計控考試參考答案

1、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

2、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、復合型指標）來衡量一個系統(tǒng)的好壞或優(yōu)劣。1.26 計算機控制將向哪些方向發(fā)展？答：a.最優(yōu)控制b.自適應(yīng)控制c.系統(tǒng)辨識d.分級控制e.集散型控制2.8 已知拉氏變換式，試求離散化后的Z變換式：1.1/s解:1/s的拉氏反變換是1，故Z變換式是z/z-1。2.9 試求

3、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。2.13 T=1s,G(s)=1/s（s+0.3），試分析系統(tǒng)在典型輸入作用下的輸出響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差。1. 單位階躍響應(yīng) 2.單位速度輸入 3.單位加速度輸入解：帶入a=0.3 T=1s K=1得閉環(huán)傳遞函數(shù)（單位階躍響應(yīng)）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

4、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0K2.4，故臨界放大倍數(shù)Kc=2.4。例2.34 設(shè)線性離散系統(tǒng)如2.12圖，a=1/s,K=1,T=1s,輸入序列位單位節(jié)約序列。試分析系統(tǒng)的過渡過程。解：將已知參數(shù)帶入得閉環(huán)傳遞函數(shù)Gc(z)由Z變換的定義，離散系統(tǒng)輸出時間序列為y(0)=0 y(T)=0.368 y(2T)=1 y(3T)=1.4 y(4T)=1.4 y(5T)=1.147 y(6T)=0.895y(7T)=0.802 y(8T)=0.868 y(9T)=0.993 y(10T)=1.077 y(11T)=1.081 y(12

5、T)=1.032 y(13T)=0.981 y(14T)=0.961 y(15T)=0.973 y(16T)=0997線性離散系統(tǒng)在單位階躍響應(yīng)下，調(diào)節(jié)時間約12s，超調(diào)量約為40%，峰值時間為3s，振蕩次數(shù)為1.5次，衰減比約為2:1，穩(wěn)態(tài)誤差ess=0。3.1 已知線性系統(tǒng)的差分方程，試導出離散狀態(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：2. 線性離散系統(tǒng)的階數(shù)n=2 a0=1,a1=0.5,a2=0.2,a3=1,b0=0,b1=0,b2=1,b3=1.2 h0=b0=0;h1=b1-a

6、1h0=0;h2=b2-a1h1-a2h0=1;h3=b3-a1h2-a2h1-a3h0=0.73.3 已知線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)方程;1. 使用迭代法，求解x(kT);2. 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.好復雜，自己求吧，然后再求Z反變換即可。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 2.有限拍無紋波調(diào)節(jié)器解;1.廣義對象的Z傳遞函數(shù)HG（z）的分子含有z-1因子，因此閉環(huán)傳遞函數(shù)Gc（z）應(yīng)包含z-1，可選擇2. 閉環(huán)傳遞函數(shù)Gc（z）應(yīng)選擇包含z-1和HG（z）的全部

7、零點，所以解得a=0.556 b0=1 b1=0.445有限拍無紋波調(diào)節(jié)器為4.7 設(shè)有限拍系統(tǒng)如圖，是設(shè)計在各種典型輸入時的有限拍尤文吧調(diào)節(jié)器D(z)。1. 單位階躍輸入 2.單位速度輸入 3.單位加速度輸入解：1.廣義對象的Z傳遞函數(shù)2. 單位速度輸入時3. 單位加速度輸入時代入D(z)式中即可。4.8 設(shè)有限拍系統(tǒng)如上圖，試設(shè)計在單位階躍輸入時，不同采樣周期的有限拍有紋波調(diào)節(jié)器D(z)。1. T=10s 2.T=1s 3.T=0.1s 4.T=0.01s解：廣義對象的Z傳遞函數(shù)為HG（z）這里取T=1s得出同理將其他T代入。5.2 試列出數(shù)字PID控制的位置算式、增量算式和速度算式。位置

8、算式：增量算式：速度算式：5.3. 試列出數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的Z傳遞函數(shù)。5.8. 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器需整定哪些參數(shù)？答： Kp、Ti、Td、采樣周期T。5.9 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。（2） 積分控制Ti對控制性能的影響動態(tài)特性通

9、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。（3） 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p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p較大，調(diào)節(jié)時間較長。當Td偏小時，超調(diào)量p也較大，調(diào)節(jié)時間ts也較長。只有合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。5.11 簡述擴充臨界比例度法選擇PID參數(shù)。答：擴充臨界比例度法是以模擬調(diào)節(jié)器中

10、使用的臨界比例度法為基礎(chǔ)的一種PID數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。整定步驟：（1） 選擇合適的采樣周期T，調(diào)節(jié)器作純比例Kp控制；（2） 逐漸加大比例Kp，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩；（3） 選擇控制度；（4） 查表選擇采樣周期T，Kp，Ti和Td。7.1 已知線性離散狀態(tài)方程，試判斷系統(tǒng)的能觀性。7.2 已知線性離散狀態(tài)方程和輸出方程，試判斷系統(tǒng)的能觀測性。10.1 計算機控制的總體方案設(shè)計通常包含哪些內(nèi)容？答：（1）工藝設(shè)備、工藝流程、環(huán)境條件；（2）總體設(shè)計要求；（3）工藝控制要求及技術(shù)指標；（4）經(jīng)費估算；（5）制定工程進度。10.4 如何提高工業(yè)控制機的可靠性?答：（1）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）元器件的選擇，老化篩選；（3）信號、電源接地的抗干擾措施；（4）感性負載回路的抗干擾措施；（5）多重化結(jié)構(gòu)技術(shù)；（6）信號隔離技術(shù)；（7）看門狗及電源掉電檢測技術(shù)；（8）提高軟件設(shè)計的可靠性。10.9 簡述提高軟件設(shè)計可靠性的措施。答：（1）程序高速循環(huán)法；（2）輸出反饋、表決和周期刷新；（3）靈活使用存儲器；（4）實時診斷技術(shù)；（5）數(shù)字濾波技術(shù)。10.14 計算機輔助設(shè)計、