(后)計算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題

(后)計算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題(后)計算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題(后)計算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題見解題：1．計算機(jī)控制系統(tǒng)中含有五種信號形式變換，此中采樣、量化、恢復(fù)(零階保持)三種信號變換最重要。2．為了增強(qiáng)濾波見效，能夠同時使用幾種濾波方法，組成復(fù)合濾波算法。3．假定系統(tǒng)被控對象的主要極點(diǎn)的時間常數(shù)為d，經(jīng)驗(yàn)上，采樣周期T應(yīng)取T≤d/10。TT4．控制共模攪亂的方法之一是采納差分放大器作為信號的前置放大器。5．與連續(xù)系統(tǒng)不一樣樣，采樣系統(tǒng)因?yàn)椴蓸娱_關(guān)的地點(diǎn)不一樣樣，所得閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳達(dá)函數(shù)不一樣樣。9π6．假定連續(xù)系統(tǒng)為G(s)，當(dāng)采樣周期T等于1,2時，采樣系統(tǒng)是不能夠控s29,k3和不能夠觀的。7．為了防備量化非性惹起控制器產(chǎn)存亡區(qū)或極限環(huán)，設(shè)計時應(yīng)盡量使控制器的極點(diǎn)遠(yuǎn)離單位圓。8．z平面上正實(shí)軸上極點(diǎn)對應(yīng)的脈沖響應(yīng)是單一的，其余地點(diǎn)的極點(diǎn)對應(yīng)的脈沖響應(yīng)是振蕩的。9.零階保持器頻次特色將會惹起-T/2的相位延緩。10．失散系統(tǒng)頻次特色的主要特色是它的幅相特色是采樣頻次的周期函數(shù)。11．當(dāng)系統(tǒng)的極點(diǎn)位于z平面的正實(shí)軸上時，對應(yīng)的脈沖響應(yīng)是單一的，位于負(fù)實(shí)軸上的極點(diǎn)對應(yīng)的脈沖響應(yīng)是交替振蕩的。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋12.從控制算法的等效失散化角度出發(fā)，希望采樣周期的取值越小越好；從量化分析的角度出發(fā)，希望采樣周期的取值不要過小。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋13．常值狀態(tài)反響能否改變系統(tǒng)的可控性？否；能否改變系統(tǒng)的可觀性？可能失散環(huán)節(jié)產(chǎn)生變量量化產(chǎn)生極限環(huán)和死區(qū)的實(shí)質(zhì)是變量量化的階梯非線段性。15.假定系統(tǒng)的閉環(huán)自然頻次n，經(jīng)驗(yàn)上采樣周期應(yīng)選為s(410)n。簡答：1.試簡述零階保持器時域響應(yīng)的主要特色。1〕時域響應(yīng)為階梯形狀，階梯大小與采樣周期成正比；〔2分〕2〕時域響應(yīng)與輸入信號比較，均勻延緩T/2?！?分〕計算機(jī)控制系統(tǒng)在選擇A／D變換器時應(yīng)注意哪幾項(xiàng)指標(biāo)，這些性能指標(biāo)應(yīng)依據(jù)什么原那么采納？(1〕精度：應(yīng)高于傳感器的精度一個數(shù)目級；(2分)〔2〕分辨率：即字長，應(yīng)依據(jù)測試信號的動向范圍確立；(2分)〔3〕變換速率：依據(jù)系統(tǒng)的頻帶或信號的變化頻次。(1分)3.試簡述在計算機(jī)系統(tǒng)中參加看門狗電路的作用?？撮T狗電路能夠用于檢測因?yàn)閿噥y惹起的系統(tǒng)犯錯并自動恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，提升控制系統(tǒng)的靠譜性。4.假定G(s)是最小相位系統(tǒng)，Z變換后G(z)也是最小相位系統(tǒng)嗎?為何?不用然，可能是也可能不。因?yàn)閦變換后G(z)的零點(diǎn)與采樣周期相關(guān)，當(dāng)采樣周期較小時，G(z)的零點(diǎn)可趨于單位圓外。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋5、為了使系統(tǒng)輸出響應(yīng)比較圓滑，平常應(yīng)如何采納采樣周期？1/12當(dāng)響應(yīng)為非周期時，要求在階躍響應(yīng)升起時間Tr內(nèi)采樣點(diǎn)Nr=Tr/T(5～10)；〔2分〕當(dāng)響應(yīng)為振蕩時，要求在一個振蕩周期Td內(nèi)采樣點(diǎn)Nr=Tr/T(10～20)。〔3分〕6、x(t)=(0.5+5sin3t),采樣周期T=2/3，試求采樣信號x(k)，并討論。x(k)=0.5+5sin(3k2π〔2分〕。因?yàn)椴恢悴蓸佣ɡ?，采樣后變成直流信號。?分〕7、計算機(jī)控制系統(tǒng)的信號變換構(gòu)造圖以以以下圖所示。DT量化器編碼CCPU解碼ZOHf(t)AB試說明A、B、C、D各點(diǎn)信號特色。A時中斷續(xù)幅值連續(xù)模擬信號;B時中斷續(xù)幅值斷續(xù)模擬信號;時中斷續(xù)的數(shù)字信號;D時間連續(xù)幅值斷續(xù)模擬信號。8.連續(xù)信號幅頻|F(jω)|如圖1所示，試畫出它的采樣信號的圖1幅頻譜|F*(jω)|,〔不考慮相位〕。圖中，ω1=6rad/s,ω2=8rad/s,采樣頻次ωs=10rad/s。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋解:可得圖2所示圖2試簡單說明連續(xù)傳達(dá)函數(shù)G(s)與對應(yīng)的脈沖傳達(dá)函數(shù)G(z)的零點(diǎn)、極點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系?！矘O點(diǎn)按zesT照耀，零點(diǎn)無對應(yīng)照耀關(guān)系。〕試簡單說明串模攪亂產(chǎn)生的原由以及控制串模攪亂的主要方法。(是經(jīng)過電磁耦合和漏電等傳輸形式疊加到信號及引線的攪亂；控制主要方法是采納模擬濾波、進(jìn)行電磁障蔽和優(yōu)秀接地。)文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋試說明何謂前置濾波器，計算機(jī)控制系統(tǒng)中為何經(jīng)常參加這類濾波器。(前置濾波器是加在A/D變換以前的模擬低通濾波器，其作用是衰減高于s/2的高頻信號，以防備混疊現(xiàn)象發(fā)生)；12.試簡要說明計算機(jī)控制系統(tǒng)中，采樣周期T的大小，對系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)性有哪些影響。(采樣周期過大減弱堅固性；增大信號失真；輸出響應(yīng)不圓滑，系統(tǒng)相位延緩增大，降低系統(tǒng)控制噪聲攪亂能力。采樣周期過小，會增大批化偏差，增大對計算機(jī)硬件的要求，降低計算機(jī)工作負(fù)荷，增大本錢)文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋13.假定f1(t)=sin(t)，f2(t)=sin[(+ns)t],采樣頻次為s，n為整數(shù)，試求上述兩個信號的采樣值，由此可得什么結(jié)論。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋2/12(f1(k)sin(kT)；f2[(n2)kT]f2[kT2knπ]f2(kT)f1T說明當(dāng)兩個連續(xù)信號頻次相差ns時，其采樣信號值相等。)試簡單說明數(shù)字PID調(diào)理器中積分分別法控制積分飽和的根本思想，并寫出積分分別PID地點(diǎn)算式。(積分分別法的根本控制思想是，當(dāng)偏差大于某個規(guī)定的門限值時，撤消積分作用；只有當(dāng)偏差小于規(guī)定門限值時才引入積分作用，以除去穩(wěn)態(tài)偏差。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋積分分別PID地點(diǎn)算式：ku(k)KPe(k)KIe(j)KD[e(k)e(k1)]j0當(dāng)e(k)值，1；當(dāng)e(k)值，0。為規(guī)定的門限值。)15、假定數(shù)字計算機(jī)的輸入信號為f(t)5e10t，試依據(jù)采樣定理選擇合理的采樣周期T。設(shè)信號中的最高頻次為m定義為F(jm)0.1F(0)。解：F(s)5；F(j)5；js1010所以有50.1F(0)52210m102(max2102)25由此可得max依采樣定理得：s2max199rad/s16、對一信號進(jìn)行采樣，信號頻譜如題圖A2-9所示，此中感興趣的頻次范圍為(0~ω1)，攪亂信號頻次ωf=5ω1，試討論采樣周期及前置濾波器的選擇。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋題圖A2-9解：依采樣定理要求，為使采樣信號不失真，要求采樣頻次應(yīng)知足

21；其余，對干3/12擾頻次f來說，為使其不進(jìn)入感興趣的頻次范圍內(nèi)，要求(s/21)(fs/2)，所以，要求s1f61。所以有2種狀況：文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋假如s61，那么攪亂信號其實(shí)不會與數(shù)據(jù)信號相混疊，攪亂可經(jīng)過數(shù)字濾波器濾掉；2)采納抗混疊前置濾波器進(jìn)行濾除，那么采樣頻次取s21。如要求攪亂信號在信號頻次處衰減20dB，那么一個n階濾波器的最大衰減率為20ndB/dec，所以為了抵達(dá)在logf/slog50.699十倍頻程內(nèi)衰老20dB，應(yīng)取n2。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋17．以太網(wǎng)用于工業(yè)現(xiàn)場的重點(diǎn)技術(shù)是什么？工業(yè)以太網(wǎng)采納哪些系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)及時性？解：重點(diǎn)技術(shù)是：及時性，工業(yè)以太網(wǎng)質(zhì)量效力，網(wǎng)絡(luò)生計性，網(wǎng)絡(luò)安全性，總線供電與安全防爆，可互操作性。實(shí)現(xiàn)及時性采納的系統(tǒng)有：1、限制總線上站點(diǎn)數(shù)目、控制網(wǎng)絡(luò)流量，使總線保持在輕負(fù)荷工作條件。2、迅速以太網(wǎng)與互換式以太網(wǎng)技術(shù)的張開與應(yīng)用。3、在全雙工互換式以太網(wǎng)上，用互換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)切分為多個網(wǎng)段，互換機(jī)之間經(jīng)過骨干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連結(jié)。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋分析計算題：三、1.(10分)連續(xù)傳達(dá)函數(shù)D(s)5，采納一階向前差分方法失散，試寫出D(z)表達(dá)s5式，求使D(z)堅固的采樣周期T的極限值。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋D(z)

5

5T；(5分)5sz1T

z(15T)堅固性要求15T1,所以有15T1T0；15T1，故T<2/5=0.4(5分)，故四、1.(10分)控制器D(z)0.6z111，采納第一種直接編排法實(shí)現(xiàn)，試畫出實(shí)現(xiàn)構(gòu)造圖。假定該控制器采納定點(diǎn)計算機(jī)實(shí)現(xiàn)，試為其配置比率尺，并畫出配置比率尺后的構(gòu)造圖。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋解：u(ke(ke(ku(k-1)構(gòu)造圖以以以下圖所示。(5分)e(k)+u(k)z-1+4/12因?yàn)镈(z)z1,11，所以僅對系數(shù)配置比率尺。配置比率尺后的構(gòu)造圖以以以下圖所示。(5分)1/2e(k)+u(k)2z-1+2.〔10分〕某工業(yè)過程的開環(huán)傳達(dá)函數(shù)為esG(s)，閉環(huán)希望傳達(dá)函數(shù)為s1Φ(s)es，試按大林算法求取控制器，寫出控制器輸出序列。設(shè)采樣周期T=1s。文檔0.4s1來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋1eTsenTsz(n1)(1eT/T1)0.632z2〔2分〕解：G(z)Z[sT1s]1eT/T1z1110.368z1(z)Z[1eses]z(11)(1e1/0.4)10.9179z2〔3分〕s11e1/0.4z10.0821z1D(z)U(z)(z)0.534z1〔3分〕E(z)G(z)[1(z)]10.0821z10.9179z2u(k)1.45e(k)0.534e(k1)0.0821u(k1)0.9179u(k2)〔2分〕3.〔9分〕計算機(jī)控制系統(tǒng)被控過程傳達(dá)函數(shù)為G(z)Z[1eTs12]0.005(z21)ss(z1)(T=0.1s)，試進(jìn)行w'變換，求G(w')。如經(jīng)過設(shè)計已求得控制器D(w)64(w1)，試w16進(jìn)行w'反變換，求D(z)。依所得D(z)及G(z)，計算穩(wěn)態(tài)速度偏差系數(shù)KV。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋(解：G(w)G(z)1z10.05w(3分)10.05w(w)25/12w1D(z)64()

z1w20()z1

37,333(z0.9048)(3分)zKVlim[1z1D(z)G(z)]lim[1z137,333(z0.9048)(0.005(z21))](3分)zTzz(z1)〔10分)失散系統(tǒng)狀態(tài)方程01x(k)0x(k1)-1u(k)1試依阿克曼公式求全狀態(tài)反響增益。希望特色方程為zz2z0.50()解：阿克曼公式為K100WC-1ac(F)式中WC是系統(tǒng)可控矩陣，WCFGG101；〔2分〕1ac(F)是給定的希望特色多項(xiàng)式中變量z用F取代后所得的矩陣多項(xiàng)式，即ac(F)F21010102；〔3分〕112K1002〔5分〕115.〔12分〕考慮圖3所示系統(tǒng)，采樣周期T＝。求：〔1〕系統(tǒng)閉環(huán)傳達(dá)函數(shù)W(z)C(z)/R(z)?！?〕K為何值時系統(tǒng)堅固？〔3〕K2時系統(tǒng)的地點(diǎn)偏差，速度偏差。圖3解:(1)G(z)Z11esTk(1eT)kss1zeT(z)G(z)G(z)z16/12堅固性判斷z1,11k11k1k時系統(tǒng)堅固。(3)k=2,地點(diǎn)偏差:kplimG(z)lim2，k11z1z11kp3速度偏差:系統(tǒng)為零型系統(tǒng)(無積分環(huán)節(jié)),其速度偏差ev。〔17分〕設(shè)計題：某散離系統(tǒng)狀態(tài)方程為x1(k1)0.900x1(k)x2(k1)0.021x2(k)u(k)y(k)01

x1(k)x2(k)1〕判斷該失散系統(tǒng)能否可控，能否可觀；2〕取狀態(tài)反響，u(k)Kx(k)r(k)假定希望本系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)擁有阻尼比為0.8，自然頻次抵達(dá)n6rad/s，采樣周期T，試?yán)脴O點(diǎn)配置法來確立系統(tǒng)的狀態(tài)反響增益K。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋解：〔1〕判斷失散系統(tǒng)的可控可觀性。0.900失散系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移陣F1，控制轉(zhuǎn)移陣G對應(yīng)的可控陣WcGFG，detWc0，rankWc2，所以該失散系統(tǒng)可控?？捎^陣WoC01，rankW2，所以該失散系統(tǒng)可觀。CF1o〔2〕取狀態(tài)反響u(k)Kx(k)r(k)，假定希望本系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)擁有阻尼比為7/120.8，自然頻次抵達(dá)n6rad/s，采樣周期Ts，試?yán)脴O點(diǎn)配置法來確立系統(tǒng)的狀態(tài)反響增益K。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋希望極點(diǎn)：s平面s1,2njn12z平面zes1,2Tj1,2希望特色方程：c(zj0.141)(zj0.141)z21.548z0.6190cz2azb0利用系數(shù)般配法，有，反響增益陣Kk1k2GK12k1k212zI(Fz012GK)z120z121z12zf11g1k1g1k2f21g2k1zf22g2k2zI(FGK)z2(gk1gk2f11f22)z12[f11f22f22g1k1(f21g1f11g2)k2]因?yàn)橛衏z2azb0所以依據(jù)系數(shù)般配法，有：g1k1g2k2(f11f22)af22g1k1(f21g1f11g2)k2f11f22b代入相應(yīng)系數(shù)，有1210.90*0.01)k2最后解上述方程組，獲得：K8/127.系統(tǒng)的構(gòu)造圖如題圖A3-6所示，此中k1,T0.1s，輸入r(t)1(t)t，試用穩(wěn)態(tài)偏差系數(shù)法求穩(wěn)態(tài)偏差，并分析偏差系數(shù)與T的關(guān)系。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋題圖A3-6解：G(z)(1z1)Z[k]k[T1eTT(zeT)(1eT)(z1)2T]Ts(s1)z1ze(z1)(ze)kplimG(z)z11lim(z1)T(zeTTkv)(1eT)(z1)1Tz1(z1)(ze)可見參加該信號，穩(wěn)態(tài)偏差為1，且與采樣周期沒關(guān)。8.試確立題圖A3-9所示系統(tǒng)使系統(tǒng)堅固的k值范圍，令采樣周期T趨于0，k值又如何？假定將該系統(tǒng)作為連續(xù)系統(tǒng)，結(jié)果又如何？對上述結(jié)果進(jìn)行討論。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋題圖A3-9習(xí)題失散系統(tǒng)構(gòu)造圖解：1)G1G2(z)Z[k1]k[11]k(eTe2T)z1s2s11eTz11e2Tz1(1eTz1)(1e2Tz1)(z)(1eTz1)(1e2Tz1)k(eTe2T)z10(z)z2[k(eTe2T)(eTe2T)]ze3T0(0)e3T1(1){1[k(eTe2T)(eTe2T)]e3T}0(eTe2T)e3T1k(eTe2T)(1){1[k(eTe2T)(eTe2T)]e3T}0(eTe2T)e3T1k(eTe2T)9/122)當(dāng)T趨于0時，上式的極限值為0k3)假定為連續(xù)系統(tǒng)，那么特色方程為s23s2k0為使系統(tǒng)堅固要求(k+2)>0；故2k結(jié)論：1)失散系統(tǒng)堅固性比連續(xù)系統(tǒng)差，堅固增益范圍??；2)T趨于0時，系統(tǒng)其實(shí)不等于連續(xù)系統(tǒng)，按采樣系統(tǒng)計算k范圍較小。9.(10分)計算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)造以以以下圖(采樣周期T=0.5s)RKTZOH1s1-試確立使系統(tǒng)堅固的K的取值范圍；〔T=0.5s〕假定將該系統(tǒng)改為連續(xù)系統(tǒng)〔即撤消采樣開關(guān)及ZOH〕結(jié)果又如何？(3)所得結(jié)果說了然什么問題？[注：Z[a/s(s+a)]=z(1-e-aT)/(z-1)(z-e-aT)]文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜尋〔解：G(z)KZ1esT1K(1z1)Z1ss1s(s1)(z0.606)(z)1G(z)z0要求：0.394K|1(0.6060.394K)1，K0.394K)1，K1取K0〔因?yàn)橄到y(tǒng)均為負(fù)反響〕，所以0K4.06(6分)2〕連續(xù)系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，K0均堅固；(2分)3〕說明連續(xù)系統(tǒng)變成采樣系統(tǒng)后臨界放大系數(shù)減小，系統(tǒng)的堅固性降低。(2分))10.(10分)失散系統(tǒng)狀態(tài)方程x(k1)010y(k)10x(k)x(k)u(k),11求：〔1〕系統(tǒng)能否可控？能否可觀？〔2〕采納狀態(tài)反響控制u(k)=-Kx(k)，求狀態(tài)反響陣K，使閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)理時間最短。解：Wc[FGG]2；Wo[CCF]T2，所以可控可觀。(3分)zFGKz10;0.2k1z1k2z2(1k2)zk1)0；要求z20;所以，10