计算机控制系统概述.doc

第一章 计算机控制系统概述习题一1计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。2计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？3计算机控制系统的主要特点有哪些？4计算机控制系统的主要性能指标有哪些？5控制对象对控制性能有何影响？6现代集成控制系统的体系结构？7信息网络对控制网络的推动作用？8计算机控制系统的发展动向主要表现在哪几个方面？第二章 计算机控制系统的数学描述习题二1计算机控制系统的数学描述分为几类？2采样信号的物理意义是什么？3采样定理与信号复现的关系是什么？4设采样周期为T，试求以下连续时间被控对象的脉冲传递函数。5已知，试分别求出他们中间没有采样开关隔开时，和中间有采样开关隔开时的脉冲传递函数。6设有闭环采样控制系统如图2.27所示，试求出该系统闭脉冲传递函数。图2.27闭环采样控制系统结构图7设采样控制系统的特征方程如下所示，试确定相应系统的渐进稳定性。8设采样控制系统的特征方程为，试决定为保证系统稳定k的取值范围。9讨论系统，假设输入序列是有界的，即为一界常数。若系统是渐进稳定的，即的所有极点都在单位圆内，试证明系统输出也是有界的，即为一有界常数。10已知一采样控制系统，如图2.28所示，试求(1)系统的闭环脉冲传递函数。(2)判定系统的稳定性。(3)系统对阶跃输入和斜坡输入的稳态误差。图2.28采样控制系统结构图11采样控制系统的稳态误差与哪些因素有关？第三章 常规数字控制器的设计方法习题三1试说明数字控制系统设计的模拟设计法和直接数字设计法各自的步骤和特点。2模拟控制器的离散化方法有哪些？各有什么特点？3什么叫模拟PID调节器的数字实现？它对采样周期有什么要求？理由何在？4位置式PID算法和增量式PID算法各有什么样的特点？5试描述PID调节器中比例系数，积分时间常数和微分时间常数的变化对闭环系统控制性能的影响。6PID参数整定有些什么样的方法？它们各自的特点和适应范围如何？7什么是积分饱和现象？它是怎样引起的？通常采样什么方法克服积分饱和？8干扰对数字PID控制器有什么影响？为消除干扰的影响，在控制算法上可以采取什么样的措施？9在采用数字PID控制器的系统中，应当根据什么原则选择采样周期？10什么是最少拍数字控制系统？在最少拍数字控制系统的设计当中应当考虑那些因素？11在图2.21所示的计算机控制系统中，被控对象的传递函数为，设采样周期0.1s，试针对单位阶跃输入设计最少拍控制器，计算在采样瞬间数字控制器输出和系统输出响应，并绘制响应图形。12对题3.11所示系统，试针对单位阶跃输入设计最少拍无纹波数字控制器，计算在采样瞬间数字控制器输出和系统输出响应，并绘制响应图形。13设广义被控对的脉冲传递函数为，试针对单位速度输入设计最少拍无纹波数字控制器，并计算数字控制器输出和系统输出。当参数变化，使得时，若D(z)保持不变，系统输出响应将如何变化？14最少拍数字控制系统有些什么缺点？为了克服这些缺点，通常采样什么方法？15已知在图2.21所示的计算机控制子系统中，被控对象的传递函数为，试用达林算法设计数字控制器D(z)。16振铃现象是如何产生的？它有些什么样的危害？怎样克服？17已知控制系统的被控对象传递函数为，已知采样周期T=1s，试用大林算法设计D(z)。18在题3.17中，若选闭环系统的时间常数。是否会出现振玲现象？如何消除？第四章 高级数字控制器的分析与设计习题四1什么叫状态变量？对实际系统来说，它的状态变量的选取是否唯一？2求下述系统的状态方程描述。y(k+2)+y(k+1)+0.16y(k)=u(k+1)+2u(k)3求下述脉冲传递函数描述系统的状态空间描述。4设离散时间系统的状态方程为：初始状态试求系统在单位阶跃输入序列（即u(k)=1,k=0,1,2）作用下的状态响应x(k), k=0,1,2。5已知离散时间系统的状态方程描述为试求它的脉冲传递函数描述。6离散时间系统的能控性和能观测性是如何定义的？它们之间有什么不同？7检验下列系统的能控性和观测性(1) (2) 8已知系统的状态完全可控又可观时，求参数a、b的值9什么叫做状态方程的坐标变换？坐标变换有些什么样的重要特性？10利用坐标变换，将下述系统转换成能控标准形11给定被控对象，试确定状态反馈增益矩阵，使经状态反馈后所得的闭环系统的极点为。12给定被控对象，试分别用解联立方程的方法和通过能控标准型的方法状态反馈增益矩阵，使闭环系统的极点为 。13已知被控对象的状态方程为，试确定状态反馈增益矩阵F，使得闭环系统的极点为。14已知被控对象的状态方程为试设计它的状态观测器，并将观测器的极点配置到。15对于题5.4所示的被控对象，试设计一具有状态观测器的极点配置控制器，并将闭环系统的极点配置到，使观测器的极点为：。同时得出可在计算机中直接实现的关于U(z)和Y(z)之间的关系式。16与PID控制和直接数字控制相比，模糊控制具有哪些优点？17为什么说模糊控制程序设计是所有控制系统中最简单的一种程序设计方法？18如何建立模糊模型？这种模型有什么实际意义？19什么是可能性分布函数？它与隶属函数是什么关系？20可能性与概率的关系是什么？试举例说明之。21试述模糊产生式规则的模糊化方法。22什么是专家系统，它有哪些基本特征？23专家系统的主要类型有哪些？24专家系统包括哪些基本部分？其主要功能是什么？25什么是专家控制系统？其主要特征是什么？26专家控制系统的基本构成原理是什么？27说明专家系统推理模型特点。28模糊专家系统的特点是什么？29什么是不确定性推理？第五章 过程输入输出通道技术习题五1简述过程输入输出通道的组成及功能。2说明过程输入输出通道的编址方式及特点。3过程输入输出通道的主要控制方式有哪些？请说明其工作流程。4试说明过程接口电路设计中应解决的主要问题。5多路开关如何扩展？试用两个CD4097扩展成一个双16路输入和双2路输出系统，并说明其工作原理。6采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集的影响？7在数据采集系统中，是不是所有的输入通道都无原则加采样保持器，为什么？8开关量输出通道与计算机的接口有哪些方法？9开关量输出的功率接口技术主要有哪些？10开关量有哪些主要形式？各有什么特点？11试介绍开关量的整形与电平变换的主要功能？12CPU对开关量输入信号有哪些主要形式？13试述权电阻解码型D/A转换原理？为什么实际采用R/2RT型D/A转换电路？14试介绍数字输入码与模拟输出电压的关系？ 15用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为-5V+5V，求对应以下偏移码的输出电压：(1)10000000；(2)01000000；(3)11111111；(4)00000001；(5)011111111；(6)11111110。16说明D/A转换的双极性输出的原理，并画出电路原理图。17简述D/A转换器产生尖峰的原因及抑制尖峰的方法。18DAC0832与CPU有几种连接方式？它们在硬件接口及软件程序设计方面有何不同？19试用DAC0832设计一个单缓冲的D/A转换器，要求画出接口电路图，并编写出程序。20试用8255A的B口和DAC0832设计一个8位D/A转换接口电路，并编写出程序（设8255A的地址为8000H8003H）。21采用二片DAC0832设计一个双路模拟量输出通道，要求：(1) 双路输出同时改变；(2) 输出为单极性；(3) 提供与8031的接口及实现的程序。22某数字式单相交流功率测量装置采用8031作为主控制器，其测量算法是：，其中K是功率归算系数，u(k)，i(k)为电压、电流采样值，每个正弦波周期采样32点。请设计一个模拟量输入通道及其与8031的接口，该通道采用AD574A，最后决定采样周期（设交流频率为50Hz）。23为什么高于8位的D/A转换器与8位微机接口连接必须采用双缓冲方式？这种缓冲工作方式与DAC0832的双缓冲工作方式在接口上有什么不同？24A/D转换器原理有几种？它们各有什么特点和用途？25试说明逐次逼近型A/D转换器的转换原理。26A/D转换器的结束信号（设为EOC）有什么作用？根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D转换有几种控制方式？它们各在接口电路和程序设计上有什么特点？27设某12位A/D转换器的输入电压为0+5V，求当输入模拟量为下列值时输出的数字量：(1)1.25V；(2)2V；(3)2.5V；(4)3.75V；(5)4V；(6)5V。28设被测量温度变化范围00C12000C，如果要求误差不超过0.40C，应选用分辩率为多少位的A/D转换器（设ADC的分辩率与精度一样）。29高于8位的A/D转换器与8位I/O微机及16位微机接口有什么区别？试以A/D574A/D转换器为例加以说明。30以A/D574A/D转换器为例说明单极性和双极性两种输入工作方式的电路连接。第六章数据处理技术习题六1微机数据处理系统与模拟数据处理系统相比有什么优点？2查表方法有几种？试说明它们的优缺点，并说明其应用场合。3数字滤波与模拟滤波相比有什么特点？4常用的数字滤波方法有几种？它们各有什么优缺点？5算术平均滤波、加权滤波以及滑动平均滤波三者的区别是什么？6为什么要采用量程自动转换技术？7标度变换在工程上有什么意义？在什么情况下使用标度变换？8某压力测量系统，其测量范围为01000mmH2O柱，经A/D转换后对应的数字量为00FFH，试编写一标度变换子程序，使其能对该测量值进行标度变换。9某一加热炉的温度变化范围为01600oC，经温度变送器输出电压为1+5V，再经ADC0809转换，ADC0809的输入范围为0+5V，试确定当采样值为9BH时，所对应的加热炉温度是多少？10线性插值法有什么优缺点？使用中是否分段越多越好？第七章网络控制系统概述习题七1DCS系统的发展及各代的特点是什么？2DCS系统主要由哪几部分组成？3FCS系统的主要特点是什么？4传统控制系统向FCS系统发展的主要标志是什么？5典型的FCS系统有哪些？6Profibus由哪几个标准组成？各有什么特点？应用于什么场合？7EPA的含义是什么？其主要优点是什么？8EPA的确定性时间调度是如何实现的？9简述实时EPA通信与非实时