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計(jì)算機(jī)控制技術(shù)部分答案什么叫微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?微型計(jì)算機(jī)在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中起哪些作用?解:微型計(jì)算機(jī)控制是集控制工程、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)等多門學(xué)科于一體的綜合型學(xué)科,具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。與模擬控制系統(tǒng)相比微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)在哪些方面?解:表現(xiàn)在系統(tǒng)控制器由微型計(jì)算機(jī)擔(dān)當(dāng),系統(tǒng)參數(shù)分析和驅(qū)動(dòng)量值計(jì)算等均由微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序完成。與模擬控制系統(tǒng)相比微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能特征表現(xiàn)在哪些方面?解:1)以軟件代替硬件2)數(shù)據(jù)保存3)顯示設(shè)備、方法與內(nèi)容4)多系統(tǒng)互聯(lián)與模擬控制系統(tǒng)相比微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的時(shí)限特征表現(xiàn)在哪些方面?解:“實(shí)時(shí)”,即指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)。(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集;(2)實(shí)時(shí)決策運(yùn)算;(3)實(shí)時(shí)控制輸出。與模擬控制系統(tǒng)相比微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作方式特征表現(xiàn)在哪些方面?解:控制器在控制系統(tǒng)中的工作方式有在線、離線兩種。微型計(jì)算機(jī)在線工作方式:微型計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中直接參與控制或交換信息。微型計(jì)算機(jī)離線工作方式:微型計(jì)算機(jī)不直接參與對(duì)被控對(duì)象的控制(或不直接與被控對(duì)象交換信息,而是僅將有關(guān)的控制信息記錄或打印出來(lái),再由人來(lái)聯(lián)系,按照微機(jī)提供的信息完成相應(yīng)的操作控制。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)一般由哪幾部分組成?各部分相互關(guān)系如何?解:(1)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程;(2)過(guò)程通道;(3)接口;(4)主機(jī)(核心內(nèi)容—控制程序)(5)人機(jī)交互通道與操作控制臺(tái)。關(guān)系:過(guò)程通道處于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和主機(jī)接口之間,擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)過(guò)程與主機(jī)交換信息的任務(wù),接口處于過(guò)程通道與主機(jī)之間,起著信息傳遞的作用。主機(jī)起著決策作用,可由操作控制臺(tái)控制。1.11微型計(jì)算機(jī)DDC系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成?試述其基本工作原理,解:基本工作原理:微型計(jì)算機(jī)根據(jù)決策算法計(jì)算出的驅(qū)動(dòng)量直接用于調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程中的被控參數(shù)用于過(guò)程通道接口的電路有何結(jié)構(gòu)特征?解:它必須深入到過(guò)程通道內(nèi)部對(duì)過(guò)程通道中各子環(huán)節(jié),如多路轉(zhuǎn)換、可編程放大、采樣/保持、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等進(jìn)行關(guān)系上、功能上、時(shí)間上等的有序控制。為什么說(shuō)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口與過(guò)程通道是融為一體的?解:因?yàn)樵谖⑿陀?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中接口與過(guò)程通道緊密相連,如輸入輸出信息的傳送,主機(jī)都是通過(guò)接口與過(guò)程通道進(jìn)行的。而且接口深入到過(guò)程通道內(nèi)部,對(duì)其子環(huán)節(jié)進(jìn)行關(guān)系上、功能上、時(shí)序上的控制。因此說(shuō)接口與過(guò)程通道是融為一體的。有哪一種常說(shuō)的數(shù)據(jù)傳送方法不適宜接口與過(guò)程通道之間傳遞數(shù)據(jù)?解:DMA方式;因?yàn)檫^(guò)程通道的工作速度差異很大、簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)模擬量輸入過(guò)程通道應(yīng)考慮的基本問(wèn)題,并在圖3—6所示典型模擬輸入過(guò)程通道結(jié)構(gòu)圖基礎(chǔ)上自行演變?yōu)橐环N模擬量輸入過(guò)程通道結(jié)構(gòu),且說(shuō)明其特點(diǎn)。解:1)輸入輸出信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換;2)微型計(jì)算機(jī)與控制對(duì)象兩個(gè)異步系統(tǒng)的同步和通信聯(lián)絡(luò)。3)高速的微機(jī)與低速的控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)速度匹配;4)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)制轉(zhuǎn)換、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、功率轉(zhuǎn)換;5)微弱信號(hào)放大、濾波、整形,強(qiáng)電信號(hào)幅度衰減、濾波、整形,信號(hào)幅度規(guī)范;6)數(shù)據(jù)通道與子環(huán)節(jié)工作控制的端口分配;7)接口電路中的端口觸發(fā),時(shí)序及負(fù)載能力.3.15簡(jiǎn)述串行A/D轉(zhuǎn)換器基本工作原理。解:串行A/D轉(zhuǎn)換的基本原理是在外部控制信號(hào)的控制下,轉(zhuǎn)換出一個(gè)數(shù)據(jù)就輸出一個(gè)數(shù)據(jù),控制信號(hào)的同期不短于對(duì)輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換并輸出數(shù)字結(jié)果所需要的最少時(shí)間。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具備哪些功能?解:1)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘;2)對(duì)多個(gè)輸入通道輸入的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息,能夠按順序逐個(gè)檢測(cè)—返回檢測(cè);3)能夠?qū)λ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行檢查和處理;4)當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過(guò)上限值或下限值時(shí),系統(tǒng)能夠產(chǎn)生聲光報(bào)警,提示操作者處理;5)能定時(shí)或按需要隨時(shí)以表格形式打印采集數(shù)據(jù);6)在系統(tǒng)內(nèi)部能存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù);7)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,可隨時(shí)接受由鍵盤輸入的命令,以達(dá)到隨時(shí)選擇采集、顯示、打印的目的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要完成哪些任務(wù)?解:微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程參數(shù)定時(shí)進(jìn)行檢測(cè)、記錄、存儲(chǔ)、處理、打印、制表、顯示及越限報(bào)警。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)應(yīng)做到哪些處理?解:模擬量數(shù)據(jù)采集的預(yù)處理:1)有效性檢查;2)數(shù)字濾波。后處理技術(shù):1)工程量標(biāo)度變換;2)參數(shù)的線性化處理;3)上下限檢查有效性檢查和上下限報(bào)警有何區(qū)別?解:有效性檢查是通過(guò)檢查輸入信號(hào)是否在標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)限界值之內(nèi)來(lái)判斷出是否有效,而上下限檢查是在確定有效性之后,檢查信號(hào)是否在給定值以內(nèi)。數(shù)字濾波是怎樣實(shí)現(xiàn)的?有哪些方法?解:數(shù)字濾波是通過(guò)一定的計(jì)算機(jī)程序來(lái)減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重。有7中方法:1)限幅濾波;2)限速濾波;3)算術(shù)平均濾波;4)加權(quán)平均濾波;5)中值濾波;6)防脈沖干擾算術(shù)平均濾波;7)慣性濾波。為什么說(shuō)中值濾波適用于慢變化過(guò)程參數(shù)的采樣,而不適于快變化過(guò)程參數(shù)的采樣?解:中值濾波能有效地濾除由于偶然因素引起采樣值濾波的脈沖干擾,對(duì)快速變化的過(guò)程參數(shù)不能達(dá)到效果,故不能用于快速變化過(guò)程參數(shù)的采樣。PI控制器有什么特點(diǎn)?為什么加入積分的作用可以消除靜差?解:1)u(t)=1/T2*積分控制作用不僅與偏差的大小有關(guān),而且與偏差的存在時(shí)間有關(guān),只要存在著偏差,積分控制作用就始終存在,直至偏差完全消除,積分控制作用才維持不變。2)有1)分析可知只要積分時(shí)間足夠長(zhǎng),積分控制作用就可以完全消除偏差。PID控制器有什么特點(diǎn)?解:1)PID控制器綜合了比例、積分、微分三種控制作用,即能加快系統(tǒng)響應(yīng)速度,減少振蕩,克服超調(diào),又能有效消除靜差,使系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)得到很大改善。2)加入微分控制作用后,在偏差剛出現(xiàn)或變化的瞬間,不僅可以根據(jù)偏差量做出及時(shí)反應(yīng)(即比例控制作用),使偏差得到較好的抑制或消除,這樣可以大大減小系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差和調(diào)節(jié)時(shí)間,使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)得以改善。5.3什么是位置式數(shù)字PID控制算法和增量式數(shù)字PID控制算法?試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)、解:U(k)=Kpe(k)+Ki+Kd[e(k)-e(k-1)]計(jì)算機(jī)輸出U(k)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),即執(zhí)行機(jī)構(gòu)在U(k)指定的位置,稱之為位置式PID控制算法。該方法缺點(diǎn):1)—旦計(jì)算機(jī)出故障,執(zhí)行機(jī)構(gòu)也會(huì)隨之作故障變化;2)求U(k)要作累加運(yùn)算,計(jì)算量大,時(shí)間長(zhǎng),對(duì)快速系統(tǒng)將影響實(shí)時(shí)性和精確度。U(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2),其中A=Kp+Ki+Kd;B=Kp+2Kd;C=Kd.只要知道前兩次及本次采樣偏差,便可方便求出U(k).位置式PID控制算法優(yōu)點(diǎn):1)由于計(jì)算機(jī)每次只輸出U(k),機(jī)器發(fā)生故障時(shí)影響小,2)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)一自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換;3)無(wú)累加計(jì)算。5.5主要有哪幾種改進(jìn)型PID算式?它們分別使用于何種場(chǎng)合?解:1)積分分離PID控制算法;2)不完全微分PID控制算法;3)微分先行PID控制算法;4)帶有死區(qū)的PID控制算法。它們分別適用于下列場(chǎng)合:1)針對(duì)啟動(dòng)、停止、大幅增減R(t);2)一些大慣性對(duì)象或過(guò)渡過(guò)程遲鈍、緩慢的執(zhí)行機(jī)構(gòu);3)超調(diào)量過(guò)大,調(diào)節(jié)閥動(dòng)作劇烈的系統(tǒng);4)控制動(dòng)作頻繁。PID控制器的Kp、Ti和Td各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的控制性能有何影響?解:(1)比例系數(shù)Kp對(duì)系統(tǒng)性能的影響:1)對(duì)靜態(tài)性能的影響,比例系數(shù)Kp增大使系統(tǒng)動(dòng)作靈敏,加快調(diào)節(jié)速度,但Kp偏大,容易引起系統(tǒng)振蕩,反而使調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng);2)對(duì)靜態(tài)性能的影響,在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下,加大比例系數(shù)Kp可以減小靜差。(2)積分時(shí)間常數(shù)Ti對(duì)系統(tǒng)性能的影響Ui(t)=Kp/Ti;由式可知:Ti增加,Ui(t)減?。凰訳(t)減小有利于減小超調(diào)?尤其是在TO處,Ti增加,Ui(t)對(duì)U(t)的貢獻(xiàn)下降,不由于Ui(t)的加入而產(chǎn)生超調(diào),從而抑制振蕩,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,但靜差的消除隨之變慢。(3)微分時(shí)間常數(shù)TO對(duì)系統(tǒng)性能的影響Ud(t)=TdKPde(t)/dt在tO處,U(tO)=Kpe(tO)+TdKpde(t)/dt所以Td越大對(duì)U(tO)的貢獻(xiàn)越大,有利于加速系統(tǒng)的響應(yīng),但由于微分作用時(shí)間短,基本不會(huì)加大超調(diào)量和影響穩(wěn)定性,對(duì)y(t)噪音具有較好抑制能力,從而提高了系統(tǒng)穩(wěn)定?但Td過(guò)大對(duì)通道干擾信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作,因?yàn)榻档土讼到y(tǒng)干擾能力。5.7采樣周期T的選取需要考慮哪些因素?解:1)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性影響;2)擾動(dòng)信號(hào)影響;3)控制品質(zhì)要求;4)控制算法要求;5)計(jì)算機(jī)及A/D、D/A性能的影響;6)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度的影響;7)控制回路多少的影響。PID參數(shù)整定有哪幾種形式?簡(jiǎn)要說(shuō)明他們的適用范圍解:1)理論計(jì)算,適用于精確的數(shù)學(xué)模型;2)工程整定法,適用于不依賴于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。試述擴(kuò)充臨界比例度法整定PID參數(shù)的方法。解:(1)選擇T:純滯后時(shí)間(T)的1/1O以下;(2)以Tmin為采樣周期,在純比例控制器下,使直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅震蕩(3)選擇控制度,控制度=;(4)由控制度確定T、Kp、Ti、Td;(5)再用試湊法,調(diào)整T、Kp、Ti、Td以獲得更為滿意的數(shù)值。例:如圖為DDC系統(tǒng),控制對(duì)象的滯后時(shí)間為1OS,試整定其參數(shù)。解:1)選擇最小采樣周期Tmin=1s;2)去掉I、D環(huán)節(jié)使Kp增大,直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩,其Tr=1Os,Kp=Kr=1O;(3)控制度為1.O5;(4)查表,查出T、Kp、Ti、Td等值什么是順序控制?順序控制系統(tǒng)有什么特點(diǎn)?解:順序控制:指生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,按照邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)和計(jì)數(shù)等規(guī)則,通過(guò)預(yù)先編好的程序,在現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)作用下,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)定程序動(dòng)作實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)為主的自動(dòng)控制。特點(diǎn):(1)順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)以及開(kāi)關(guān)量信號(hào)為主;(2)控制邏輯關(guān)系較為復(fù)雜;(3)控制程序客觀;(4)順序控制系統(tǒng)要求可靠性高。按控制系統(tǒng)的構(gòu)成器件的特點(diǎn)順序控制系統(tǒng)有哪幾種?解:1)繼電器控制裝置;2)半導(dǎo)體邏輯控制裝置;3)可編程控制器。什么是數(shù)字程序控制?解:數(shù)字程序控制,是指控制系統(tǒng)根據(jù)某一輸入指令所規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡,運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等,是該系統(tǒng)完成規(guī)定工作的一種控制。簡(jiǎn)述逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法計(jì)算過(guò)程。解:(1)偏差判別:判別偏差函數(shù)的正、負(fù),以確定刀具相對(duì)于所加工曲線的位置。(2)進(jìn)站:根據(jù)偏差判別的結(jié)果確定刀具的進(jìn)站向誤差最小的方向移動(dòng);(3)偏差計(jì)算:依據(jù)建立的偏差函數(shù)計(jì)算出刀具在新位置上偏離給定曲線的偏差值,為下一個(gè)循環(huán)做好準(zhǔn)備。(4)終點(diǎn)判別:判斷刀具是否到達(dá)曲線的終點(diǎn),如果刀具已達(dá)到曲線的終點(diǎn),插補(bǔ)工作結(jié)束;如果刀具未到達(dá)曲線的終點(diǎn),則返回到(1)繼續(xù)插補(bǔ)、簡(jiǎn)述逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法的終點(diǎn)判別法。解:有如下兩種方法:1)對(duì)x方向和y方向分別設(shè)置減法計(jì)數(shù)器Nx和Ny,是其初始值為終點(diǎn)坐標(biāo)值Xe,Ye.在X坐標(biāo)(或Y坐標(biāo))進(jìn)給—步時(shí),就在Nx計(jì)數(shù)器(或Ny計(jì)數(shù)器)中減去1,知道這兩個(gè)計(jì)數(shù)器中的值都減到零時(shí),到達(dá)終點(diǎn)。2)用一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器,置其初始值為x和y兩個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)Nxy,x坐標(biāo)或y坐標(biāo)進(jìn)給一步,Nxy就減1,若Nxy=O,則達(dá)到終點(diǎn)。6.13試?yán)肁T89551的P1.0,P1.1端子,設(shè)計(jì)可調(diào)速、調(diào)的小功率直流電機(jī)控制系統(tǒng)。要求:(1)提供電路圖(2)闡述所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)速、調(diào)向原理;(3)提供控制軟件.解:(1)略,見(jiàn)圖P169(2)通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度,即通過(guò)改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值來(lái)控制電機(jī)速度。可通過(guò)改變電樞電壓的極性,電機(jī)隨時(shí)改變轉(zhuǎn)向。(3)略。6.14簡(jiǎn)述如何實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、速度、角度的控制。解:三相步進(jìn)電機(jī)定子的每相都有一對(duì)磁極,每個(gè)磁極都只有一個(gè)齒,轉(zhuǎn)有4個(gè)齒,分別為0,1,2,3齒,直流電源U通過(guò)開(kāi)關(guān)A、B、C分別對(duì)步進(jìn)電機(jī)的A、B、C相繞輪流通電:A接通時(shí),則A相磁極和轉(zhuǎn)子0,2號(hào)齒對(duì)齊,同時(shí)轉(zhuǎn)子1,3號(hào)齒和B、C相磁極形成錯(cuò)齒;B接通時(shí),由于B相繞組和1,3號(hào)齒之間磁力作用,使得轉(zhuǎn)子1,3號(hào)齒與B對(duì)齊,這就使得轉(zhuǎn)子往前轉(zhuǎn)動(dòng);再一次打開(kāi)關(guān)閉C、A、B、C就能使轉(zhuǎn)子依次轉(zhuǎn)動(dòng)下去,很顯然,對(duì)A,B,C二相繞組輪流通電一次的周期越小則轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越快,反之轉(zhuǎn)動(dòng)速度越慢步距角,N為N拍方式,Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。什么叫模糊集合?舉例說(shuō)明普通集合與模糊集合的主要區(qū)別.解:我們將在不同程度上具有某種特定屬性的所有元素的總和稱為模糊集合.模糊集合沒(méi)有明確的內(nèi)涵和外延,而普通集合具有清晰的外延和內(nèi)涵。如模糊集合,“青年”的概念是多層面的,如年齡上的、專業(yè)上的、管理上的等等。而普通集合“20歲得青年人”,其元素范圍可準(zhǔn)確的表達(dá)為[20歲+0天的人,(20歲+365天)的人]模糊矩陣與模糊關(guān)系有何異同?解:模糊關(guān)系一定是由模糊矩陣來(lái)刻劃的,即R的表現(xiàn)形式一定是模糊矩陣,但模糊矩陣不一定是模糊關(guān)系。7.12什么叫人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?有哪些優(yōu)點(diǎn)?解:1)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)人腦若干基本特征的抽象和模擬,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以對(duì)大腦的生理研究成果為基礎(chǔ),其目的在于模擬大腦的機(jī)理與機(jī)制,實(shí)現(xiàn)某個(gè)方面的功能;2)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有如下突出優(yōu)點(diǎn):(1)可以充分逼近任何復(fù)雜的非線性關(guān)系,給非線性控制問(wèn)題帶來(lái)新的希望;(2)所有定量或定性信息等分布存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)的各神經(jīng)元,故有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性,適用于復(fù)雜、大規(guī)模和多變量系統(tǒng)的控制;(3)采用并行分布處理方法使快速的大量運(yùn)算成為可能,因而能夠有較好的耐故障能力;(4)可學(xué)習(xí)和自適應(yīng)未知或不確定系統(tǒng);(5)能夠同時(shí)處理定性、定量知識(shí);(6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅能通過(guò)軟件而且可借助硬件實(shí)現(xiàn)并行處理。7.14神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有哪些常見(jiàn)結(jié)構(gòu)?各結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)?解:1)前向網(wǎng)絡(luò);2)反饋網(wǎng)絡(luò);3)相互結(jié)合型網(wǎng)絡(luò);4)混合型網(wǎng)絡(luò)RS—232—C在實(shí)際應(yīng)用中有幾種接線方式解:1)具有MODEM設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信;2)近距離通信。近距離通信時(shí),通信雙方可以通過(guò)RS—232—C直接對(duì)接。8.5USB有哪些傳輸方式?各方式的用途如何?解:1)控制傳輸方式。該方式用來(lái)配置和控制主機(jī)到USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸方式和類型。設(shè)備調(diào)制指令、設(shè)備狀態(tài)檢查及確認(rèn)命令均采用這種傳輸方式,當(dāng)USB設(shè)備受到這些數(shù)據(jù)和命令后,將依據(jù)先進(jìn)先出的原則處理達(dá)到的數(shù)據(jù)。2)中斷傳輸方式。雖然該方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小,但這些數(shù)據(jù)需要及時(shí)處理,以達(dá)到實(shí)時(shí)效果。此方式主要用在鍵盤、鼠標(biāo)以及操縱桿等設(shè)備上。3)同步傳輸方式。該方式用來(lái)連接需要連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)且對(duì)數(shù)據(jù)的正確性要求不高,而對(duì)時(shí)間極為敏感的外部設(shè)備,如麥克風(fēng)、喇叭以及電話等。同步傳輸方式以固定的傳輸速率,連續(xù)不斷地在主機(jī)和USB設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù),在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),USB并不處理這些錯(cuò)誤,而是繼續(xù)進(jìn)行新數(shù)據(jù)的傳送。4)批傳送方式。該方式用來(lái)傳輸要求正確無(wú)誤的大批量數(shù)據(jù)。通常,打印機(jī)、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)以這種方式與主機(jī)進(jìn)行連接。第三章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)習(xí)題及參考答案什么是數(shù)控系統(tǒng)?數(shù)控系統(tǒng)包括哪些?數(shù)控系統(tǒng)是采用數(shù)字電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng),它包括順序控制和數(shù)字程序控制兩部分。什么是順序控制系統(tǒng)?它由哪幾部分組成?微機(jī)順序控制方式是指以預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件為依據(jù),按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作次序順序地進(jìn)行工作。一般地,把按時(shí)序或事序規(guī)定工作的自動(dòng)控制稱為順序控制。它包括系統(tǒng)控制器、輸入電路、輸入接口、輸出電路、輸出接口、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、顯示與報(bào)警電路。微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由哪些部分組成?各部分的作用是什么?由五部分組成。輸入裝置:一般指微機(jī)的輸入設(shè)備,如鍵盤。其作用是輸入數(shù)控系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)所必需的各種外部控制信息和加工數(shù)據(jù)信息。微機(jī):微機(jī)是MNC系統(tǒng)運(yùn)算和控制的核心。在系統(tǒng)軟件指揮下,微機(jī)根據(jù)輸入信息,完成數(shù)控插補(bǔ)器和控制器運(yùn)算,并輸出相應(yīng)的控制和進(jìn)給信號(hào)。若為閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng),則由位置檢測(cè)裝置輸出的反饋信息也送入微機(jī)進(jìn)行處理。輸出裝置:一般包括輸出緩沖電路、隔離電路、輸出信號(hào)功率放大器、各種顯示設(shè)備等。在微機(jī)控制下,輸出裝置一方面顯示加工過(guò)程中的各有關(guān)信息,另一方面向被控生產(chǎn)機(jī)械輸出各種有關(guān)的開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)(冷卻、啟、停等),還向伺服機(jī)構(gòu)發(fā)出進(jìn)給脈沖信號(hào)等。伺服機(jī)構(gòu):一般包括各種伺服元件和功率驅(qū)動(dòng)元件。其功能是將輸出裝置發(fā)出的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)機(jī)械相應(yīng)部件的機(jī)械位移(線位移、角位移)運(yùn)動(dòng)。加工機(jī)械:即數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象,各種機(jī)床、織機(jī)等。目前已有專門為數(shù)控裝置配套設(shè)計(jì)的各種機(jī)械,如各種數(shù)控機(jī)床,它們的機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床有較大的區(qū)別。什么是逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法?直線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程和圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程各有哪幾個(gè)步驟?逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)運(yùn)算,就是在某個(gè)坐標(biāo)方向上每走一步(即輸出一個(gè)進(jìn)給脈沖),就作一次計(jì)算,將實(shí)際進(jìn)給位置的坐標(biāo)與給定的軌跡進(jìn)行比較,判斷其偏差情況,根據(jù)偏差,再?zèng)Q定下一步的走向(沿X軸進(jìn)給,還是沿Y軸進(jìn)給)。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是以階梯折線來(lái)逼近給定直線或圓弧曲線,最大逼近誤差不超過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)脈沖當(dāng)量(每走一步的距離,即步長(zhǎng))。直線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下:偏差判別:即判別上一次進(jìn)給后的偏差值Fm是最大于等于零,還是小于零;坐標(biāo)進(jìn)給:即根據(jù)偏差判斷的結(jié)果決定進(jìn)給方向,并在該方向上進(jìn)給一步;偏差計(jì)算:即計(jì)算進(jìn)給后的新偏差值Fm+1,作為下一步偏差判別的依據(jù);終點(diǎn)判別:即若已到達(dá)終點(diǎn),則停止插補(bǔ);若未到達(dá)終點(diǎn),則重復(fù)上述步驟。圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下:偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別若加工第二象限宜線0A,起點(diǎn)0(0,0),終點(diǎn)A(-4,6)。要求:按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算;作出走步軌跡圖,并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。
解:由題意可知x=4,y=6,F=0,我們?cè)O(shè)置一個(gè)總的計(jì)數(shù)器N,其初值應(yīng)為N=|6-0|+|-4-0|=10,則插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程如表3—1所示。根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程表所作出的直ee0 xy xy線插補(bǔ)走步軌跡圖如下圖所示。表3—165432步數(shù) 6——5 65432步數(shù) 6——5 偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)F=00N=10xy1F=0-XF二F-y=-6N=92F<01+YF二F+x=-22 1 eN=8XV3F<0+YF二F+x=2N=74F>03-XF二F-y=-44 3 exyN=65F<0+YF二F+x=0N=56F=05-XF二F-y=-66 5 exyN=47F<06+YF=F+x=-27 6 eN=38F<07+YF=F+x=28 7 eN=29F>08-XF=F-y=-49 8 eN=110F<0 9 1+YF=F+x=0 10 9 e 1N=016?設(shè)加工第一象限的圓弧AB,起點(diǎn)A(6,0),終點(diǎn)B(0,6)。要求:按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算;作出走步軌跡圖,并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。解:插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程如表3—2所示。終點(diǎn)判別仍采用第二種方法,設(shè)一個(gè)總的計(jì)數(shù)器N,每走一步便減1操作,當(dāng)N=0時(shí),加工到終點(diǎn),插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束。下圖為插xyxy補(bǔ)過(guò)程中的走步軌跡。表3—2步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)F=00x=6,y=000N=12xy1F=0-XF=0-12+1=-11x=5,y=01 八1N=112F<01+YF=-ll+0+l=-102篤=5腫2=1N=103F<0+YF=-10+2+1=-7x”=5,y”=2N=94F<03+YF=-7+4+1=-24x=5,y=34 4N=85F<0+YF=-2+6+1=5x5=5,y5=4N=764F>05-X5F=5-10+1=-46x=4,y=466xyN=67F<06+YF=-4+8+1=57x=4,y=57 7N=5xv8F>0 7 -XF=5-8+1=-2 8 x=3,y=588N=4
9F<08+YF=-2+10+l=99x=3,y=69 9N=310F>0-XF=9-6+1=4x=2,y=610 10N=211F>0-XF二4-4+1二1x=1,y=611 11N=112F>0 n- 1-XF=1-2+1=0 12 1x=0,y=61212N=07.三相步進(jìn)電機(jī)有哪幾種工作方式?分別畫出每種工作方式的各相通電順序和電壓波形圖。有三種工作方式:三相單三拍工作方式各相的通電順序?yàn)锳—B—C,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。圖3.1單三拍工作的電壓波形圖三相雙三拍工作方式圖3.1單三拍工作的電壓波形圖雙三拍工作方式各相的通電順序?yàn)锳B—BC—CA。各相通電的電壓波形如圖3.2所示。圖3.3三相六拍工作的電壓波形圖圖圖3.3三相六拍工作的電壓波形圖圖3.2雙三拍工作的電壓波形圖(3)三相六拍工作方式在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制中,把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來(lái),就產(chǎn)生了六拍工作方式,其通電順序?yàn)锳—AB—B—BC—C—CA。各相通電的電壓波形如圖3.3所示。?S11: INC DPTR;地址加1MOVA,#0FH;方向輸入信號(hào)? S12:MOVR0,#7FH;延時(shí)MOVP1,A? S13:DJNZR0,S13;?XMM:MOVA,P1CLRA;JNBACC.7,XM;P1.7=0反轉(zhuǎn)MOVXA,@A+DPTR;取數(shù)據(jù)LCALLSTEP1;調(diào)正轉(zhuǎn)子程序MOVP1,ASJMPXMMRET?XM:LCALLSTP2;調(diào)反轉(zhuǎn)子程序?-X走步子程序:SJMPXMM?STEP2:MOVDPTR,#TAB+X走步子程序:CLRASTEP1:MOVDPTR,#TAB;指表頭MOVXA,@A+DPTR;CLRACJNZA,#01H,S21MOVXA,@A+DPTR;取數(shù)MOVDPTR,#TABCJNEA,#05H,S11;是否最后單元ADDDPTR,#0006HMOVDPTR,#TAB; 重置表頭SJMPS12SJMPS12?S21:CLRC?DECDPL?SJMPS12?TAB:DB01H,03H,02H,06H,04H,05第四章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法
習(xí)題及參考答案數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟是什么?模擬化設(shè)計(jì)步驟:設(shè)計(jì)假想的模擬控制器D(S)正確地選擇采樣周期T將D(S)離散化為D(Z)求出與D(S)對(duì)應(yīng)的差分方程(5)根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序。某連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為D(D(s)=1+TsL1+Ts2試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(Z)。2z—1雙線形變換法:把s肓-肓代入’則11+T-?2TD(z)=dQ2z-1s=?Tz+16+2T丄+T-2T
(T+2T2+T-2T22z-1前向差分法:把z=—代入,則Dz)=D(s)Is=T1+T^-11Dz)=D(s)Is=T1+T^-11T1+Ts十1+Ts z-12 1+T2TTz+T-T+1Tz+T-T22后向差分法:把S卩乙代入,則D(z)=D(s)Ts=Tz1+TsL1+Ts21TzTzTz+T-TTz+T-T223.在PID調(diào)節(jié)器中系數(shù)k、k、p、i、d各有什么作用?它們對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響?系數(shù)kp為比例系數(shù),提高系數(shù)kp可以減小偏差,但永遠(yuǎn)不會(huì)使偏差減小到零,而且無(wú)止境地提高系數(shù)kp最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)系數(shù)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。系數(shù)ki為積分常數(shù),ki越大積分作用越弱,積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點(diǎn)是,只要被調(diào)量存在偏差,其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷加強(qiáng),直到偏差為零。在被調(diào)量的偏差消除后,由于積分規(guī)律的特點(diǎn),輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位,因而能保持靜差為零。但單純的積分也有弱點(diǎn),其動(dòng)作過(guò)于遲緩,因而在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時(shí),往往使調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞,過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差,提高控制精度。系數(shù)kd為微分常數(shù),kd越大微分作用越強(qiáng)。微分調(diào)節(jié)主要用來(lái)加快系統(tǒng)的相應(yīng)速度,減小超調(diào),克服振蕩,消除系統(tǒng)慣性的影響。什么是數(shù)字PID位置型控制算法和增量型控制算法?試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程變量,必須將模擬PID算式離散化,變?yōu)閿?shù)字PID算式,為此,在采樣周期T遠(yuǎn)小于信號(hào)變化周期時(shí),作如下近似(T足夠小時(shí),如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確,被控過(guò)程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近:ftedtuT迓e(j)TOC\o"1-5"\h\z0 j=0de e(k)-e(k-1)\o"CurrentDocument"dt T于是有:ij=0u(k)=K{e(k)+T乞e(j)+d[e(k)-e(k-1)]}
p T Tij=0u(k)是全量值輸出,每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如控制閥門的開(kāi)度)一一對(duì)應(yīng),所以稱之為位置型PID算法。在這種位置型控制算法中,由于算式中存在累加項(xiàng),因此輸出的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān),還與過(guò)去歷次采樣偏差有關(guān),使得u(k)產(chǎn)生大幅度變化,這樣會(huì)引起系統(tǒng)沖擊,甚至造成事故。所以實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值,而是其增量時(shí),可以采用增量型PID算法。當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器為步進(jìn)電機(jī)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有保持歷史位置的功能的這類裝置時(shí),一般均采用增量型PID控制算法。DC)DC)=iTo0085s試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算式,設(shè)采樣周期T=0.2s。與位置算法相比,增量型PID算法有如下優(yōu)點(diǎn):位置型算式每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān),計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值,容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差;而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng),從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和,在精度不足時(shí),計(jì)算誤差對(duì)控制量的影響較小,容易取得較好的控制效果。為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)一自動(dòng)無(wú)擾切換,在切換瞬時(shí),計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始閥門開(kāi)度u,若采用增量型算法,其輸出對(duì)應(yīng)于閥門位置的變化部分,即算式中不出現(xiàn)u0項(xiàng),所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用,所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障,執(zhí)行器仍能保持在原位,不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為則U(s)+0.085SU(s)=E(s)+0.17SE(s)u()+0.085du()=e()+0.17d^t)dt dt.u(k)+0.085u(kLu(k-"=e(k)+0.17e(ke(k-"TTu?二3.1579e(k)—2.4561e(k-1)+0.2982u(k-1))=u()-u(—1)=3.1579e(k)-2.4561e(k—1)-0.7018u(k—1)有哪幾種改進(jìn)的數(shù)字PID控制器?有四種:積分分離PID控制算法不完全微分PID控制算法(3)帶死區(qū)的PID控制算法消除積分不靈敏區(qū)的PID控制采樣周期的選擇需要考慮那些因素?從調(diào)節(jié)品質(zhì)上看,希望采樣周期短,以減小系統(tǒng)純滯后的影響,提高控制精度。通常保證在95%的系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi),采樣6次?15次即可。從快速性和抗擾性方面考慮,希望采樣周期盡量短,這樣給定值的改變可以迅速地通過(guò)采樣得到反映,而不致產(chǎn)生過(guò)大的延時(shí)。從計(jì)算機(jī)的工作量和回路成本考慮,采樣周期T應(yīng)長(zhǎng)些,尤其是多回路控制時(shí),應(yīng)使每個(gè)回路都有足夠的計(jì)算時(shí)間;當(dāng)被控對(duì)象的純滯后時(shí)間T較大時(shí),常選T=(1/4~1/8)T。從計(jì)算精度方面考慮,采樣周期T不應(yīng)過(guò)短,當(dāng)主機(jī)字長(zhǎng)較小時(shí),若T過(guò)短,將使前后兩次采樣值差別小,調(diào)節(jié)作用因此會(huì)減弱。另外若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低,會(huì)出現(xiàn)這種情況,即新的控制量已輸出,而前一次控制卻還沒(méi)完成,這樣采樣周期再短也將毫無(wú)意義,因此T必須大于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)時(shí)間。&簡(jiǎn)述擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。擴(kuò)充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟:選擇一個(gè)足夠短的采樣周期T,例如被控過(guò)程有純滯后時(shí),采樣周期T取滯后時(shí)間的1/10以下,此時(shí)調(diào)節(jié)器只作純比例控制,給定值r作階躍輸入。逐漸加大比例系數(shù)Kp,使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。由臨界振蕩過(guò)程求得相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts,并記下此時(shí)的比例系數(shù)Kp,將其記作臨&—界振蕩增益Ks。此時(shí)的比例度為臨界比例度,記作一k。s選擇控制度,所謂控制度是數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器所對(duì)應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程的誤差平方的積分之比。⑷根據(jù)控制度,查表求出T、Kp、Ti和Td值。按照求得的整定參數(shù),投入系統(tǒng)運(yùn)行,觀察控制效果,再適當(dāng)調(diào)整參數(shù),直到獲得滿意的控制效果為止。擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟:斷開(kāi)數(shù)字調(diào)節(jié)器,讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)。將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近并穩(wěn)定后,然后突然改變給定值,即給對(duì)象輸入一個(gè)階躍信號(hào)用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變化過(guò)程曲線,如圖所示。在曲線最大斜率處作切線,求得滯后時(shí)間T、被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)在曲線最大斜率處作切線,求得滯后時(shí)間T、被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)Tc,以及它們的比值Tc/t。由T、Tc、Tc/t值,查表,求出數(shù)字控制器的T、Kp、Ti和Td。9.數(shù)字控制器直接設(shè)計(jì)步驟是什么?計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖4—1所示。圖4—1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖由廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)可得閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù),可求得控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)步驟如下:根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)要求和其它約束條件,確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)P(z)。求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)。求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。根據(jù)D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。10.被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為G◎-丄cs2采樣周期T=1s,采用零階保持器,針對(duì)單位速度輸入函數(shù),設(shè)計(jì):(1)最少拍控制器Dz;(2)畫出采樣瞬間數(shù)字控制器的輸出和系統(tǒng)的輸出曲線。(1)最少拍控制器可以寫出系統(tǒng)的廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G、z)-ZJ 1G、z)-ZJ 1、1一e-Ts 1■—ZcIs s2丿將T=1S代入,e—Ts、z)—1+z—))—z—1)2由于輸入r(t)=t,則z-1(+z-1)G、zz-1(+z-1)eDL)—1一g£)—e(2)系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)①、z)—2z-1—z-2則當(dāng)輸入為單位速度信號(hào)時(shí),系統(tǒng)輸出序列z變換為Y(z)=R(z)O(z)=(z-1-z-2)(^1)=2Tz-2+3Tz-3+4Tz-4+—y(0)=0,y(l)=0,y(2)=2T,y(3)=3T,…11.被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為y(0)=0,y(l)=0,y(2)=2T,y(3)=3T,…11.被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為Gc(s)=r+ie-s采樣周期Gc(s)=r+ie-s采樣周期T=1s,要求:⑴采用Smith補(bǔ)償控制,求取控制器的輸出U(2)采用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器D(z),并求取(k);u(k)的遞推形式。(1)采用Smith補(bǔ)償控制廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為HG(s)=H(s)G(s)=1一e一"?2=fe-\?e一=HG(s)?e一C0Css+1ss+1 PD (z)= zID (sM=Z e-s)?(-e-Ts 丿| = (-z-L) b1z-1T T sG+1 」 1-az-1-T T苴中a=eTi=e-1,b=1一e-1,L= =1,T=1S11tD U(z)=0.6321(-1-z-2)T—~E\z)— 1-0.3679z-1U(z)-0.3697z-1U(z)=0.6321(-1-z-2u(k)=0.6321e(k-1)-0.6321e(k-2)+0.3679u(k-1)(2)采
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