(jù)后向差分近似的等效變換方法，得等效的數(shù)字控制器：五、已知廣義(gungy)被控對象:, 給定(i dn)T=1s (20分) 針對單位斜坡輸入設(shè)計(jì)最小拍有紋波控制系統(tǒng)(xtng),

10、 并畫出系統(tǒng)的輸出波形圖。解：由已知條件，被控對象含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，有能力產(chǎn)生單位斜坡響應(yīng)。求廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為可以看出，G(z)的零點(diǎn)為-0.718(單位圓內(nèi))、極點(diǎn)為1(單位圓上)、0.368(單位圓內(nèi))，故u=0,v=0(單位圓上除外),m=1。根據(jù)穩(wěn)定性要求，G(z)中z=1的極點(diǎn)應(yīng)包含在e(z)的零點(diǎn)中，由于系統(tǒng)針對等速輸入進(jìn)行設(shè)計(jì)，故p=2。為滿足準(zhǔn)確性條件另有e(z)=(1-z-1)2F1(z),顯然準(zhǔn)確性條件中已滿足了穩(wěn)定性要求，于是可設(shè) 解得 。閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 則 （圖略）。簡答題（每小題4分，共40分）1、連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有哪些特點(diǎn)？答：與連續(xù)控制

11、系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。(2) 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計(jì)算機(jī)通過程序?qū)崿F(xiàn)的（數(shù)字控制器），修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應(yīng)性。(3) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律。(4) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。(5) 一個(gè)數(shù)字控制器經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式，同時(shí)控制多個(gè)回路。(6) 采用計(jì)算機(jī)控制，如分級計(jì)算機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。2、簡述(jin sh)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般控制過程。答：(1

12、) 數(shù)據(jù)采集及處理，即對被控對象的被控參數(shù)進(jìn)行(jnxng)實(shí)時(shí)檢測，并輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 (2) 實(shí)時(shí)控制，即按已設(shè)計(jì)的控制規(guī)律計(jì)算(j sun)出控制量，實(shí)時(shí)向執(zhí)行器發(fā)出控制信號。3、簡述典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中所包含的信號形式。答：(1) 連續(xù)信號連續(xù)信號是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號，它的幅值可以是連續(xù)的、也可以是斷續(xù)的。(2) 模擬信號模擬信號是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號，它的幅值在某一時(shí)間范圍內(nèi)是連續(xù)的。模擬信號是連續(xù)信號的一個(gè)子集，在大多數(shù)場合與很多文獻(xiàn)中，將二者等同起來，均指模擬信號。(3) 離散信號離散信號是僅在各個(gè)離散時(shí)間瞬時(shí)上有定義的信號。(4) 采樣信號采樣信號是離散

13、信號的子集，在時(shí)間上是離散的、而幅值上是連續(xù)的。在很多場合中，我們提及離散信號就是指采樣信號。(5) 數(shù)字信號數(shù)字信號是幅值整量化的離散信號，它在時(shí)間上和幅值上均是離散的。4、線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是否只與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)？答：線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，不但與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，而且與輸入序列的形式及幅值有關(guān)。除此之外，離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與采樣周期的選取也有關(guān)。5、增量型PID控制算式具有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：(1)計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，因而誤差動(dòng)作影響小；(2)在i時(shí)刻的輸出ui，只需用到此時(shí)刻的偏差，以及前一時(shí)刻，前兩時(shí)刻的偏差ei-1，ei-2和前一

14、次的輸出值ui-1，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間；(3)在進(jìn)行手動(dòng)-自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡。6、如何利用試湊法調(diào)整PID算法的參數(shù)？答：(1)先整定比例部分：將比例系數(shù)KP由小調(diào)大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)趨勢，直到得到反映快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍之內(nèi)，同時(shí)響應(yīng)曲線已較令人滿意，那只須用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定。(2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)一般先置一個(gè)較大的積分時(shí)間系數(shù)TI,同時(shí)將第一步整定得到的比例系數(shù)KP縮小一些(比如取原來的80%)，然后減小積分時(shí)間系數(shù)使在保持系統(tǒng)較好的動(dòng)態(tài)

15、性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的靜差得到消除。在此過程中，可以根據(jù)響應(yīng)曲線的變化趨勢反復(fù)地改變比例系數(shù)KP和積分時(shí)間系數(shù)TI,從而實(shí)現(xiàn)滿意的控制過程和整定參數(shù)。(3)如果即使有比例積分控制器消除了偏差，但動(dòng)態(tài)過程仍不盡滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成PID控制器。在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間系數(shù)TD為零，在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大微分時(shí)間系數(shù)TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)KP和積分時(shí)間系數(shù)TI，逐步試湊，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。7、簡述對偶原理的基本內(nèi)容。答：對偶原理：設(shè)S1=(A,B,C)、S2=(AT, CT, BT)是互為對偶的兩個(gè)系統(tǒng)，則S1的能控性等價(jià)于S2的能觀測性；S1的能觀測性等價(jià)于S

16、2的能控性。或者說，若S1是狀態(tài)完全能控的(完全能測觀的)，則S2是狀態(tài)完全能觀測的(完全能控的)。8、與應(yīng)用了傳統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)的數(shù)字產(chǎn)品相比，嵌入式系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？答：系統(tǒng)內(nèi)核??；系統(tǒng)精簡；高實(shí)時(shí)性和高可靠性；智能化和網(wǎng)絡(luò)化；專用性強(qiáng)；需要有專用的開發(fā)工具和環(huán)境。9、 尖峰干擾是一種頻繁出現(xiàn)的疊加于電網(wǎng)正弦波上的高能隨機(jī)脈沖，如何防治尖峰脈沖干擾？答：尖峰干擾是一種頻繁出現(xiàn)的疊加于電網(wǎng)正弦波上的高能隨機(jī)脈沖，其幅度可達(dá)幾千伏，寬度只有幾個(gè)毫微秒或幾個(gè)微秒，出現(xiàn)的位置也無規(guī)律，因此采用常規(guī)的抑制辦法是無效的，而必須采取綜合治理辦法：(1)“遠(yuǎn)離”干擾源。(2) 用硬件設(shè)備抑制尖峰干擾的影響較常

17、用的抑制方法有三種：在交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻；采用鐵磁共振原理，如采用超級隔離變壓器；在交流電源輸入端串入均衡器。(3) 在大功率用電設(shè)備上采取措施抑制尖峰干擾的產(chǎn)生(4)采用“看門狗”(Watchdog)技術(shù)什么是硬件故障冗余系統(tǒng)？答：硬件故障冗余系統(tǒng)的定義是：如果一個(gè)系統(tǒng)在出現(xiàn)一定的運(yùn)行性故障時(shí)，依靠系統(tǒng)冗余硬件的內(nèi)駐能力，仍能保持系統(tǒng)連續(xù)正確地執(zhí)行其程序和輸入、輸出功能，則稱這一系統(tǒng)為硬件故障冗余系統(tǒng)。二、已知系統(tǒng)框圖如下所示： T=1s 試確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)K的取值范圍。 (15分)y(t)Tr(t)- 解：廣義對象傳遞函數(shù)對應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為此時(shí)(c sh)系統(tǒng)的特征方程為采用

18、(ciyng)雙線性變換可得等效(dn xio)的特征方程為此時(shí)，勞斯表為 w2 （1-0.0381K） 0.924K K 26.2 w1 0.924-0.386K K 0故K的變化范圍為 0 K 2.39。三、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為 試用雙線性變換法求出相應(yīng)的數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)，并給出控制器的差分形式。其中。解：令 控制器的差分形式為四、已知離散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下所示，采樣周期，輸入信號，求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 r(t)y(t)解：系統(tǒng)(xtng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為則誤差(wch)脈沖傳遞函數(shù)為穩(wěn)態(tài)誤差(wch)為五、已知廣義被控對象為 其中，T=1s。期望的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中的時(shí)

19、間常數(shù)取為Tc=0.5s,應(yīng)用史密斯預(yù)估器方法確定數(shù)字控制器。解：不含純滯后的廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為不考慮純滯后，閉環(huán)系統(tǒng)理想脈沖傳遞函數(shù)為，進(jìn)而求得于是得史密斯預(yù)估(y )器如下六、采用(ciyng)逐點(diǎn)比較法法插補(bǔ)圓弧OP，起點(diǎn)(qdin)坐標(biāo)O(0，5)，終點(diǎn)坐標(biāo)P(5，0)，圓心在原點(diǎn)。要求以表格形式給出插補(bǔ)計(jì)算過程，并畫出插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡。（10分）解：步數(shù)誤差判別坐標(biāo)進(jìn)給下一步誤差計(jì)算進(jìn)給后動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)終點(diǎn)判別初始化F0 x=0,y=5=101F=0-yF=F-2y+1=-9x=0，y=y-1=4=-1=92F0+xF=F+2x+1=-8x=x+1=1,y=4=-1=

20、83F0+xF=F+2x+1=-5x=x+1=2,y=4=-1=74F0+xF=F+2x+1=0 x=x+1=3,y=4=-1=65F=0-yF=F-2y+1=-7x=3，y=y-1=3=-1=56F0+xF=F+2x+1=0 x=x+1=4,y=3=-1=47F=0-yF=F-2y+1=-5x=4，y=y-1=2=-1=38F0-yF=F-2y+1=1x=5，y=y-1=1=-1=110F0-yF=F-2y+1=0 x=5，y=y-1=0=-1=0End（圖略）簡答題 （每小題4分，共40分）簡述開關(guān)量光電耦合輸入電路中，光電耦合器的作用。答：開關(guān)量光電耦合輸入電路，它們除了實(shí)現(xiàn)電氣隔離之外

21、，還具有電平轉(zhuǎn)換功能。2、 回答下述電路中克服共模干擾的工作原理。答：平時(shí)，開關(guān)K1i(i=1,2,.,n)處于閉合狀態(tài)，Ci的電壓跟蹤Vi的輸入值，開關(guān)K2i(i=1,2,.,n)處于斷開狀態(tài)。需檢測Vi時(shí)，則令K1i斷開,K2i閉合，放大器K的輸出經(jīng)采樣保持器送至A/D轉(zhuǎn)換器化為數(shù)字量，然后開關(guān)再恢復(fù)平時(shí)的狀態(tài)。在采樣、轉(zhuǎn)換過程中，放大器K不與任何模擬量信號輸入共地，電容Ci的電壓均為差模電壓，這樣就克服了共模電壓的影響。什么是采樣或采樣過程？答：采樣或采樣過程，就是抽取連續(xù)信號在離散時(shí)間瞬時(shí)值的序列過程，有時(shí)也稱為離散化過程。線性離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)的定義是什么？答：線性離散系統(tǒng)的脈沖

22、傳遞函數(shù)定義為零初始條件下，系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸出采樣函數(shù)z變換和輸入采樣函數(shù)z變換之比。何為積分飽和現(xiàn)象？答：在標(biāo)準(zhǔn)PID位置算法中，控制系統(tǒng)在啟動(dòng)、停止或者大幅度提降給定值等情況下，系統(tǒng)輸出會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，這種較大偏差，不可能在短時(shí)間內(nèi)消除，經(jīng)過積分項(xiàng)累積后，可能會(huì)使控制量u(k)很大，甚至超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的極限umax。另外，當(dāng)負(fù)誤差的絕對值較大時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)uumin的另一種極端情況。顯然，當(dāng)控制量超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限時(shí)，控制作用必然不如應(yīng)有的計(jì)算值理想，從而影響控制效果。這類現(xiàn)象在給定值突變時(shí)容易發(fā)生，而且在起動(dòng)時(shí)特別明顯，故也稱“起動(dòng)效應(yīng)”。等效離散化設(shè)計(jì)方法存在哪些缺陷？答：等效離散化設(shè)計(jì)方法

23、存在以下缺陷：(1) 必須以采樣周期足夠小為前提。在許多實(shí)際系統(tǒng)中難以滿足這一要求。(2) 沒有反映采樣點(diǎn)之間的性能。特別是當(dāng)采樣周期過大，除有可能造成控制系統(tǒng)不穩(wěn)定外，還使系統(tǒng)長時(shí)間處于“開環(huán)”、失控狀態(tài)。因此，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)變壞。(3) 等效(dn xio)離散化設(shè)計(jì)所構(gòu)造的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其性能指標(biāo)只能接近于原連續(xù)系統(tǒng)(只有當(dāng)采樣周期T=0時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)才能完全等同于連續(xù)系統(tǒng))，而不可能超過它。因此，這種方法也被稱之為近似設(shè)計(jì)。何為(h wi)最少拍設(shè)計(jì)？答：最少拍設(shè)計(jì)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號(如階躍信號，速度信號，加速度信號等)作用下，經(jīng)過最少拍(有限拍)，使系統(tǒng)輸出(shch)的

24、穩(wěn)態(tài)誤差為零。給出單輸入單輸出線性定常離散系統(tǒng)的能控性和能觀性與其脈沖傳遞函數(shù)之間的關(guān)系。答：單輸入單輸出線性定常離散系統(tǒng)完全能控和完全能觀的充分必要條件是脈沖傳遞函數(shù)不存在著零、極點(diǎn)相消。如果存在著零、極點(diǎn)相消，系統(tǒng)或者是不完全能控，或者是不完全能觀，或者既不完全能控又不完全能觀。嵌入式處理器可分為哪幾種類型？答：嵌入式處理器又可以分為以下四類（1） 嵌入式微控制器MCU（MicroController Unit）（2） 嵌入式微處理器MPU（MicroProcessor Unit）（3） 數(shù)字信號處理器DSP（Digital Signal Processor）（4） 嵌入式片上系統(tǒng)（Sys

25、tem On Chip，SOC）針對實(shí)際系統(tǒng)可能發(fā)生的故障，通常從哪幾個(gè)方面對故障進(jìn)行分類？答：實(shí)際系統(tǒng)可能發(fā)生的故障是多種多樣的，可以從下面幾個(gè)方面對故障進(jìn)行分類：（1） 從故障發(fā)生的部位看，分為傳感器故障、執(zhí)行器故障和受控對象故障；（2） 根據(jù)故障性質(zhì)，分為突變故障和緩變故障；（3） 從建模角度出發(fā)，可分為乘性故障和加性故障；（4） 從故障間的相互關(guān)系，分為單故障和多故障、獨(dú)立故障和局部故障。四、已知被控對象 （15分）設(shè)計(jì)一個(gè)特征值為的全維狀態(tài)觀測器。并畫出相應(yīng)的狀態(tài)變量結(jié)構(gòu)圖。解：能觀性矩陣滿秩，故系統(tǒng)能觀測，可設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測器。令輸出誤差反饋矩陣觀測器期望特征方程為觀測器特征方程為比較

26、上面兩式，可得五、已知某系統(tǒng)連續(xù)控制器的傳遞函數(shù) （15分）試分別用階躍響應(yīng)和脈沖響應(yīng)不變法求的等效數(shù)字控制器，并寫出相應(yīng)的差分方程表達(dá)式。其中采樣周期。解：1、階躍響應(yīng)不變法由可推得數(shù)字控制器的差分方程(fngchng)形式如下2、脈沖響應(yīng)不變法(bin f)由可推得數(shù)字控制器的差分方程形式(xngsh)如下簡答題 （每小題3分，共30分）使用光電隔離器件時(shí)，如何做到器件兩側(cè)的電氣被徹底隔離？答：光電隔離器件兩側(cè)的供電電源必須完全隔離。給出多通道復(fù)用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的原理示意圖。答：什么是信號重構(gòu)？答：把離散信號變?yōu)檫B續(xù)信號的過程，稱為信號重構(gòu)，它是采樣的逆過程。寫出零階保持器的傳遞函數(shù)，引

27、入零階保持器對系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)有何影響？答：零階保持器的傳遞函數(shù)為。零階保持器的引入并不影響開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的極點(diǎn)。階躍響應(yīng)不變法的基本思想是什么？答：階躍響應(yīng)不變法的基本思想是：離散近似后的數(shù)字控制器的階躍響應(yīng)序列與模擬控制器的階躍響應(yīng)的采樣值一致。如何消除積分飽和現(xiàn)象？答：減小積分飽和的關(guān)鍵在于不能使積分項(xiàng)累積過大。因此當(dāng)偏差大于某個(gè)規(guī)定的門限值時(shí)，刪除積分作用，PID控制器相當(dāng)于一個(gè)PD調(diào)節(jié)器，既可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)又可以消除積分飽和現(xiàn)象，不致使系統(tǒng)產(chǎn)生過大的超調(diào)和振蕩。只有當(dāng)誤差e在門限之內(nèi)時(shí)，加入積分控制，相當(dāng)于PID控制器，則可消除靜差，提高控制精度。給出常規(guī)的直接設(shè)計(jì)法或

28、離散化設(shè)計(jì)法的具體設(shè)計(jì)步驟。答：直接設(shè)計(jì)法或稱離散化設(shè)計(jì)法的具體設(shè)計(jì)步驟如下：根據(jù)已知的被控對象，針對控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求及其它約束條件，確定理想的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)；確定(qudng)數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)；根據(jù)(gnj)D(z)編制(binzh)控制算法程序。采用狀態(tài)反饋任意配置閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)的充分必要條件是什么？答：采用狀態(tài)反饋任意配置閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)的充分必要條件是系統(tǒng)狀態(tài)完全能控。說出實(shí)施信號隔離的主要方法。答：信號隔離方法主要有變壓器隔離和光電隔離，變壓器隔離適用于模擬信號隔離，光電隔離則特別適合數(shù)字信號的隔離。故障診斷中的狀態(tài)估計(jì)方法的基本思想是什么？答：故障診斷中的狀態(tài)估計(jì)

29、方法的基本思想是：首先重構(gòu)被控過程的狀態(tài)，通過與可測變量比較構(gòu)成殘差序列，再構(gòu)造適當(dāng)?shù)哪Ｐ筒⒂媒y(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法，從殘差序列中把故障診斷出來。因此，這就要求系統(tǒng)可觀測或部分可觀測，通常用各種狀態(tài)觀測器或?yàn)V波器進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。三、已知某被控對象的傳遞函數(shù)為 (15分) 要求設(shè)計(jì)成單位反饋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如下圖所示。采樣周期為T1s。要求閉環(huán)特征根為0.4和0.6。試求數(shù)字控制器。y(t)r(t) SHAPE * MERGEFORMAT 解：廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為根據(jù)要求設(shè)定閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為四、已知控制系統(tǒng)的被控對象的傳遞函數(shù)為，采樣周期T1s，若選閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，試用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。若出

30、現(xiàn)振鈴現(xiàn)象，修正數(shù)字控制器，消除振鈴現(xiàn)象。（20分）解：采樣周期T=1s，期望閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為進(jìn)而被控裝置廣義脈沖傳遞函數(shù)則由振鈴現(xiàn)象產(chǎn)生的原理知，用常規(guī)大林算法(sun f)設(shè)計(jì)的被控對象為二階的系統(tǒng)必產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象。在D(z)中的靠近z1的兩個(gè)因子中令z1來消除振鈴現(xiàn)象，即五、求出雙積分系統(tǒng)控制對象的離散(lsn)狀態(tài)方程，假設(shè)系統(tǒng)所有的狀態(tài)皆不可直接測量，設(shè)計(jì)全維狀態(tài)觀測器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋，并把閉環(huán)兩個(gè)極點(diǎn)都配置在0.1，觀測器特征方程的兩個(gè)根配置在原點(diǎn)。（T=1s） （20分）解：系統(tǒng)(xtng)的廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為可寫其能控標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)為對應(yīng)的能觀性矩陣為滿秩，故系統(tǒng)能觀可設(shè)計(jì)觀測器。

31、先求狀態(tài)觀測器增益矩陣狀態(tài)觀測器特征多項(xiàng)式為觀測器期望特征多項(xiàng)式為比較上面兩式z各次冪項(xiàng)系數(shù)得再求狀態(tài)(zhungti)反饋增益矩陣期望(qwng)閉環(huán)特征方程為則引入狀態(tài)(zhungti)反饋后系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為比較上面二方程z各次冪項(xiàng)系數(shù)，得簡答題（每小題4分，共40分）1. 簡述采樣定理的基本內(nèi)容。答：采樣定理: 如果連續(xù)信號具有有限頻譜，其最高頻率為,則對進(jìn)行周期采樣且采樣角頻率時(shí)，連續(xù)信號可以由采樣信號唯一確定，亦即可以從無失真地恢復(fù)。2. 線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？答：線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是： 閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根的模zi1，即閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均位于

32、z平面的單位圓內(nèi)。3. 脈沖響應(yīng)不變法的基本思想是什么？答：脈沖響應(yīng)不變法的基本思想是：離散近似后的數(shù)字控制器的脈沖響應(yīng)gD(kT)是模擬控制器的脈沖響應(yīng)采樣值g(kT)的T倍。4. 寫出增量型PID的差分控制算式。答：增量型PID控制算式可以寫為5. 如何消除比例和微分飽和現(xiàn)象？答：“積分補(bǔ)償法”。其中心思想是將那些因飽和而未能執(zhí)行的增量信息積累起來，一旦有可能再補(bǔ)充執(zhí)行。這樣，動(dòng)態(tài)過程也得到了加速。即，一旦超限，則多余的未執(zhí)行的控制增量將存儲(chǔ)在累加器中；當(dāng)控制量脫離了飽和區(qū)，則累加器中的量將全部或部分地加到計(jì)算出的控制增量上，以補(bǔ)充由于限制而未能執(zhí)行的控制。6. 給出線性定常離散系統(tǒng)的能控性定義。答：對于n階線性定常離散系統(tǒng)；，若存在有限個(gè)輸入向量序列能將某個(gè)初始狀態(tài)在第l步控制到零狀態(tài)，即，則稱此狀態(tài)是能控的。若系統(tǒng)的所有狀態(tài)都是能控的，則稱此系統(tǒng)是狀態(tài)完全能控的，或簡稱系統(tǒng)是能控的。7. 給出線性定常離散系統(tǒng)的能觀性定義。答