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

中南大學(xué)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題及答案中南大學(xué)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題及答案中南大學(xué)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題及答案中南大學(xué)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題及答案編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編: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(shuō)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)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ωm;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:①系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。②判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③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(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為Gk(z)=K+/[(z-1)],問(wèn)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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:問(wèn):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(wú)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)的狀態(tài)空間表達(dá)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+/〔〕,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=,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=,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),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(guò)程輸入輸出設(shè)備組成;主機(jī):通常包括中央處理器(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。外部設(shè)備:操作臺(tái)，又稱為人機(jī)聯(lián)系設(shè)備,通常包括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(lái)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(lái)顯示被控對(duì)象的非正常工作狀態(tài)。過(guò)程輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象是用過(guò)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，通常分為系統(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(A／D)和數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(D／A)，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，可以在線修改。(2)可以實(shí)現(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)可以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(guò)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。它的插值公式:m代表階保持器。通常m＝0和m＝1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(guò)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可以減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度.過(guò)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)上加上積分控制可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，因?yàn)橹灰嬖谄?，它的積分所產(chǎn)生的控制量總是用來(lái)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(guò)程變慢，而且過(guò)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),改善系統(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，通常既有連續(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)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(guò)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(A／D)和數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(D／A)，以實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。模擬調(diào)節(jié)器一般可以是電氣的，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=0y(0)=0K=1y(T)=K=2y(T)=2.解：Y(kT)=(kT-T)+(kT)+(kT-T)r(kT)=1k≧0y(∞)=lim(z-1)[+/][z/(z-1)]=1Z→13.解：4.解：令：D(z)頻率特性：零頻值：由此得：5.解：①②系統(tǒng)穩(wěn)定。③a.b.6.解：7.解：1單位階躍輸入：ess=02單位斜坡階躍輸入：ess=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=Ki=18.解：19.解：HG(z)=Z[H（s）G(s)]=(1-z-1)Z[2/(s(s+