計(jì)算機(jī)控制技術(shù)期末復(fù)習(xí)試題附答案

1、第一章、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念是什么1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理 論及自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的結(jié)果，是以自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為手段的控制系統(tǒng)。、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由哪些部分組成并畫出方框 圖。2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、操作臺(tái)、輸入通道、輸出通 道、檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象以及 相應(yīng)的軟件組成。外部設(shè)備計(jì)算 機(jī)/能 控性 與能 觀性 連續(xù) 控制 系統(tǒng) 都是 模擬 信號(hào) 由模 擬電路實(shí) 現(xiàn)整 個(gè)過 程始 終連 續(xù)控 制一 個(gè)控 制器 控制 _個(gè) 回路 簡(jiǎn)單 控制 自動(dòng) 化程 度低 DDCFCS!操作臺(tái)/穩(wěn) 態(tài)指 標(biāo)SCCDCS1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要性 能指標(biāo)有

2、哪些3穩(wěn)定性/動(dòng)態(tài)指 標(biāo)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要 特點(diǎn)有明6些4各項(xiàng)信號(hào)形式控制 規(guī)律實(shí)現(xiàn)控制形式控制器作用功能強(qiáng) 度自動(dòng)化程度、計(jì)算機(jī)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5 、按控制 系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類操作指導(dǎo) 控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)監(jiān)替控 制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)分級(jí)控制集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概執(zhí)行機(jī)輸出通檢測(cè)裝輸入通計(jì)算機(jī)控制系模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)皆由計(jì)算機(jī)通過程序?qū)嵳麄€(gè)過程始終離散控個(gè)控制器分時(shí)控 制多個(gè)回具有豐富的指令系統(tǒng)和很強(qiáng)的邏輯判斷功便于實(shí)現(xiàn)控制與管理的體、按控制規(guī)律分 程序和順序控PI控 最少拍控 復(fù)雜規(guī)律的控 智能控第二離散控制系統(tǒng)變換分析、計(jì)算機(jī)

3、控制系統(tǒng)的信號(hào)形式有哪些連續(xù)模擬信時(shí)間與幅值上均連續(xù)，r(ty(tu(t離散模擬信時(shí)間是離散的，幅值上連續(xù)，yt屮(t離散數(shù)字信時(shí)間離散的，幅值為數(shù)字量，y(kTu(kT、香采樣定理是如何描述的(Shannon個(gè)連續(xù)時(shí)間信f(t,設(shè)其頻帶寬度是有限的，其最高頻率maxfmax,如果在 間隔點(diǎn)上對(duì)該信f(t進(jìn)行連續(xù)采樣，為了使采樣后的離散信*(t能包含原信f(t的 部信息量。則采樣角頻率只有滿足下面的關(guān)系ma采樣后的離散信*(t才能夠無失真地復(fù)f(t。否則不能*(t中恢f(t。中ma是最高角頻率是采樣角頻率。它與采樣頻f、采樣周的關(guān)系為.簡(jiǎn)述信號(hào)的恢復(fù)過程。零階保持器的作用是什么其傳遞函數(shù)式是什

4、么零階保持器作用：將前個(gè)采樣時(shí)刻的采樣f(kT恒定地保持到下個(gè)采樣時(shí)(k+1) 也就是說在區(qū)k(k+l)內(nèi)零價(jià)保持器的輸出為常數(shù)零階保持器的傳遞函設(shè)零階保持器在(t)作用下的脈沖響應(yīng)h(t),而h(t)又可以看成單位階躍函數(shù)l(t)與l(t-T)的迭加即：h(t)=l(t)-l(t-T)o取拉氏變換，得零階保持器的傳遞函數(shù)：tsI eH ( s) s變換、掌握常用信號(hào)的4Z/(OF（5）F(z)* 2(z - l)1k at,T )1z5-(l/r)lnaN CL嶺y -皿1Zg 4 a2 一 71 - _31d- L ” f ” + a )(z IX z )、變換的滯后定理和超前定理是如何描

5、述的Z6熙）；材礙z加普嚴(yán)咲 吐4皆Gp y問 蹄說；vt 如詢酹煒恥 z比。Z鞍掩毎壬“）必、脈沖傳遞函數(shù)定義是什么9零初始條件下，離散輸出信號(hào)的Z變換與離散輸入信號(hào)的Z變換之比。Y(z)G(z)= R(z)、開環(huán)傳遞函數(shù)的求法：10ZO 個(gè)環(huán)節(jié)申聯(lián)構(gòu)成的系統(tǒng) 若各串聯(lián)壞節(jié)之冋有同步 采樣開 天，總的刁專觀 函數(shù)箸于各個(gè)屮聯(lián)壞 廿&傳遞函數(shù)之 積即 7(刃=60)5)70(2如果在申HX環(huán)節(jié)Z問沒冇采開關(guān)，需痙耳各這“宅申 環(huán)節(jié)看戚一-r幣休” 求出共傳遞 函 數(shù)7(v)=Cd然辟再根擁GO求C(Ec 股衣示成；GGO =北5 0)30)60) = G、Gz 企CO采樣系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是什么、

6、15采樣系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均位于平而上以原Z點(diǎn)為圓心的單位圓內(nèi)。B|J|zi|I型系統(tǒng)0T/Kvtrxry11鬼系統(tǒng)0oT2/Kam型系統(tǒng)0oO求該系統(tǒng)在三種典型信號(hào)的作用下的、17穩(wěn)態(tài)誤差。Kt)一T(z T Is )ZG( z( z 1)(US単位負(fù)辰僚離昔匕奈纟充解：0.368(2 + 0.718)(Z-1X2-0.368)(1) 單位階躍函數(shù)輸入時(shí)K - lini 1 + 6(z)l = lim 1 + P Z1LJ Zrl= -= 0 A -1=lim (z 1)Z-1心0.368(z + 0.718)(z-l)(z-0.368)=lim(z 一 l)2ZtI0,

7、368(z + 0.718)(2 1)(7 0.368)=0勞斯判據(jù)。定性分析：穩(wěn)的統(tǒng)算機(jī)控制系計(jì)掌握、18.勞斯穩(wěn)定判據(jù)根據(jù)復(fù)變函數(shù)雙線性變換公式:令乙=岸5弓或設(shè) wu+jv_k(x2+v2)-lw=：$7z=x+jy(x-I+y2(x-l)2+y2+Jou=0u0Z平面s平面z=x2+y2=l z=x2+y2I*rz=x2+y2l、己知一采樣控制系統(tǒng)，試求：19系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。（1）判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）系統(tǒng)對(duì)階躍輸入和斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差。（3）T 二 Is1 -廣2Sr5(0.1y+1)(0.05s +1)y(t)第三、四章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)、的設(shè)計(jì)方法常見有哪兩種)

8、(2zD(1) 離散化設(shè)計(jì)方法一一直接設(shè)計(jì)方法(重點(diǎn))思想：已知彼控對(duì)象的Z傳遞函數(shù)G(Z),根據(jù)所要求的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。(2) 連續(xù)化設(shè)計(jì)方法一一間接設(shè)計(jì)方法，然后采用某種離散化方法，將它變成計(jì)算機(jī)算法。D(s)思想：先設(shè)計(jì)控制器的傳遞函數(shù).、最少拍系統(tǒng)概念最少拍控制中主要研究哪三種類型的設(shè)計(jì)方法2最少拍設(shè)計(jì)：就是系統(tǒng)在典型輸入下，設(shè)計(jì)數(shù)字控制器D(z)使閉環(huán)系統(tǒng)輸出在最少個(gè)采 樣周期內(nèi)能準(zhǔn)確跟蹤輸入(或系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)誤差為0)。(1) 最少拍控制器的設(shè)計(jì)：系統(tǒng)無誤差，簡(jiǎn)單，但是本身缺陷多。(2) 最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)：系統(tǒng)無謀差，考慮了系統(tǒng)穩(wěn)定性，但輸出有紋波。(3) 最少拍無

9、紋波控制器的設(shè)計(jì)：系統(tǒng)無誤差，考慮了系統(tǒng)穩(wěn)定性，輸出無紋波。、簡(jiǎn)述數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟。3 (1) 求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z);(2) 根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求和其它約束條件，確定所需要的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)G(z)和 閉環(huán)謀差脈沖傳遞函數(shù)Ge(z);(3) 求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)；(4) 根據(jù)D求取控制算法的遞推計(jì)算公式，就可編寫控制算法程療;。、不同輸入時(shí)，最少拍控制器設(shè)計(jì)綜合：4FR(z)DKf)1yyG(1DTtT*(W)22評(píng)心222T（】小gm-期(1-z-1)33L3衛(wèi)+W3zJ-3r23T2 r2（1吃護(hù)G（小、最少拍控制器的局限性體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面5最少

10、拍控制器的設(shè)計(jì)只是使系統(tǒng)對(duì)某一典型輸入的響應(yīng)為最少拍，但對(duì)其他典型輸入不一定為最少拍，甚至引起靜差和超調(diào):當(dāng)針對(duì)某一典型的輸入函數(shù)設(shè)計(jì)的，用于次數(shù)較高的，R(z) R(z)D(z)系統(tǒng)將不能完全跟蹤，產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)針對(duì)某一典型的輸入函數(shù)設(shè)計(jì)的，用于次數(shù)較低的，R(z) D(z)R(z)系統(tǒng)將出現(xiàn)超調(diào)；顯然，一種典型的最少拍控制器只適應(yīng)一種特定的輸入，而不能適用于各種輸入。、最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)6(1)0(小必須是可實(shí)現(xiàn)的，D(z)不包含單位圓上(Z二1除外) 和單位圓外的極點(diǎn)；l)(Z不包含超前環(huán)節(jié)。79、實(shí)例：設(shè)計(jì)最少拍有紋波控制系統(tǒng)。7lOd-z-1） （二】）2i_0.368F I

11、3.68z(I+0.7J8Z-1)G 仞中含有一個(gè) z-i 因二 子，沒有不穩(wěn)定極點(diǎn)和零點(diǎn)。則E二，u=0, v=0, q二 1Qr 十十 0-1二0 q+v-1二1+0-1二0F2 (z)=kFl (z)=lllaU)=計(jì)TT(7如專耳叭(乙)=1=1弋1呵叭=1卞1K=1Z10.368去(1+0.71 防 1).(1)(10.3682)吃丿 l-0368zd9E(Z)=R(Z)血)=1 Y(z)=R(z) 才+護(hù)+了七+0.368(1+0.718Z1)、最小拍有紋波控制器出現(xiàn)紋波的原因8數(shù)字控制器輸出在若干拍后，不為或常值，是震蕩收斂的。u(k)O、最小拍有紋波控制器出現(xiàn)紋波后對(duì)系統(tǒng)有什么

12、影響消除紋波辦9 法輸出在采樣點(diǎn)之間有偏差；增加了執(zhí)行元件的功率損耗和機(jī)械元件 的磨損。最小拍無紋波控制器能夠消除輸出紋波。、有紋波和無紋波設(shè)計(jì)唯一區(qū)別是什么10有紋波和無紋波設(shè)計(jì)唯一區(qū)別在于：(Z)有紋波設(shè)計(jì)時(shí)，包含單位圓上和單位圓外的零點(diǎn)；G(z) 無波紋設(shè)計(jì)時(shí)，包含單位圓內(nèi)、單位圓上、單位圓外的)(z G(z) 所有零點(diǎn)。習(xí)題：已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為：弼,采樣周 期=2,采用零階保持器3(1)針對(duì)單位階躍輸入設(shè)計(jì)最小柏有波紋控制器。(2 )針對(duì)單位斜坡輸入設(shè)計(jì)最小拍無波紋控制器。第章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì) 5.模擬控制器的離散化方法有哪些各有什么特點(diǎn)1、沖激不變法1)、加零階保持器

13、的變換法(常用)2Z、差分變換法3、雙線性變換法4、頻率預(yù)畸變雙線性變換法5(、零極點(diǎn)匹配法6沖激不變法的特點(diǎn)：與的脈沖響應(yīng)相同。D(s)D(z)若穩(wěn)定，則也穩(wěn)定。D(z) D(s)不能保持的頻率響應(yīng)。(缺點(diǎn))D(s)D將3的整數(shù)倍頻率變換到平而上的同一個(gè)點(diǎn)的頻率，Z s D(z)因而出現(xiàn)了混疊現(xiàn)象。(缺點(diǎn))加零階保持器變換法的特點(diǎn)：ZI 若穩(wěn)定，則也穩(wěn)定。D(z) D(s) 不能保持(缺點(diǎn))的脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)。D(s) D(z)后向差分變換法的特點(diǎn)穩(wěn)定變換成穩(wěn)定D(zD(s不能保的脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)(缺點(diǎn)D(sD(z(前向差分變換法的特點(diǎn)穩(wěn)定不能保證變換成穩(wěn)定，且不能保證有相同的D(zD(

14、s沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)雙線性變換的特點(diǎn) 將整平面的左半面變換平面的單位圓內(nèi)，因而沒有混效應(yīng) 穩(wěn)定變換成穩(wěn)定D(zD(s不能保的脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)(缺點(diǎn)D(sD(z什么叫模調(diào)節(jié)器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)它對(duì)采樣周期有什么要求PI理由何在.位置算法和增量算法是什么各有什么樣的優(yōu)PIPI位置：L作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。、微分控制對(duì)系統(tǒng)性能的影響3Td對(duì)動(dòng)態(tài)性能影響微分可以改善動(dòng)態(tài)特性，如減少超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間縮短等。對(duì)穩(wěn)態(tài)性能影響微分控制中允許加大比例控制，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。但太大時(shí)，超調(diào)量較大、調(diào)節(jié)時(shí)間較長。偏小時(shí)，TdTd超調(diào)量也較大、調(diào)節(jié)時(shí)間也較長。只有合適時(shí)，可以得到比較滿意的過渡過程

15、。.參數(shù)整定有些什么樣的方法它們各自的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍PID5如何試湊法（常用）擴(kuò)充臨界比例度法歸一參數(shù)整定法擴(kuò)充響應(yīng)曲線法優(yōu)選法變參數(shù)的控制(常用)PID各自特點(diǎn)和適應(yīng)范圍：略第章離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析法6嗣+T)二 Fx(kT)+GukT) ykT) = CkT)+DukT)、線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達(dá)式的表示形式1狀態(tài)方程輸出方程、由差分方程導(dǎo)出離散狀態(tài)空間表達(dá)式：21. y(kT 2T) y(kT T) y(kT) u(kT)2. y(kT 3T) y(kT 2T) y(kT T) y(kT) u(kT T) (kT)第章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)12簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)

16、計(jì)的主要內(nèi)容1研究被控對(duì)象、確定控制任務(wù)2.確定系統(tǒng)整體方案2確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)(1)確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)方(2控制系統(tǒng)總體“黑箱”設(shè)(3控制系統(tǒng)層次以及硬件、軟件功能劃(4.建立數(shù)學(xué)模型，確定控制算.硬件的設(shè)確定過程的輸入、輸出通道及其處理方(1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選（2過程通道及接口設(shè)（3控制臺(tái)設(shè)（4可靠性設(shè)（5硬件調(diào)（6.軟件的設(shè)）選擇編程語 匯編語 高級(jí)語 混合語）軟件設(shè)計(jì)步 問題定 細(xì)化設(shè) 編制源程 形成可執(zhí)行代碼 調(diào)試系統(tǒng)仿真與調(diào)試6 實(shí)驗(yàn)室硬件聯(lián)調(diào)（2） 實(shí)驗(yàn)室軟件聯(lián)調(diào)（2） 實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)仿真（3）現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試7簡(jiǎn)述過程輸入輸出通道的分類，組成及功能。2一、過程輸入輸出通道的組成與功能根據(jù)過程信息

17、的性質(zhì)及傳送方向，過程通道包括：模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制通道也有兩種即模擬量輸出通: 道及數(shù)字量輸出通道。功能簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要抗干擾措施。3接地技術(shù)2屏蔽技術(shù).隔離技術(shù).串模干擾的抑制4 23共模干擾的抑制5.電源噪聲的抑制6.提高軟件可靠性 7.解:求F的畑（認(rèn)K 乙(曠心(bd) (z-eaT)(z-(rbT)課堂練習(xí)：求函數(shù)飯變換?？?解：06卍+()84石2+0.936存+處14z+040.6z0血084+024疋0840.24疋084丄176石 1+0.336石 20.936L-0.336石2 仏936存3上43

18、7彳存0.974 嚴(yán) 0.374疋F(z)=0.6 石 1+()84衛(wèi)+0 936N+(f-T)+0.84 (t2T)+0.93(S (A37)+課堂練習(xí)：y(k-2)-3y(k-1) +2y(k) =u(k)u(k)=l(k)解：對(duì)差分方程求狡換得2Y(z)-3zlY(z) + z-2Y(z) = U(z)= z-1zz(z_l)2 芮 *z_3(幺)二 _幺_3(1)+43課堂練習(xí):分別求串聯(lián)環(huán)節(jié)兩種情況的脈沖傳遞函數(shù)&切。G血=s（s+3） G2=掛r 設(shè):e - 7解；（1）串聯(lián)環(huán)節(jié)間無采樣開關(guān)G=口何2何=喬祜3）=軍絡(luò) 弘戶診卡+鋼二陀嚴(yán)之C2）串聯(lián)環(huán)節(jié)間有采樣開關(guān)注意特殊情況,

19、G慮）（；2%心課堂練習(xí)：求帶零階保持器的 開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。q（滬可麗萬/=z&盲+而亦zms）（乙心）+3円（汕2（2）它七+（12?。 0.386斜02643心巧忑2.1368卓038 6.閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)求法：13()1()2 解：系統(tǒng)的開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)：有問G(Q=g必窗y=X必令 +治Z-Z r IZZi TJ+O矢+(匸卩+匕少題)(_ z 1 (1)2 z-1 z-e-T 1 - 汩少0 代入?yún)?shù).036比+0.264代叢*)-沖.368刊368閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)：血 G(% 0,3680.264R(z) 1+Ci(z)z2- z+0 632解：G=ZG hGI(胡二占品 GH

20、二ZH(s)G$)G=魯券 (L05L皿_GM5J _05L爐心_ R(z) I+GH(zr z.() 05L 一 1 一0.45石】 /十 1-0.5.用傳遞函數(shù)分析離散系統(tǒng)的過渡過程特性：Z14 設(shè)7%系統(tǒng)的開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)：伽PG網(wǎng)謠戸千心必古十竊Z-7 Tz z z 心+松+心巧+四 = Z (z-l)2 刃+ *丁 =十四石十戶川豪也 亠0368釣0.2640.368汁(L264畑參數(shù)：G麗 Z2-13680.368R(z) 1+G(z)Tr-ZO.632閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)：丫G_設(shè)輸入為單位階躍信號(hào)：R&)=寺70.368廿 0.264z 0.368z2+0.264zY= F-廿山632=M368 去+X 右 3+m尸 +1 147護(hù)+Q.895芒+0.8T+ .(t-5T)+0.895 力 060+ y(t)=0.368 6(t-T)+ld (t-2T)L4 (1