二计算机控制系统试题二答案

计算机控制系统试卷二答案班级：姓名：学号：成绩：一、简答题（每小题4分，共40分）1.连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？(1)(2)在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的（数字控制器），修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。(3)(4)计(5)(6)采用计算机控制，如分级计算机控制、集散控制系统、计算机网络等，便于实现控制与管理一体化，使2.简述计算机控制系统的一般控制过程。答：(1)数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理。(2)实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。3.简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。答：(1)连续信号连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的,也可以是断续的。(2)模拟信号模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。(3)离散信号离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。(4)采样信号采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。(5)数字信号数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。4.线性定常离散系统的稳态误差是否只与系统本身的结构和参数有关？答：线性定常离散系统的稳态误差，不但与系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列的形式及幅值有关。除此之外，离散系统的稳态误差与采样周期的选取也有关。5.增量型PID控制算式具有哪些优点？答：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小。(2)在i时刻的输出ui，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻、前两时刻的偏差ei-1、ei-2和前一次的输出值ui-1，这大大节约了内存和计算时间。(3)在进行手动—自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。6.如何利用试凑法调整PID算法的参数？答：(1)先整定比例部分：将比例系数KP由小调大，并观察相应的系统响应趋势，直到得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围之内，同时响应曲线已较令人满意，那只需用比例调节器即可，最优比例系数也由此确定。(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则需加入积分环节。整定时一般先置一个较大的积分时间系数TI,同时将第一步整定得到的比例系数KP缩小一些(比如取原来的80%)，然后减小积分时间系数，使在保持系统较好的动态性能指标的基础上，系统的静差得到消除。在此过程中，可以根据响应曲线的变化趋势反复地改变比例系数KP和积分时间系数TI,从而实现满意的控制过程和整定参数。(3)如果即使有比例积分控制器消除了偏差，但动态过程仍不令人满意，则可以加入微分环节，构成PID控制器。在整定时，可先置微分时间系数TD为零，在第二步整定的基础上，增大微分时间系数TD，同时相应地改变比例系数KP和积分时间系数TI，逐步试凑，以获得满意的调节效果和控制参数。7.简述对偶原理的基本内容。答：对偶原理：设S1=(A,B,C)、S2=(AT,CT,BT)是互为对偶的两个系统，则S1的能控性等价于S2的能观测性；S1的能观测性等价于S2的能控性。或者说，若S1是状态完全能控的(完全能测观的)，则S2是状态完全能观测的(完全能控的)。8.与应用了传统的通用计算机的数字产品相比，嵌入式系统有哪些特点？答：系统内核小；系统精简；高实时性和高可靠性；智能化和网络化；专用性强；需要有专用的开发工具和环境。9.尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，如何防治尖峰脉冲干扰？答：尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，其幅度可达几千伏，宽度只有几个毫微秒或几个微秒，出现的位置也无规律，因此采用常规的抑制办法是无效的，而必须采取综合治理的办法：(1)“远离”干扰源。(2)用硬件设备抑制尖峰干扰的影响。较常用的抑制方法有三种：在交流电源的输入端并联压敏电阻；采用铁磁共振原理，如采用超级隔离变压器；在交流电源输入端串入均衡器。(3)在大功率用电设备上采取措施抑制尖峰干扰的产生。(4)采用“看门狗”(Watchdog)技术。10.什么是硬件故障冗余系统？答：硬件故障冗余系统的定义是：如果一个系统在出现一定的运行性故障时，依靠系统冗余硬件的内驻能力，仍能保持系统连续正确地执行其程序和输入、输出功能，则称这一系统为硬件故障冗余系统。二、已知系统框图如下所示：T=1s(15分)试确定闭环系统稳定时K的取值范围。解：广义对象传递函数1e()(1)TsKGssss对应的脉冲传递函数为111212111111121e()()(1)111(1)(1)(1)(1)11e0.368(10.718)0.3680.264(1)(10.368)1.3680.368TsKGzGsssszKzKzsszzzKzzzKzzzzZZZ此时系统的特征方程为2(0.3680.624)1()11.3680.368KzGzzz采用双线性变换)2/(1)2/(1)1(ssKr(t)y(t)-—T1eTss可得等效的特征方程为0924.0)386.0924.0()0381.01(2KwKwK此时，劳斯表为w2（1-0.0381K）0.924K→K26.2w10.924－0.386K→K2.39w00.924K→K0故K的变化范围为0K2.39。三、已知某连续控制器的传递函数为（10分）2n22nn()2Dsss试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数)(zD，并给出控制器的差分形式。其中1sT。解：令1111112112112zzzzTzzTs112221nn22222121nnnnnnn21(21)()()()2(44)(28)44zszzzUzDzEzsszz控制器的差分形式为222nnnn222nnnnnn2844()(1)(2)(()2(1)(2))444444ukukukekekek四、已知离散控制系统的结构如下所示，采样周期sT2.0，输入信号21()12rttt，求该系统的稳态误差。（10分）解：系统开环脉冲传递函数为2111113121311121e10(0.51)()()5100.4(1)(1)(1)(1)2(1)(0.81.2)(1)TssGzGsssszzzzzszzzzzZZZ则误差脉冲传递函数为12e12()1(1)()()1()11.20.2EzzΦzRzGzzzy(t)r(t)1esTs2)15.0(10ss11112112131310.20.04(1)1.021.780.8()1(1)2(1)(1)zzzzzRzzzzz稳态误差为1e1()lim(1)()()()0.1zezEzΦzRz五、已知广义被控对象为（15分）21e1()e1TssGsss其中，T=1s。期望的闭环脉冲传递函数中的时间常数取为Tc=0.5s,应用史密斯预估器方法确定数字控制器。解：不含纯滞后的广义对象脉冲传递函数为001111e1()()110.632(1)(1)10.368TsGzGssszzsszZZZ广义对象脉冲传递函数为54010.632()()10.368zGzGzzz不考虑纯滞后，闭环系统理想脉冲传递函数为01()0.51Φss，进而1011e10.865()0.5110.135TszΦzsszZ求得100100()10.368()1.369[1()]()1ΦzzDzΦzGzz于是得史密斯预估器如下101500()10.368()1.3691(1)()()10.1350.865NDzzDzzDzGzzz六、采用逐点比较法插补圆弧OP，起点坐标O(0，5)，终点坐标P(5，0)，圆心在原点。要求以表格形式给出插补计算过程，并画出插补运动轨迹。（10分）解：步数误差判别坐标进给下一步误差计算进给后动点坐标终点判别初始化F＝0x=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，y=y-1=3∑=∑-1=56F0+xF=F+2x+1=0x=x+1=4,y=3∑=∑-1=47F=0-yF=F-2y+1=-5x=4，y=y-1=2∑=∑-1=38F0+xF=F+2x+1=4x=x+1=5,y=2∑=∑-1=29F0-yF=F-2y+1=1x=5，y=y-1=1∑=∑-1=110F0-yF=F-2y+1=0x=5，y=y-1=0∑=∑-1=0End（图略）