計算機控制課堂習題答案

多練出技巧巧思出碩果多練出技巧巧思出碩果多練出技巧巧思出碩果1.1計算機控制系統(tǒng)是怎樣分類的？按功能和控制規(guī)律可分為幾類？答：可以按照系統(tǒng)的功能、控制規(guī)律、控制方式進行分類。按功能可分為：a.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)b.直接數(shù)字控制（DDC）c.監(jiān)督控制（SCC）d.分級控制e.集散型控制（DCS）f.計算機控制網(wǎng)絡(luò)按照控制規(guī)律可分為：a.程序和順序控制b.PID控制c.有限拍控制d.復(fù)雜規(guī)律的控制e.智能控制1.2計算機控制系統(tǒng)由哪些部分組成？并畫出方框圖。答：由數(shù)字控制器、D/A轉(zhuǎn)換器、保持器、執(zhí)行器、被控對象、測量元件、變送單元、A/D轉(zhuǎn)換器組成。1.12設(shè)有模擬信號（0-5）V和（2.5-5）V，分別用8位、10位和12位A/D轉(zhuǎn)換器，使計算并列出各自的量化單位和量化誤差。1.19計算機控制系統(tǒng)由哪些主要的性能指標？如何衡量？答：計算機控制系統(tǒng)的性能跟連續(xù)系統(tǒng)類似，可以用穩(wěn)定性、能控性、能觀測性、穩(wěn)定特性、動態(tài)特性來表征，相應(yīng)地用穩(wěn)定裕量（相角裕量和幅值裕量）、穩(wěn)態(tài)指標（穩(wěn)態(tài)誤差）、動態(tài)指標（超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、峰值時間、振蕩次數(shù)）和綜合指標（積分型指標、末值型指標、復(fù)合型指標）來衡量一個系統(tǒng)的好壞或優(yōu)劣。2.9試求下列函數(shù)的Z反變換;2.12已知系統(tǒng)的方框圖，G(s)=K/s(s+a)，試求系統(tǒng)（見習題2.17）的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)Gc（z）。所有牽扯到求閉環(huán)傳遞函數(shù)的題目，將a,T代入上式即可。2.20已知系統(tǒng)反方框圖如2.12中，G(s)=K/s(s+1)，試求系統(tǒng)的臨界放大倍數(shù)。解：將已知給定的T帶入Gc（z）中，見2.12Gc（z），其中a=1，求得Gc（z）。其他見下例。這里取T=1s求得Gc(z)建立勞斯列表有欲使系統(tǒng)穩(wěn)定，必須使勞斯列表你第一列個元素為正。故有解得0<K<2.4，故臨界放大倍數(shù)Kc=2.4。3.1已知線性系統(tǒng)的差分方程，試導(dǎo)出離散狀態(tài)空間表達式：解：1.由差分方程知;n=2,m=0,p=1(輸出向量維數(shù))a0=1,a1=0.2,a2=0.5,b0=1離散狀態(tài)空間表達式：3.3已知線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)方程;使用迭代法，求解x(kT);試用Z變換法求解x(kT);解：1.令k=0,1,2,...,及初始條件代入離散狀態(tài)空間表達式，可以得到2.4.5設(shè)有限拍系統(tǒng)如圖，試設(shè)計單位階躍輸入時的有限拍D(z)。1.有限拍有紋波調(diào)節(jié)器HG(z)==HG(z)的分子存在因子，因此，閉環(huán)Z傳遞函數(shù)Gc(z)應(yīng)包含，可選擇Gc(z)=a根據(jù)單位階躍輸入，誤差Z傳遞函數(shù)Ge(z)應(yīng)選為（1-），又因為Gc(z)=1-Ge(z),Ge(z)和Gc(z)應(yīng)該是階次相同的多項式，因此Ge(z)=b,所以Gc(z)=,Ge(z)=1-D(z)=4.65.9簡述PID參數(shù)Kp、Ti、Td對系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性的影響。答：（1）比例控制Kp對系統(tǒng)性能影響動態(tài)特性——比例控制Kp加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。當Kp太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。若Kp太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢；穩(wěn)態(tài)特性——加大比例控制Kp，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差ess,提高控制精度，但是加大Kp只是減少ess，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制Ti對控制性能的影響動態(tài)特性——通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定。Ti偏小，振蕩次數(shù)較多，Ti太大，對系統(tǒng)性能的影響減少。當Ti合適時，過渡特性比較理想。穩(wěn)態(tài)特性——能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但是若Ti太大時，積分作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制Td對控制性能的影響微分控制可以改善動態(tài)特性，如超調(diào)量σp減少，調(diào)節(jié)時間ts縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。當Td偏大時，超調(diào)量σp較大，調(diào)節(jié)時間較長。當Td偏小時，超調(diào)量σp也較大，