計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)考試

1、填空題1、按照控制方式分類(lèi)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。2、過(guò)程輸出通道包括開(kāi)關(guān)量輸出通道和模擬量輸出通道兩種。3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的基本要求是可靠性。4、在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)字序列的方式傳遞的，把連續(xù)信號(hào)變成數(shù)字序列的過(guò)程叫做采樣過(guò)程。5、數(shù)字控制器的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)主要有3種方式：直接程序設(shè)計(jì)法、串行程序設(shè)計(jì)法和并行程序設(shè)計(jì)法。6、設(shè)閉環(huán)系統(tǒng)輸出信號(hào)為Y(z)，輸入信號(hào)為R(z)，誤差信號(hào)為E(z)，則閉環(huán)誤差傳遞函數(shù)為W(Z)=E(z)/R(z)。7、數(shù)字控制器的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)主要有3種方式：直接程序設(shè)計(jì)法、串行程序設(shè)計(jì)法和并行程序設(shè)計(jì)法。8、已知Z變

2、換表達(dá)式F(z)，求相應(yīng)離散序列f(kT)或f*(t)的過(guò)程被稱(chēng)為逆Z變換。9、在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制對(duì)象的輸入信號(hào)一般為連續(xù)信號(hào)，這就必須將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)序列還原成連續(xù)信號(hào)，這就是信號(hào)的恢復(fù)過(guò)程。TOC o 1-5 h z10、所謂穩(wěn)定，就是在有界輸入作用下，系統(tǒng)的輸出也是有界的。11、數(shù)字控制器的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)主要有3種方式：直接程序設(shè)計(jì)法、串行程序設(shè)計(jì)法和行程序設(shè)計(jì)法。12、過(guò)程輸出通道包括模擬量輸出通道和數(shù)字量輸出通道兩種。13、按照控制方式分類(lèi)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。14、離散系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)是他各個(gè)極點(diǎn)時(shí)間響應(yīng)的線性疊加。15、集散控制系統(tǒng)是控制(c

3、ontrol)、計(jì)算機(jī)(computer)、數(shù)據(jù)通信(communication)和屏幕顯示技術(shù)(CRT)的綜合體，通常又被稱(chēng)為分布式控制技術(shù)。簡(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述專(zhuān)家控制系統(tǒng)與專(zhuān)家系統(tǒng)的不同之處。通常的專(zhuān)家系統(tǒng)只對(duì)專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行咨詢(xún)工作，它的推理是以知識(shí)為基礎(chǔ)的，其推理結(jié)果一般用于輔助用戶(hù)的決策；而專(zhuān)家控制系統(tǒng)則要求能獨(dú)立和自動(dòng)地對(duì)控制作用作出決策，它的功能一定要具有連續(xù)的可靠性，足夠的抗干擾性。通常的專(zhuān)家系統(tǒng)一般都是以離線方式工作的，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行速度沒(méi)有很高的要求；而專(zhuān)家控制系統(tǒng)則要求在線動(dòng)態(tài)地采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行推理和決策，對(duì)過(guò)程進(jìn)行及時(shí)的控制，因此一定要具有使用的靈活性和控制的實(shí)時(shí)性。

4、2、簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的主要作用。對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)，輸入信號(hào)和根據(jù)控制規(guī)律的要求實(shí)現(xiàn)的輸出偏差信號(hào)的計(jì)算工作量很大，采用模擬解算裝置不能滿(mǎn)足精度要求，因而需要采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。用計(jì)算機(jī)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的校正以保證所要求的動(dòng)態(tài)性能。由于計(jì)算機(jī)具有快速完成復(fù)雜工程計(jì)算的能力，因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等高級(jí)控制功能及多功能計(jì)算調(diào)節(jié)。3、什么是最少拍設(shè)計(jì)？其有什么不足之處？最少拍設(shè)計(jì)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)(如階躍信號(hào)，速度信號(hào)，加速度信號(hào)等)作用下，經(jīng)過(guò)最少拍(有限拍)使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。不足之處：(1)最少拍控制器D(z)依賴(lài)于系統(tǒng)的輸入，當(dāng)系統(tǒng)輸入發(fā)生改

5、變時(shí)可能導(dǎo)致控制性能變差甚至不穩(wěn)定；(2)在兩個(gè)采樣時(shí)刻之間，系統(tǒng)的輸出存在著紋波或振蕩。這種紋波不但影響系統(tǒng)的控制性能，產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)和持續(xù)振蕩，而且還增加了系統(tǒng)功率損耗和機(jī)械磨損。4、簡(jiǎn)述數(shù)字PID控制中控制系數(shù)兀，和的控制作用。比例系數(shù)KP使輸出量朝著減小偏差的方向變化，但對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對(duì)象存在穩(wěn)態(tài)誤差。加大比例系數(shù)KP可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，但是，KP過(guò)大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分系數(shù)KI消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余穩(wěn)態(tài)誤差。增大TI將減慢消除穩(wěn)態(tài)誤差的過(guò)程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。微分系數(shù)KD加入將

6、有助于減小超調(diào)。克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。5、簡(jiǎn)述Z變換的定義。y(kT)的Z變換定義為Y(z)=y(kT)z-kk=0=y(0)+y(T)z-1+y(2T)z-+6、產(chǎn)生式知識(shí)表示系統(tǒng)在應(yīng)用中的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？自然性與人的思維相似，容易理解，便于人機(jī)交換信息。獨(dú)立性每一條規(guī)則為一基本知識(shí)單元，規(guī)則之間不互相調(diào)用、修改，且增刪方便，知識(shí)庫(kù)容易擴(kuò)充和完善。一致性固定格式，易于設(shè)計(jì)、控制。有效性可表示精確和不精確知識(shí)。7、簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)思路。離散化設(shè)計(jì)法首先將系統(tǒng)中被控對(duì)象加上保持器一起構(gòu)成的廣義對(duì)象離散化，得到相應(yīng)的以Z傳遞函數(shù)，差分方程或離散系統(tǒng)狀態(tài)方程表示的離散系統(tǒng)模型。然后

7、利用離散控制系統(tǒng)理論，直接設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。8、什么是最少拍計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的波紋？其對(duì)系統(tǒng)有何影響？最小拍控制系統(tǒng)雖然在采樣時(shí)刻閉環(huán)系統(tǒng)輸出與所跟蹤的參考輸入一致，但是在兩個(gè)采樣時(shí)刻之間，系統(tǒng)的輸出存在著振蕩和誤差，我們把這種現(xiàn)象稱(chēng)為波紋。這種波紋不但影響系統(tǒng)的控制性能，產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)和持續(xù)振蕩，而且還增加了系統(tǒng)功率和機(jī)械磨損。9、簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。(1)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，達(dá)到較高的控制質(zhì)量；(2)性?xún)r(jià)比高；(3)可裝配性、可擴(kuò)充性好；(4)可靠性高；(5)很強(qiáng)的可維護(hù)性。10、簡(jiǎn)述抗串模干擾的技術(shù)措施。(1)合理選用信號(hào)線(2)在信號(hào)電路中加裝濾波器(3)選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器采用

8、調(diào)制解調(diào)技術(shù)(5)用光電耦合器隔離干擾(6)配備高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源11、最少拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則是什么？1、對(duì)于特定的參考輸入信號(hào)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)在采樣時(shí)刻精確實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的跟蹤；2、系統(tǒng)以最快速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)；3、D(z)應(yīng)是物理可實(shí)現(xiàn)的；4、閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)是穩(wěn)定的。12、寫(xiě)出增量式PID控制算法并說(shuō)明增量型控制算法與位置式比較的優(yōu)點(diǎn)。u(k)=u(k)-u(k-1)二(K+K+K)e(k)-(K+2K)e(k-1)+Ke(k-2)pIDpDD增量式控制算法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，因而誤動(dòng)作影響小。2、大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。3、在進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能夠較平滑地過(guò)渡。

9、13、簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)思路。數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)法是先將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)看作模擬系統(tǒng)，針對(duì)該模擬系統(tǒng)，采用連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的模擬控制器，然后用離散化方法將此模擬控制器離散化成數(shù)字控制器，即轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。14、簡(jiǎn)述香農(nóng)采樣定理。一個(gè)連續(xù)時(shí)間信號(hào)f(t),設(shè)其頻帶寬度是有限的，其最高頻率為3，如果在等間隔點(diǎn)上對(duì)max該信號(hào)f(t)進(jìn)行連續(xù)采樣，為了使采樣后的離散信號(hào)f*(t)能包含原信號(hào)f(t)的全部信息量。則采樣角頻率只有滿(mǎn)足下面的關(guān)系：smax采樣后的離散信號(hào)f*(t)才能夠無(wú)失真地復(fù)現(xiàn)f(t)。否則不能從f*(t)中恢復(fù)f(t)。計(jì)算題1、已知單位負(fù)反饋

10、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10，采樣周期T=1s，試用Routh穩(wěn)定準(zhǔn)則s(s+1)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。解：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：1011zz6.32zG(z)=Z-=10Z(-丄)=10(-)=zs(s+1)ss+1z-1z-e-1(z-1)(z-0.368)因?yàn)槭菃挝回?fù)反饋系統(tǒng)，所以閉環(huán)傳遞函數(shù)：6.32zz2+4.952z+0.368特征方程為：z2+4.952z+0.368=0將z=W1代入特征方程得：w-16.32w2+1.264w-3.584=0Routh穩(wěn)定判據(jù)w26.32-Routh穩(wěn)定判據(jù)w26.32-3.584w11.2640w0-3.584-3.582小于0，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。2、

11、求下列函數(shù)的初值和終值。10z-i(1z-1)2解：f(0)二limF(z)二lim二010z-1二g(110z-1二g(1-z-1)2f(s)=lim(1-z-1)F(z)=lim(1一z-1)zt1zt13、對(duì)于如圖所示的離散系統(tǒng)，設(shè)0.368(z+0.718)G(Z)(z-1)(z-0.368)(1)單位速度函數(shù)輸入時(shí)求該系統(tǒng)(1)在單位速度信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差；(2)在單位加速度信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。(1)單位速度函數(shù)輸入時(shí)解：0.368(z+0.718)K=lim(z一1)_VZT1(z-1)(z-0.368)e(g)=1vKV(2)單位加速度函數(shù)輸入時(shí)K=lim(zK=lim(z-

12、1)2ZT10.368(z+0.718)(z-1)(z-0.368)=0T2e(g)=gaKa4、試確定使下列離散線性系統(tǒng)聯(lián)合完全能控和完全能觀測(cè)的系數(shù)a的取值范圍。-11a0_x(k+1)=0-21x(k)+000-31u(k)1x(k)y(k)=00解：0a1-4adetrBABA2B二det01-5=-a11-39C_001一detCA=det00-3=0CA2009所以無(wú)論a取何值，系統(tǒng)均不能聯(lián)合完全可控和完全可測(cè)。5、求下列函數(shù)的初值和終值。F(z)=解：=0f(0)=limF(z)=lim=0=0zsz=0f(a)=lim(lz-1)F(z)=lim(lz-1)zt1zt16、設(shè)單

13、位負(fù)反饋數(shù)字控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為k(1k(1-0.5z-1)(1-2z-i)試用試用Routh準(zhǔn)則分析穩(wěn)定性，確定k值得穩(wěn)定范圍.解：w(z)=G(z)=k=工1+G(z)k+(1-0.5z-1)(1-2z-1)kz2+(z-0.5)(z-2)Dz)=kz2+(z-)5z-2(k+l羽-25+l=0代入w代入w+1w-1w+1D(w)=(k+1)(-)2-2.5(w-1(k-0.5)w2+2kw+(k+4.5)=0Routh表w2k-0.5k+4.5w12kw0k+4.5所以k-0.50.29、某控制系統(tǒng)的控制器為s+s+10.2s+1設(shè)采樣周期T=0.1s，試用前向差分法求D(z)及其控

14、制算法。解：_z一1代入st得D(z)_10z一9_10一9z-10.2(z-1)+12U(z)-z-iU(z)=10E(z)-9z-1E(z)u(k)=5e(k)-4.5e(k-1)+0.5u(k-1)zsz*zzsz*z24z+3解：f(0)=limF(z)=lim222+5=2fS)=lim(1-z-1)F(z)=lim(1-z-i)222+5=-3.5zT1zT1z2一4z+311、設(shè)Z傳遞函數(shù)為G(z)二竺二z3+4z2+5z+3U(z)(z+1)2(z+2)試求狀態(tài)方程和輸出方程。解：將G(z)表示成極點(diǎn)形式G(z)=Y(z)=+1丄+1U(z)z+2(z+1)2z+11Y(z1Y

15、(z)二7+2U(z)+1(z+1)2U(z)-U(z)+U(z)選取的狀態(tài)變量為x(z)x(z)=1x(z)=2x(z)=3U(z)ITTx3(z)U(z)因而有關(guān)系式zx(z)=2x(z)+U(z)11vzx(z)=x(z)+x(z)223zx(z)=x(z)+U(z)33對(duì)應(yīng)的狀態(tài)方程為x(k+1)1x(k+x(k+1)1x(k+1)2x(k+1)3-20=0-10001-1x(k)1x(k)2x(k)31+0u(k)1又因?yàn)橛忠驗(yàn)?U(z)-EU(z“U(z)=x(z)+x(z)x(z)+U(z)123所以y(k)=1所以y(k)=111-1x(k)1x(k)2x(k)3+u(k)12、已知差分方程y(k)+4y(k-1)+3