計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)資料

計(jì)算計(jì)算計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)一.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，控制過(guò)程，實(shí)時(shí)概念?反饋值反饋值控制過(guò)程：1數(shù)據(jù)采集及處理2.實(shí)時(shí)控制和信息處理實(shí)施概念：信號(hào)的輸入計(jì)算和輸出都要在一定時(shí)間(采樣間隔)內(nèi)完成外部設(shè)備機(jī)輸入通道執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測(cè)裝置硬件：計(jì)算機(jī)過(guò)程輸入、輸出通道外部設(shè)備操作臺(tái)軟件：系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件1.模擬、數(shù)字混合系統(tǒng)2.便于修改控制規(guī)律3.可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律第二章測(cè)物理量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)，這些信號(hào)也可歸結(jié)為開(kāi)關(guān)量。預(yù)處理方法：1信號(hào)轉(zhuǎn)換處理2安全保護(hù)措施3消除機(jī)械抖動(dòng)影響4濾波處理5隔離處理6光電耦合器件原理與使用光耦器件工作原理：采用光作為傳輸信號(hào)的媒介，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。作用：用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的隔離保護(hù)二.開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)的具體通道設(shè)計(jì)2.電平轉(zhuǎn)換和功率放大：小功率低壓開(kāi)關(guān)量輸出繼電器輸出可控硅輸出功率場(chǎng)效應(yīng)輸出集成功率電子開(kāi)關(guān)輸出三.多路AID轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案三種1采用集成多路A/D轉(zhuǎn)換器2每個(gè)模擬量輸入配置一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器3多路模擬量輸入復(fù)用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器四.采樣/保持器的作用，工作原理作用：在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，如果模擬信號(hào)的頻率較高，就會(huì)由于A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時(shí)間(即轉(zhuǎn)換時(shí)間)而造成較大的轉(zhuǎn)換誤差，其作用為克服該誤差原理：采樣保持器平時(shí)處于“采樣”狀態(tài)，跟蹤輸入信號(hào)變化：進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前使其處于“保持”狀態(tài)，則在A/D轉(zhuǎn)換期間一直保持轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)刻的模擬輸入電壓值；轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，又使其變?yōu)椴蓸訝顟B(tài)是否設(shè)置采樣保持器應(yīng)根據(jù)模擬輸入信號(hào)的變化頻率和A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時(shí)間來(lái)確定五.模擬輸入信號(hào)的隔離措施1.光電隔離：在計(jì)算機(jī)接口和A/D轉(zhuǎn)換電路之間實(shí)施光電隔離。這種隔離保證了模擬量信號(hào)輸入部分和計(jì)算機(jī)數(shù)字處理系統(tǒng)之間的徹底的電氣隔離2.共模電壓的隔離：光電隔離：能夠克服光電隔離輸出、輸入兩端設(shè)備的地線間的共模干擾，但無(wú)法克服模擬信號(hào)之間的共模干擾。電容隔離技術(shù)隔離放大器六.多通道D/A轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案1.每一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的D/A轉(zhuǎn)換器：優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、精度高、工作可靠，相應(yīng)軟件的編制也比較簡(jiǎn)單。但是，如果模擬量信號(hào)輸出通道較多，就會(huì)使系統(tǒng)造價(jià)增加很多，尤其是采用高精度的D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，這一問(wèn)題尤為嚴(yán)重。2.多通道復(fù)用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器：該方案優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、可靠性差，受運(yùn)算放大器的輸入阻抗、模擬開(kāi)關(guān)和保持電容的漏電阻等因素的影響，導(dǎo)致保持電容上的電壓信號(hào)逐漸衰減，需要計(jì)算機(jī)定時(shí)刷新輸出，也因此占用了CPU的大量時(shí)間。此方案適用于輸出通道不多且對(duì)速度要求不高的場(chǎng)合。七.信號(hào)采樣機(jī)理描述，香農(nóng)采樣定理，信號(hào)重構(gòu)定義及零階采樣保持器的傳遞函數(shù)信號(hào)采樣機(jī)理描述：理想采樣開(kāi)關(guān)可表示為則采樣信號(hào)可表示為或八.數(shù)字濾波(軟件濾波)的定義及常用方法4一階滯后濾波方法5復(fù)合濾波方法一.什么是最少拍設(shè)計(jì)?及其實(shí)質(zhì)第八章一.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟2.確定系統(tǒng)總體控制方案3.確定控制策略和控制算法4.硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)6.系統(tǒng)仿真與調(diào)試7.現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試二.數(shù)字程序控制系統(tǒng)定義及其組成三.步進(jìn)電機(jī)的功能、特點(diǎn)、工作原理負(fù)載負(fù)載步進(jìn)電機(jī)接口電路計(jì)算機(jī)第十章一.提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性措施1提高元器件和設(shè)備的可靠性2采取抗干擾措施，提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力4采用故障診斷技術(shù)1從系統(tǒng)電源和電源引線(包括地線)侵入的干擾3空間電磁干擾4靜電噪聲5其它環(huán)境因素的影響1遠(yuǎn)離干擾源2安裝電源低通濾波器3采取變壓器屏蔽和分路供電措施4采取措施拓寬對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)能力5使用壓敏電阻和均衡器6直流側(cè)去耦措施7供電系統(tǒng)應(yīng)合理配線和布線8電柜接地和公共接地的處理9尖峰脈尖峰脈沖干擾的綜合防治：1‘.遠(yuǎn)離’干擾源2.用硬件設(shè)備抑制尖峰干擾的影響四.針對(duì)信號(hào)傳輸通道的干擾常用處理方法2使用雙絞線和同軸電纜阻止耦合干擾的侵入3接地處理試卷一二、已知系統(tǒng)的差分方程為(10分)輸入信號(hào)是三、設(shè)被控對(duì)象傳遞函數(shù),在對(duì)象前接有零階保持器，試求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)。(10分)解：廣義對(duì)象傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為試用“二階工程最佳”設(shè)計(jì)法確定模擬控制器G.(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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為應(yīng)選擇Ge(s)為PI控制器，其基本形式為為使PI控制器能抵消被控對(duì)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(duì)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、已知廣義被控對(duì)象,給定T=ls(20分)針對(duì)單位斜坡輸入設(shè)計(jì)最小拍有紋波控制系統(tǒng)，并畫(huà)出系統(tǒng)的輸出波形圖。解：由已知條件，被控對(duì)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(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為確性條件中已滿足了穩(wěn)定性要求，于是可設(shè)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為則試卷二解：廣義對(duì)象傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為此時(shí)系統(tǒng)的特征方程為采用雙線性變換可得等效的特征方程為(1-0.0381K)w2+(0.924-0此時(shí)，勞斯表為故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(10分)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)D(z),形式。其中T=1s。并給出控制器的差分解：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T=0.2s,輸入信號(hào)求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。(10分)S解：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為則誤差脈沖傳遞函數(shù)為穩(wěn)態(tài)誤差為五、已知廣義被控對(duì)象為(15分)其中，T=1s。期望的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中的時(shí)間常數(shù)取為T(mén)=0.5s,應(yīng)用史密斯預(yù)估器方解：不含純滯后的廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為廣義對(duì)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)為于是得史密斯預(yù)估器如下六、采用逐點(diǎn)比較法法插補(bǔ)圓弧OP,起點(diǎn)坐標(biāo)0(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(guò)程，并畫(huà)出插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡。(10分)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1-yx=0,y=y-1=4Z=2-1=92Z=2-1=83F=F+2x+1=-5Z=乙-1=74Z=2-1=65-yF=F-2y+1=-7x=3,y=y-1=3Z=2-1=56Z=2-1=47-yF=F-2y+1=-5x=4,y=y-1=2Z=2-1=38Z=2-1=29-yx=5,y=y-1=1Z=2-1=1-yx=5,y=y-1=0試卷三TT解：所給系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為T(mén)=1s(15分)y*(t)11S取X,(z)=z?2X(z)于是得如下?tīng)顟B(tài)方程寫(xiě)成矩陣形式為三、已知廣義被控對(duì)象為(15分)其中，T=ls。期望的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中的時(shí)間常數(shù)取為T(mén)=0.5s,應(yīng)用大林算法確定數(shù)字控制器。解：廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)理想脈沖傳遞函數(shù)為得大林控制器如下四、已知被控對(duì)象(15分)解：能觀性矩陣=0.5±j0.25的全維狀態(tài)觀測(cè)器。并畫(huà)出相應(yīng)的狀態(tài)變量滿秩，故系統(tǒng)能觀測(cè)，可設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器。令輸出誤差反饋矩陣觀測(cè)器期望特征方程為(z-z?)(z-z?)=(Z-0.5-j0.25)(Z-0.5+j0.觀測(cè)器特征方程為zI-(A-HC)|=z2+(h?-0.5)比較上面兩式，可得h=-0.5,h?=0.0625五、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D(s)的等效數(shù)字控制器，并寫(xiě)出相應(yīng)的差分方程表達(dá)式。其中采樣周期T=1s。解：1、階躍響應(yīng)不變法可推得數(shù)字控制器的差分方程形式如下可推得數(shù)字控制器的差分方程形式如下試卷四TS1試求閉環(huán)離散系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，并判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為則閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為由z域直接判據(jù)知閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。(15分)(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T(mén)=ls。要求閉環(huán)特征根為0.4和0.6。試求數(shù)字控制器。y(t)解：廣義對(duì)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(duì)象的傳遞函數(shù),采樣周期T=1s,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)大林算法設(shè)計(jì)的被控對(duì)象為二階的系統(tǒng)必產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象。在D(z)中的靠近z=-1的兩個(gè)因子中令z=1來(lái)消除振鈴現(xiàn)象，即五、求出雙積分系統(tǒng)控制對(duì)象的離散狀態(tài)方程，假設(shè)系統(tǒng)所有的狀態(tài)皆不可直接測(cè)量，設(shè)計(jì)全維狀態(tài)觀測(cè)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(cè)器特征方程的兩個(gè)根解：系統(tǒng)的廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為可寫(xiě)其能控標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)為)狀態(tài)觀測(cè)器特征多項(xiàng)式為觀測(cè)器期望特征多項(xiàng)式為則引入狀態(tài)反饋后系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為k?]=[-0.991.8]四卷五求(10分)解：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)閉環(huán)特征方程采用雙線