計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 試卷及答案 卷1

PAGEPAGE1《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》考試（A）卷答案與評分標(biāo)準(zhǔn)考試形式：閉卷 考試時(shí)間：120分鐘 滿分：100分。題 號一二三四五總分得 分評閱人注意：1、所有答題都須寫在此試卷紙密封線右邊，寫在其它紙上一律無效。2、密封線左邊請勿答題，密封線外不得有姓名及相關(guān)標(biāo)記。得分一、填空題（共10空，每空2分，共20分）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī) 來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制 。最少拍設(shè)計(jì)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號作用下經(jīng)過最小拍 ，使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差 為零。已知時(shí)間函數(shù) ，采樣時(shí)間為T，則該函數(shù)的星號拉式變換為，其z變換為的z反變換 為已知時(shí)間函數(shù) 的z變換 ，則其初值為 6 ，終值為 0 。已知數(shù)字控制器為 ，設(shè)采樣周期為T，則按低增益零極點(diǎn)匹配法設(shè)計(jì)，數(shù)字控制器D(z)為 。得分二、判斷題（共10小題，每小題1分，共10分）（對的打，錯(cuò)的打）（1）當(dāng)系統(tǒng)的極點(diǎn)位于z平面單位圓內(nèi)的正實(shí)軸上時(shí)對應(yīng)的暫態(tài)響應(yīng)是單調(diào)一致收斂的位于負(fù)實(shí)軸上的極點(diǎn)對應(yīng)的暫態(tài)響應(yīng)也是單調(diào)一致收斂的。 （?）（2）大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使閉環(huán)傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)（√）（3）離散控制系統(tǒng)能夠通過狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)任意極點(diǎn)配置的前提條件是系統(tǒng)是能觀。（?）（4）零階保持器是一個(gè)低通濾波器高頻信號通過零階保持器不能完全濾除同時(shí)產(chǎn)生相位超前。 （?）（5）模擬控制器穩(wěn)定，則采用脈沖響應(yīng)不變法離散近似后的數(shù)字控制器也可保證穩(wěn)定。 （√）（6）離散控制系統(tǒng)中的振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振蕩。 （√）（7）設(shè)系統(tǒng)差分方程為 則零初始條件下其低頻增益為0.75。 （?）（8）最少拍設(shè)計(jì)是采用z變換進(jìn)行的，在采樣點(diǎn)處和采樣點(diǎn)間均是閉環(huán)反饋控制。（?）（9）離散閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是所有的閉環(huán)極點(diǎn)的幅值要小于1。 （√）（10）對于采樣后的離散系統(tǒng)如果能觀則原連續(xù)系統(tǒng)一定也是能觀的。 （√）得分三、簡述題（共3小題，每小題5分，共15分）z變換有哪幾種基本定理？答：線性性質(zhì)，位移定理，初值定理，終值定理，復(fù)數(shù)位移定理，微分定理，差分定理，卷積定理。(答對上面中任意5個(gè)滿分)簡述一下計(jì)算機(jī)控制中的采樣及采樣過程，并說明采樣信號與數(shù)字信號的聯(lián)系與區(qū)別?答：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，信號是以脈沖序列或數(shù)字序列的方式傳遞的，把連續(xù)信號變成數(shù)字序列的過程叫做采樣（2分）采樣過程是指將一個(gè)連續(xù)的輸入信號，經(jīng)開關(guān)采樣后，轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)生在采樣開關(guān)閉合瞬時(shí)刻0，T，2T,...,nT的一連串脈沖輸出信號。(1分)采樣信號與數(shù)字信號的聯(lián)系：二者都是離散信號（1分采樣信號與數(shù)字信號的區(qū)別：數(shù)字信號時(shí)間離散、幅值也離散，而采樣信號是幅值連續(xù)，時(shí)間離散的信號。（1分）簡述一下計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)法，并說明有什么特點(diǎn)。答：直接設(shè)計(jì)法先將被控對象和保持器組成的連續(xù)部分離散化，然后應(yīng)用離散控制理.(3分)不存在采樣周期必須足夠小的限制（采樣周期只取決于問題本身，與所采取的方法無關(guān)可以考慮采樣點(diǎn)之間的性能。可以得到比相應(yīng)連續(xù)系統(tǒng)更好的性能。(特點(diǎn)1分一個(gè))得分四、計(jì)算題（共3小題，每小題10分，共30分）z變換求解下列差分方程。其初始條件為 ， 。解：由超前定理對差分方程兩邊求z變換，得：并將初始條件代入上式，并化簡解得：

（4分）整理后得：對上式進(jìn)行z反變換得

（3分）（3分）設(shè)離散系統(tǒng)如下圖所示，其中 ， , ，，K=10， ，試判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性并根據(jù)圖所示的關(guān)系計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。解：系統(tǒng)回路部分離散傳遞函數(shù)為：（2分）根據(jù)圖中所提示，有如下關(guān)系成立：（1分）根據(jù)上式關(guān)系，則誤差脈沖傳遞函數(shù)為：其特征方程為： （1分）特征值為 并且 故閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)（可以用朱利或者修正勞斯判據(jù)（2分）由 ，得系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為(或者由分母階次為為2型系統(tǒng)故穩(wěn)態(tài)誤差為0)（2分）設(shè)離散系統(tǒng)如下圖所示， ， 采樣周期T=0.1s，試求當(dāng)輸入 時(shí)的最小拍無紋波數(shù)字控制器D(z),。GG(s)????0(????)D(z)解：被控對象的傳遞函數(shù)中包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)，能平滑的產(chǎn)生等速輸出響應(yīng)，滿足無紋波的必要條件。(1分)由圖可知，零階保持器和被控對象組成的廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)為：中零點(diǎn)為-0.718，極點(diǎn)為1和0.368，故根據(jù)最小拍無紋波系統(tǒng)對閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 的要求，得到閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：（1分）由于輸入信號為單位階躍且G(z)無單位圓外極點(diǎn)故 ， 由如下表達(dá)式所確定： (2分：一個(gè)公式1分)求得式中兩個(gè)待定參數(shù) ， 分別為1.407和-0.825，得到最小拍無紋波系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：最后代入下式：

（1分） 得分五、設(shè)計(jì)題（第一題10分，第二題15分）1．如下圖所示系統(tǒng)， , 期望????0(s)D(z)G(s)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 采樣周期 試用大林算法確定數(shù)字控制器D(z????0(s)D(z)G(s)解：由題意可得則被控裝置廣義脈沖傳遞函數(shù)為：由此可得： 2．設(shè)線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間如下圖所示：（1）請寫出圖中對應(yīng)的狀態(tài)空間表達(dá)式；（2）判斷離散系統(tǒng)能控能觀性；（3）對該系統(tǒng)，試確定狀態(tài)反饋系數(shù)矩陣K,使得由 與被控對象構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)的極點(diǎn)為：????1=0.2，????2=0.4;(1)解：（4