中南大學(xué)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題及答案樣本

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。一、 簡(jiǎn)答題: 1.什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)? 它由哪幾部分組成? 各有什么作用。2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)主要區(qū)別是什么? 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)? 3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的保持器有何作用, 簡(jiǎn)述保持器的特點(diǎn)? 4.簡(jiǎn)述PID調(diào)節(jié)器的作用, 有哪幾種改進(jìn)型數(shù)字PID算法? 5.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪四種形式的信號(hào)? 各有什么特點(diǎn)? 6.簡(jiǎn)要說明什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)? 模擬調(diào)節(jié)器與數(shù)字調(diào)節(jié)器有何區(qū)別?二、 分析和計(jì)算題: 1.已知一系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為,其中輸入為單位階躍信號(hào),求輸出y(KT)。2.已知一系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為當(dāng)

2、輸入為單位階躍信號(hào)時(shí),求輸出y(KT)及y()。3.用長(zhǎng)除法或Z反變換法或迭代法求閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。4.已知低通數(shù)字濾波器,求D( z) 的帶寬m;并求當(dāng)輸入E(z)為階躍信號(hào)時(shí)數(shù)字濾波器的控制算法。取采樣周期T=2ms。5.設(shè)系統(tǒng)如圖所示, 試求:系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。分別求系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入和單位斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。6.設(shè)函數(shù)的La氏變換為, 試求它的Z變換F(z)。7.數(shù)字控制系統(tǒng)如圖所示,求當(dāng)K=10,T=1s,a=1時(shí), 分別求當(dāng)輸入為單位階躍、 單位斜單位拋物線函數(shù)時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。8.已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 Gk(z)=K(0.1z+0.0

3、8)/(z-1)(z-0.7),問當(dāng)K為何值時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定。9.已知系統(tǒng)單位負(fù)反饋的開環(huán)傳遞函數(shù)為:問:K為何值時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定?10.已知單位反饋系統(tǒng)的廣義對(duì)象的Z傳遞函數(shù)為: ,試按最少拍無波紋設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)單位階躍輸入時(shí),計(jì)算機(jī)的調(diào)節(jié)模型D(z),并求其控制算法。11.已知連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=(s+1)/s(s+2)試用沖擊不變法求其等效的Z傳遞函數(shù).12.已知離散系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù): ,試求離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程。13.已知離散系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù): ,試求離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程。14.已知離散系統(tǒng)的差分方程為 輸出為y(k), 試寫出它們的狀態(tài)方程和輸出方程.15.已知離散系統(tǒng)的狀

4、態(tài)空間表示式, 初始狀態(tài)X(0)=0試求系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù):。16.已知,寫出與它相對(duì)應(yīng)的PID增量型數(shù)字控制算法。(T=1s)17.已知廣義對(duì)象的z傳遞函數(shù): HG(z)=(z+0.5)/(z-0.9)(z-0.4),取采樣周期T=1s,試設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器D(z)=Kp+Ki/(1-z-1),使速度誤差ess=0.1,取采樣周期T=1s。并求控制算法u(kT)? D( z) =U(z)/E(z)。18.已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù);G(s)=1/s(s+2),采用零階保持器,取采樣周期T=0.1,試設(shè)計(jì)單位階躍作用下的最少拍調(diào)節(jié)器。19.已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)被控對(duì)象的傳遞函數(shù): G(s)=2/ (s+2

5、),采用零階保持器,取采樣周期T=1s,試設(shè)計(jì)單位階躍作用下的最少拍調(diào)節(jié)器D(z),并求其調(diào)節(jié)時(shí)間ts,控制算法u(kT)。參考答案一、 簡(jiǎn)答題: 1.答: 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制. 控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)是由硬件和軟件兩部分組成的.硬件部分:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要是由主機(jī)、 外部設(shè)備、 過程輸入輸出設(shè)備組成; 主機(jī):一般包括中央處理器(CPU)和內(nèi)存儲(chǔ)器(ROM, RAM), 它是控制系統(tǒng)的核心。內(nèi)存儲(chǔ)器中預(yù)先存入了實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸入、 運(yùn)算控制和命令輸出的程序, 這些程序就是施加被控對(duì)象的調(diào)節(jié)規(guī)律。外部

6、設(shè)備:操作臺(tái), 又稱為人機(jī)聯(lián)系設(shè)備, 一般包括CRT顯示器和鍵盤、 專用的操作顯示面板或操作顯示臺(tái)等。打印和制表裝置: 主要包括有打印機(jī)相繪圖機(jī)。磁盤設(shè)備: 一般稱為外存儲(chǔ)器, 它兼有輸入和輸出兩種功能, 用來存放程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的后備存儲(chǔ)設(shè)備。通信設(shè)備; 報(bào)警設(shè)備: 用來顯示被控對(duì)象的非正常工作狀態(tài)。過程輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象是用過程輸入輸出, 它在兩者之間進(jìn)行信息傳遞和變換。二、 軟件部分: 軟件是各種程序的統(tǒng)稱, 一般分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。2.解: 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用計(jì)算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制. 計(jì)算機(jī)采

7、用的信號(hào)是數(shù)字信號(hào), 因此為了信號(hào)匹配, 在計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象之間采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DA), 以實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)控制規(guī)律靈活, 能夠在線修改。(2)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律, 提高系統(tǒng)的性能指標(biāo).(3)抗干擾能力強(qiáng), 穩(wěn)定性好。(4)能夠得到比較高的控制精度。(5)能同時(shí)控制多個(gè)回路, 一機(jī)多用, 性能價(jià)格比高。(6)便于實(shí)現(xiàn)控制、 管理與通信相結(jié)合, 提高工廠企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度.(7)促進(jìn)制造系統(tǒng)向著自動(dòng)化、 集成化、 智能化發(fā)展。3.解: 保持器的原理是, 根據(jù)現(xiàn)在時(shí)刻或過去時(shí)刻輸入的離散值用常數(shù)、 線性函數(shù)或拋物函數(shù)數(shù)形成輸出的連續(xù)值

8、。它的插值公式:m代表階保持器。一般m0和m1分別稱為零階保持器和一階保持器。零階保持器的幅頻特性和相頻特性有如下特性: (1)低通特性: 保持器的輸出隨著信號(hào)頻率的提高, 幅值迅速衰減。(2)相位滯后持性: 信號(hào)經(jīng)過零階保持器會(huì)產(chǎn)生相位滯后, 它對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是不利的。4.解: PID調(diào)節(jié)器的控制作用有以下幾點(diǎn): (1)比例系數(shù)Kp, 直接決定控制作用的強(qiáng)弱, 加大Kp能夠減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差, 提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度. 過大會(huì)使動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞, 引起被控制量振蕩甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定(2)在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加上積分控制能夠消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差, 因?yàn)橹灰嬖谄? 它的積分所產(chǎn)生的控制量總是

9、用來消除穩(wěn)態(tài)誤差的, 直到積分的值為零, 控制作用才停止。但它將使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程變慢, 而且過強(qiáng)的積分作用會(huì)使系統(tǒng)的超調(diào)量增大, 從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞; (3)微分的控制作用是跟偏差的變化速度有關(guān)的。微分控制能夠預(yù)測(cè)偏差產(chǎn)生超前的校正作用。它有助于減少超調(diào),改進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。改進(jìn)型數(shù)字PID有: 積分分離算法, 遇限停止積分法,不完全微分算法, 微分項(xiàng)的輸入濾波, 不對(duì)設(shè)定值產(chǎn)生微分作用,具有不靈敏區(qū)的PID算法5.解: 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中, 一般既有連續(xù)信號(hào)也有離散信號(hào), 這些信號(hào)一般是指信息流,而不是能量流.既:(1)連續(xù)模擬信號(hào): 時(shí)間和信號(hào)的幅值都是連續(xù)的。(2)階梯模擬信號(hào): 時(shí)

10、間是連續(xù)的, 信號(hào)的幅值是階梯形的。(3)采樣信號(hào): 時(shí)間是離散的, 信號(hào)的幅值是連續(xù)的脈沖信號(hào)。(4)數(shù)字信號(hào): 信號(hào)的時(shí)間以及幅值都是離散的, 且幅值經(jīng)過了量化處理。6.答: 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制. 控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)是由硬件和軟件兩部分組成的.硬件部分.內(nèi)存儲(chǔ)器中預(yù)先存入了實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸入、 運(yùn)算控制和命令輸出的程序, 這些程序就是施加被控對(duì)象的調(diào)節(jié)規(guī)律。計(jì)算機(jī)采用的信號(hào)是數(shù)字信號(hào), 因此為了信號(hào)匹配, 在計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象之間采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DA), 以實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)之間的相互

11、轉(zhuǎn)換。模擬調(diào)節(jié)器一般能夠是電氣的, 機(jī)械的, 氣動(dòng)的, 液壓的等元器件組成; 其控制量均為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。二、 分析和計(jì)算題: 1.解: K=0 y(0)=0K=1 y(T)=0.1K=2 y(T)=0.142.解: Y(kT)=0.37y(kT-T)+0.53r(kT)+0.1R(kT-T) r(kT)=1 k0y()=lim(z-1)(0.53z+0.1)/(z-0.37)z/(z-1)=1 Z1 3.解: 4.解: 令: D(z)頻率特性: 零頻值: 由此得: 5.解: 系統(tǒng)穩(wěn)定。 a. b. 6.解: 7.解: 1單位階躍輸入: ess=0 2單位斜坡階躍輸入: ess=0.1 3單位拋物線輸入: ess= 8.解: 9.解: 特征方程: 由舒爾科恩得: 系統(tǒng)不穩(wěn)定。 10.解: 11.解: .12. 解: 13.解: 14. 解: 15.解: 16.解: 用雙線性變換: 17.解: Kp=3.6 Ki=0.4 18.解: 19.解: HG(z)= ZH( s) G(s)=(1-z-1 )Z2/(s(s+2)=0.865