計算機控制系統(tǒng)試題二答案

1、計算機控制系統(tǒng)試卷二答案班級： 姓名： 學號： 成績：一、 簡答題（每小題4分，共40分）1、連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)具有哪些特點？答：與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)具有以下特點：(1) 計算機控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。(2) 在計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計算機通過程序實現(xiàn)的（數(shù)字控制器），修改一個控制規(guī)律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應性。(3) 計算機控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復雜控制規(guī)律。(4) 計算機控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。(5) 一個數(shù)字控制器經(jīng)?？梢圆捎梅謺r控制的方式，同時控制多個回路。(6) 采用計算機控制，如分級計算機控

2、制、集散控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡等，便于實現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動化程度進一步提高。2、簡述計算機控制系統(tǒng)的一般控制過程。答：(1) 數(shù)據(jù)采集及處理，即對被控對象的被控參數(shù)進行實時檢測，并輸給計算機進行處理。 (2) 實時控制，即按已設計的控制規(guī)律計算出控制量，實時向執(zhí)行器發(fā)出控制信號。3、簡述典型的計算機控制系統(tǒng)中所包含的信號形式。答：(1) 連續(xù)信號連續(xù)信號是在整個時間范圍均有定義的信號，它的幅值可以是連續(xù)的、也可以是斷續(xù)的。(2) 模擬信號模擬信號是在整個時間范圍均有定義的信號，它的幅值在某一時間范圍內(nèi)是連續(xù)的。模擬信號是連續(xù)信號的一個子集，在大多數(shù)場合與很多文獻中，將二者等同起

3、來，均指模擬信號。(3) 離散信號離散信號是僅在各個離散時間瞬時上有定義的信號。(4) 采樣信號采樣信號是離散信號的子集，在時間上是離散的、而幅值上是連續(xù)的。在很多場合中，我們提及離散信號就是指采樣信號。(5) 數(shù)字信號數(shù)字信號是幅值整量化的離散信號，它在時間上和幅值上均是離散的。4、線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是否只與系統(tǒng)本身的結構和參數(shù)有關？答：線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，不但與系統(tǒng)本身的結構和參數(shù)有關，而且與輸入序列的形式及幅值有關。除此之外，離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與采樣周期的選取也有關。5、增量型PID控制算式具有哪些優(yōu)點？答：(1)計算機只輸出控制增量，即執(zhí)行機構位置的變化部分，因而誤動作

4、影響??；(2)在i時刻的輸出ui，只需用到此時刻的偏差，以及前一時刻，前兩時刻的偏差ei-1，ei-2和前一次的輸出值ui-1，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計算時間；(3)在進行手動-自動切換時，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡。6、如何利用試湊法調整PID算法的參數(shù)？答：(1)先整定比例部分：將比例系數(shù)KP由小調大，并觀察相應的系統(tǒng)響應趨勢，直到得到反映快、超調小的響應曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍之內(nèi)，同時響應曲線已較令人滿意，那只須用比例調節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定。(2)如果在比例調節(jié)的基礎上系統(tǒng)的靜差不能滿足設計要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時一般先置一個較大的積分時間系數(shù)TI,

5、同時將第一步整定得到的比例系數(shù)KP縮小一些(比如取原來的80%)，然后減小積分時間系數(shù)使在保持系統(tǒng)較好的動態(tài)性能指標的基礎上，系統(tǒng)的靜差得到消除。在此過程中，可以根據(jù)響應曲線的變化趨勢反復地改變比例系數(shù)KP和積分時間系數(shù)TI,從而實現(xiàn)滿意的控制過程和整定參數(shù)。(3)如果即使有比例積分控制器消除了偏差，但動態(tài)過程仍不盡滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)，構成PID控制器。在整定時，可先置微分時間系數(shù)TD為零，在第二步整定的基礎上，增大微分時間系數(shù)TD，同時相應地改變比例系數(shù)KP和積分時間系數(shù)TI，逐步試湊，以獲得滿意的調節(jié)效果和控制參數(shù)。7、簡述對偶原理的基本內(nèi)容。答：對偶原理：設S1=(A,B,C)、S

6、2=(AT, CT, BT)是互為對偶的兩個系統(tǒng)，則S1的能控性等價于S2的能觀測性；S1的能觀測性等價于S2的能控性?；蛘哒f，若S1是狀態(tài)完全能控的(完全能測觀的)，則S2是狀態(tài)完全能觀測的(完全能控的)。8、與應用了傳統(tǒng)的通用計算機的數(shù)字產(chǎn)品相比，嵌入式系統(tǒng)有哪些特點？答：系統(tǒng)內(nèi)核?。幌到y(tǒng)精簡；高實時性和高可靠性；智能化和網(wǎng)絡化；專用性強；需要有專用的開發(fā)工具和環(huán)境。9、 尖峰干擾是一種頻繁出現(xiàn)的疊加于電網(wǎng)正弦波上的高能隨機脈沖，如何防治尖峰脈沖干擾？答：尖峰干擾是一種頻繁出現(xiàn)的疊加于電網(wǎng)正弦波上的高能隨機脈沖，其幅度可達幾千伏，寬度只有幾個毫微秒或幾個微秒，出現(xiàn)的位置也無規(guī)律，因此采用常

7、規(guī)的抑制辦法是無效的，而必須采取綜合治理辦法：(1)“遠離”干擾源。(2) 用硬件設備抑制尖峰干擾的影響較常用的抑制方法有三種：在交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻；采用鐵磁共振原理，如采用超級隔離變壓器；在交流電源輸入端串入均衡器。 (3) 在大功率用電設備上采取措施抑制尖峰干擾的產(chǎn)生(4)采用“看門狗”(Watchdog)技術10、 么是硬件故障冗余系統(tǒng)？答：硬件故障冗余系統(tǒng)的定義是：如果一個系統(tǒng)在出現(xiàn)一定的運行性故障時，依靠系統(tǒng)冗余硬件的內(nèi)駐能力，仍能保持系統(tǒng)連續(xù)正確地執(zhí)行其程序和輸入、輸出功能，則稱這一系統(tǒng)為硬件故障冗余系統(tǒng)。二、已知系統(tǒng)框圖如下所示： T=1s (15分)y(t)Tr(t)

8、- 試確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定時K的取值范圍。解：廣義對象傳遞函數(shù)對應的脈沖傳遞函數(shù)為此時系統(tǒng)的特征方程為采用雙線性變換可得等效的特征方程為此時，勞斯表為 w2 （1-0.0381K） 0.924K K 26.2 w1K K 0故K的變化范圍為 0 K 2.39。三、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為 （10分）試用雙線性變換法求出相應的數(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。解：令 控制器的差分形式為四、已知離散控制系統(tǒng)的結構如下所示，采樣周期，輸入信號，求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 （10分）r(t)y(t)解：系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為則誤差脈沖傳遞函數(shù)為穩(wěn)態(tài)誤差為五、已知廣義被控對象為 （15分

9、）其中，T=1s。期望的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中的時間常數(shù)取為Tc=0.5s,應用史密斯預估器方法確定數(shù)字控制器。解：不含純滯后的廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為不考慮純滯后，閉環(huán)系統(tǒng)理想脈沖傳遞函數(shù)為，進而求得于是得史密斯預估器如下六、采用逐點比較法法插補圓弧OP，起點坐標O(0，5)，終點坐標P(5，0)，圓心在原點。要求以表格形式給出插補計算過程，并畫出插補運動軌跡。（10分）解：步數(shù)誤差判別坐標進給下一步誤差計算進給后動點坐標終點判別初始化F0x=0,y=5=101F=0-yF=F-2y+1=-9x=0，y=y-1=4=-1=92F0+xF=F+2x+1=-8x=x+1=1,y=4=-1=83F0+xF=F+2x+1=-5x=x+1=2,y=4=-1=74F0+xF=F+2x+1=0x=x+1=3,y=4=-1=65F=0-yF=F-2y+1=-7x=3，