計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(要點(diǎn))

f(t)f(t)f(t)f(t)smaxf(t)f(t)

種典型輸入進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)輸入形式改變時(shí)，系統(tǒng)性能變壞，輸出響應(yīng)不一定理想試湊法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)其中在實(shí)踐中總結(jié)出如下規(guī)律◆Kp增大,系統(tǒng)響應(yīng)加快,靜差減小,

uumax2

*

e、ei-1i-2

i-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f(t)f(t)

i*答：(1)數(shù)據(jù)采集及處理，即對(duì)被控對(duì)象的被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，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)算出控制量，實(shí)時(shí)向執(zhí)行器發(fā)出控制信號(hào)。2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式:(1)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全，缺點(diǎn)是由人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對(duì)象。（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC），實(shí)時(shí)性好，可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。（3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SSC），是生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。（4）分型控制系統(tǒng)（DCS），分散控制，集中操作，分級(jí)管理。（5）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS），降低成本，提高可靠性，可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)采樣過程的特點(diǎn)，可以將采樣分為哪幾種類型？簡(jiǎn)述采樣定理的基本內(nèi)容。答(1)周期采樣(2)同步采樣(3)非同步采樣(4)多速采樣(5)隨機(jī)采樣采樣定理:如果連續(xù)信號(hào)具有有限頻譜，其最高頻率為,則對(duì)進(jìn)行周期采樣且采樣角頻率時(shí)，連續(xù)信號(hào)可以由采樣信號(hào)唯一確定，亦即可以從無失真地恢復(fù)。4.采用周期的選擇（1）按系統(tǒng)的閉環(huán)頻帶選?。?）按系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)選?。?）按系統(tǒng)開懷階躍響應(yīng)的上升時(shí)間選取（4）根據(jù)生產(chǎn)過程控制的經(jīng)驗(yàn)選取5.何為最少拍設(shè)計(jì)？答：最少拍設(shè)計(jì)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)(如階躍信號(hào)，速度信號(hào)，加速度信號(hào)等)作用下，經(jīng)過最少拍(有限拍)，使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。不足之處：只針對(duì)某6.但過大的比例系數(shù)回使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，系統(tǒng)穩(wěn)定行變壞;Ti增大,系統(tǒng)超調(diào)減小,振蕩減弱,但系統(tǒng)靜差的消除也隨之減慢;Td增大,調(diào)節(jié)時(shí)間減小,快速性增強(qiáng),但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。另外，過的的微分系數(shù)也將使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞。7.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，因而誤動(dòng)作影響小。(2)在時(shí)刻的輸出和前一次的輸出值小，能夠較平滑地過渡。8.抗干擾基本措施：1并電容2串電阻并電容9.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｜zi｜<1，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)10.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：?jiǎn)屋斎搿獑屋敵鼍€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11.電源類別，選型：

畫圖部分?。?/p>

典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖。畫圖部分?。?/p>

1由計(jì)算機(jī)控制多路模擬開關(guān)選擇某一路模擬信號(hào)，將其送至采樣-保持器，再經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換處理變?yōu)閿?shù)字量，從而完成該路模擬輸入的采樣與轉(zhuǎn)換工作。

2多通道復(fù)用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器這個(gè)方案是由計(jì)算機(jī)通過多路模擬開關(guān)分時(shí)地把一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出送至各個(gè)采樣-保持放大器，并由保持電容對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行保持。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。

3測(cè)量放大器傳感器的輸出信號(hào)一般較弱，且其中含有各種共模干擾，這就要求對(duì)其放大的電路具有很高的共模抑制比和高增益、高輸入阻抗、低噪聲，習(xí)慣上稱這種放大器為測(cè)量放大器或儀表放大器。圖2是四個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器電路，其中，運(yùn)算放大器A1A3構(gòu)成儀表放大器，A4用于實(shí)現(xiàn)零輸出的綜合補(bǔ)償。

D(s)

D(z)

1ss2U(z)nE(z)s2ss211z1284444444(s)D(s)

D(z)

1ss2U(z)nE(z)s2ss211z1284444444(s)1eKss(s1)G(s)1(eT1)z1z

(1z1)(1ez)ns2s2z121z1zTz1T1z1z2

2222nnn22Ks(s1)TsZ)ZK(1z1TeTe1T

T12

2211

1121eTsK1Tzss(s1)1s(s1)12(z22z11)1)2eT1(44)z2(28)z44nnnnnTzT22112(1zn1)1z21111eTz1

nn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T。

解：令

D(z)

nn控制器的差分形式為

u(k)u(k1)u(k2)(e(k)2e(k1)e(k

nnnnnn

1、設(shè)被控對(duì)象傳遞函數(shù)為G，在對(duì)象前接有零階保持器，試求廣義對(duì)p

象的脈沖傳遞函數(shù)。（10分）解：廣義對(duì)象傳遞函數(shù)

G(s)

對(duì)應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為

G(z)Z

K(1z

K

G(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)G(z)的零點(diǎn)為

p=2。為滿足準(zhǔn)確性條件另有Φ1(z)z1(ccz1)

解得。01Φ(z)z(2zΦ(z)5.435(1G(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)G(z)的零點(diǎn)為

p=2。為滿足準(zhǔn)確性條件另有Φ1(z)z1(ccz1)

解得。01Φ(z)z(2zΦ(z)5.435(10.5z1)(10.368z1)Φ(z)G(z)(1z1)(10.718z1)z1(1z1)G(s)Gc

20(8s1)(0.1s1)

c

I

(s)G(s)G(s)

201eTs1ss(s1)11)Z(1z11c2,c1)2zz220(8s1)(0.1s1)G

8s1201Ts(8s1)(0.1s1)ss(s1)1s1Ts

TI1s(s1)s(0.1s1))2z1(1z1)1z21111ez11

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

G(z)Z

(1z

可以看出，-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Φ(z)的零點(diǎn)中，由于系統(tǒng)針對(duì)等速輸入進(jìn)行設(shè)計(jì)，故(z)=(1－ze1)2F準(zhǔn)確性條件中已滿足了穩(wěn)定性要求，于是可設(shè)Φ01Φ(1)cc101Φ'(1)c2c01

閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為Φ(z)1Φ(z)(1z1)2e

則D(z)

e

Y(z)R(z)Φ(z)(2z1z2)2z23z34z4

四、已知被控對(duì)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(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

Φ(s)G(s)G(s)G(s)0cc

應(yīng)選擇G(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8則有Φ0cI

2T24

(s)K(1)2(1)

I

T8

s1

Gp(s)

T＝1s。要求G(s)10.368z(10.718z)(1z1)(

2T24

(s)K(1)2(1)

I

T8

s1

Gp(s)

T＝1s。要求G(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)1z2(z0.4)(z0.6)(10.4z)(10.6zI201

8s1114sKs8s

zT1s(s1)11)Z(1z111Φ(z)2.718z(1z)(10.368z)(1Φ(z))G(z)(1z10.76z2)(10.718z1)2T2

11s(s1)1111z1ss(s1)2)1)z1(1z1)1z21111ez11根據(jù)二階工程最佳設(shè)計(jì)法則，應(yīng)有0.12解之得TI

于是得到模擬控制器的傳遞函數(shù)為GcP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：

(1)z1D(z)G(s)2c三、已知某被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為

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。采樣周期為閉環(huán)特征根為0.4和0.6。試求數(shù)字控制器。

解：廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為

G(z)Z

(1z

根據(jù)要求設(shè)定閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)

Φ(z)

D(z)

(15分)T1eTssG(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)W(z)1s(s11)(15分)T1eTssG(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)W(z)1s(s11)Z(1z11G(z)0.368z10.632z21G(z)1z10.632z22zy(t)1ss(s1)1s(s1)z0.632)20z1(1z1)1z