计算机控制技术期末复习试题附答案

精品文档 1欢迎下载 第一章第一章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 1 1 计算机控制系统的概念是什么 计算机控制系统的概念是什么 计算机控制系统是以计算机技术 控制理论及自动化技术相结合并计算机控制系统是以计算机技术 控制理论及自动化技术相结合并 应用于工业生产过程的结果 是以自动控制理论为基础 以计算机应用于工业生产过程的结果 是以自动控制理论为基础 以计算机 为手段的控制系统 为手段的控制系统 2 2 计算机系统由哪些部分组成 并画出方框图 计算机系统由哪些部分组成 并画出方框图 计算机控制系统由计算机 外部设备 操作台 输入通道 输出通计算机控制系统由计算机 外部设备 操作台 输入通道 输出通 道 检测装置 执行机构 被控对象以及相应的软件组成 道 检测装置 执行机构 被控对象以及相应的软件组成 3 3 计算机控制系统的主要性能指标有哪些 计算机控制系统的主要性能指标有哪些 稳定性稳定性 动态指标动态指标 稳态指标稳态指标 能控性与能观性能控性与能观性 4 4 计算机控制系统的主要特点有哪些 计算机控制系统的主要特点有哪些 各项各项 连续控制系统连续控制系统 计算机控制系统计算机控制系统 信号形式 都是模拟信号 模拟信号 数字信号皆有 控制规律实现 由模拟电路实现 由计算机通过程序实现 控制形式 整个过程始终连续控制 整个过程始终离散控制 控制器作用 一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路 功能强度 简单控制 具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能 自动化程度 自动化程度低 便于实现控制与管理的一体化 5 5 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 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 一 按控制系统的功能及结构特点分类一 按控制系统的功能及结构特点分类 操作指导控制系统 直接数字控制系统 DDC 监督控制系统 SCC 计算机分级控制 集散控制系统 DCS 现场总线控制系统 FCS 外部设备 操作台输入通道检测装置 输出通道执行机构 计 算 机 被 控 对 象 精品文档 2欢迎下载 2 按控制规律分类 程序和顺序控制 PID 控制 最少拍控制 复杂规律的控制 智能控制 第二章第二章 离散控制系统及离散控制系统及 Z Z 变换分析法变换分析法 1 1 计算机控制系统的信号形式有哪些 计算机控制系统的信号形式有哪些 连续模拟信号 时间与幅值上均连续 如 r t y t u t 离散模拟信号 时间是离散的 幅值上连续 如 y t u t 离散数字信号 时间离散的 幅值为数字量 如 y kT u kT 2 2 香农 香农 Shannon Shannon 采样定理是如何描述的 采样定理是如何描述的 一个连续时间信号 f t 设其频带宽度是有限的 其最高频率为 max 或 fmax 如果在 等间隔点上对该信号 f t 进行连续采样 为了使采样后的离散信号 f t 能包含原信号 f t 的全部信息量 则采样角频率只有满足下面的关系 s 2 max 采样后的离散信号 f t 才能够无失真地复现 f t 否则不能从 f t 中恢复 f t 其中 max 是最高角频率 s 是采样角频率 它与采样频率 fs 采样周期 T 的 关系为 3 3 简述信号的恢复过程 零阶保持器的作用是什么 其传递函数形 简述信号的恢复过程 零阶保持器的作用是什么 其传递函数形 式是什么 式是什么 零阶保持器作用 将前一个采样时刻的采样值 f kT 恒定地保持到下一个采样时刻 k 1 T 也就是说在区间 kT k 1 T 内零价保持器的输出为常数 零阶保持器的传递函数 设零阶保持器在 t 作用下的脉冲响应 h t 而 h t 又可以看成单位阶跃函数 1 t 与 1 t T 的迭加即 h t 1 t 1 t T 取拉氏变换 得零阶保持器的传递函数 4 4 掌握常用信号的 掌握常用信号的 Z Z 变换变换 T f ss 2 2 1 Ts e H s s 精品文档 3欢迎下载 6 6 Z Z 变换的滞后定理和超前定理是如何描述的 变换的滞后定理和超前定理是如何描述的 9 9 脉冲传递函数定义是什么 脉冲传递函数定义是什么 零初始条件下 离散输出信号的 Z 变换与离散输入信号的 Z 变换之比 Y z R z G z 精品文档 4欢迎下载 1010 开环 开环 Z Z 传递函数的求法 传递函数的求法 1515 采样系统稳定的条件是什么 采样系统稳定的条件是什么 采样系统稳定的条件 闭环脉冲传递函数的极点均位于采样系统稳定的条件 闭环脉冲传递函数的极点均位于 z z 平面上以平面上以 原点为圆心的单位圆内 即原点为圆心的单位圆内 即 zi 1 zi 1 1616 1717 求该系统在三种典型信号的作用下的求该系统在三种典型信号的作用下的 稳态误差 稳态误差 0 368 0 718 1 1 0 368 z G ZTs zz 精品文档 5欢迎下载 1818 掌握计算机控制系统的稳定性分析 劳斯判据 掌握计算机控制系统的稳定性分析 劳斯判据 精品文档 6欢迎下载 1919 已知一采样控制系统 试求 已知一采样控制系统 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 第三 四章第三 四章 计算机控制系统的离散化设计计算机控制系统的离散化设计 1 1 D D z z 的设计方法常见有哪两种 的设计方法常见有哪两种 1 离散化设计方法 直接设计方法 重点 思想 已知被控对象的 Z 传递函数 G Z 根据所要求的性能指标 设计数字控制器 2 连续化设计方法 间接设计方法 思想 先设计控制器的传递函数 D s 然后采用某种离散化方法 将它变成计算机算 法 精品文档 7欢迎下载 2 2 最少拍系统概念 最少拍控制中主要研究哪三种类型的设计方法 最少拍系统概念 最少拍控制中主要研究哪三种类型的设计方法 最少拍设计 就是系统在典型输入下 设计数字控制器 D z 使闭环系统输出在最少个采 样周期内能准确跟踪输入 或系统输出稳态误差为 0 1 最少拍控制器的设计 系统无误差 简单 但是本身缺陷多 2 最少拍有纹波控制器的设计 系统无误差 考虑了系统稳定性 但输出有纹波 3 最少拍无纹波控制器的设计 系统无误差 考虑了系统稳定性 输出无纹波 3 3 简述数字控制器的离散化设计步骤 简述数字控制器的离散化设计步骤 1 求广义对象的脉冲传递函数 G z 2 根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件 确定所需要的闭环脉冲传递函数 z 和闭环误差脉冲传递函数 e z 3 求取数字控制器的脉冲传递函数 D z 4 根据 D z 求取控制算法的递推计算公式 就可编写控制算法程序 4 4 不同输入时 最少拍控制器设计综合 不同输入时 最少拍控制器设计综合 5 5 最少拍控制器的局限性体现在哪几个方面 最少拍控制器的局限性体现在哪几个方面 最少拍控制器的设计只是使系统对某一典型输入的响应为最少拍 但对其他典型输入不一定为最少拍 甚至引起静差和超调 当针对某一典型的输入函数 R z 设计的 D z 用于次数较高的 R z 系统将不能完全跟踪 产生稳态误差 当针对某一典型的输入函数 R z 设计的 D z 用于次数较低的 R z 系统将出现超调 精品文档 8欢迎下载 显然 一种典型的最少拍控制器只适应一种特定的输入 而不 能适用于各种输入 6 6 最少拍有纹波控制器的设计 最少拍有纹波控制器的设计 7 7 实例 设计最少拍有纹波控制系统 实例 设计最少拍有纹波控制系统 精品文档 9欢迎下载 精品文档 10欢迎下载 8 8 最小拍有纹波控制器出现纹波的原因 最小拍有纹波控制器出现纹波的原因 数字控制器输出 u k 在若干拍后 不为 0 或常值 是震荡收敛的 9 9 最小拍有纹波控制器出现纹波后对系统有什么影响 消除纹波办 最小拍有纹波控制器出现纹波后对系统有什么影响 消除纹波办 法 法 输出在采样点之间有偏差 增加了执行元件的功率损耗和机械元件 的磨损 最小拍无纹波控制器能够消除输出纹波 1010 有纹波和无纹波设计唯一区别是什么 有纹波和无纹波设计唯一区别是什么 有纹波和无纹波设计唯一区别在于 有纹波设计时 包含 G z 单位圆上和单位圆外的零点 无波纹设计时 包含 G z 单位圆内 单位圆上 单位圆外 的所有零点 z z 精品文档 11欢迎下载 第第 5 5 章章 计算机控制系统的模拟化设计计算机控制系统的模拟化设计 1 1 模拟控制器的离散化方法有哪些 各有什么特点 模拟控制器的离散化方法有哪些 各有什么特点 1 1 冲激不变法 冲激不变法 2 2 加零阶保持器的 加零阶保持器的 Z Z 变换法 常用 变换法 常用 3 3 差分变换法 差分变换法 4 4 双线性变换法 双线性变换法 5 5 频率预畸变双线性变换法 频率预畸变双线性变换法 6 6 零极点匹配法 零极点匹配法 冲激不变法的特点 冲激不变法的特点 D z D z 与与 D s D s 的脉冲响应相同 的脉冲响应相同 若若 D s D s 稳定 则稳定 则 D z D z 也稳定 也稳定 D z D z 不能保持不能保持 D s D s 的频率响应 的频率响应 缺点 缺点 D z D z 将将 s s 的整数倍频率变换到的整数倍频率变换到 Z Z 平面上的同一个点的频率 平面上的同一个点的频率 因而出现了混叠现象 因而出现了混叠现象 缺点 缺点 加零阶保持器加零阶保持器 Z Z 变换法的特点 变换法的特点 若若 D s D s 稳定 则稳定 则 D z D z 也稳定 也稳定 D z D z 不能保持不能保持 D s D s 的脉冲响应和频率响应 的脉冲响应和频率响应 缺点 缺点 精品文档 12欢迎下载 后向差分变换法的特点 后向差分变换法的特点 稳定的稳定的 D s D s 变换成稳定的变换成稳定的 D z D z D z D z 不能保持不能保持 D s D s 的脉冲响应和频率响应 的脉冲响应和频率响应 缺点 缺点 前向差分变换法的特点 前向差分变换法的特点 稳定的稳定的 D s D s 不能保证变换成稳定的不能保证变换成稳定的 D z D z 且不能保证有相同的 且不能保证有相同的 脉冲响应和频率响应 脉冲响应和频率响应 双线性变换的特点 双线性变换的特点 将整个将整个 S S 平面的左半面变换到平面的左半面变换到 Z Z 平面的单位圆内 因而没有混叠平面的单位圆内 因而没有混叠 效应 效应 稳定的稳定的 D s D s 变换成稳定的变换成稳定的 D z D z D z D z 不能保持不能保持 D s D s 的脉冲响应和频率响应 的脉冲响应和频率响应 缺点 缺点 2 2 什么叫模拟什么叫模拟 PIDPID 调节器的数字实现 它对采样周期有什么要求 调节器的数字实现 它对采样周期有什么要求 理由何在 理由何在 3 3 位置式位置式 PIDPID 算法和增量式算法和增量式 PIDPID 算法是什么 各有什么样的优缺算法是什么 各有什么样的优缺 点 点 1 1 位置式位置式 2 2 增量式 增量式 0 0 1 1 I k PD j I k PD j Te ke k u kK e ke jT TT K e kKe jKe k e k PID u ku kuk 精品文档 13欢迎下载 当执行机构不需要控制量的全值 而是其增量 由位置式可当执行机构不需要控制量的全值 而是其增量 由位置式可 以导出增量以导出增量 PIDPID 控制算法 控制算法 利用增量型利用增量型 PIDPID 控制算法 可得到位置型控制算法 可得到位置型 PIDPID 控制算法的递推形式 控制算法的递推形式 即即 两者本质相同 只是后者需要使用有附加积分作用的执行机构 但两者本质相同 只是后者需要使用有附加积分作用的执行机构 但 有如下优点 有如下优点 1 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 作影响小 2 2 在在 k k 时刻的增量输出时刻的增量输出 u k u k 只需用到此时刻的偏差 只需用到此时刻的偏差 e k e k 以 以 及前一时刻的偏差及前一时刻的偏差 e k 1 e k 1 前两时刻的偏差 前两时刻的偏差 e k 2 e k 2 这大大节约了 这大大节约了 内存和计算时间 内存和计算时间 3 3 在进行手动在进行手动 自动切换时 控制量冲击小 能够较平滑地过渡 自动切换时 控制量冲击小 能够较平滑地过渡 4 4 试描述试描述 PIDPID 调节器中比例系数 积分时间常数和微分时间常数调节器中比例系数 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 分别对动态响应性能和稳态响的变化对闭环系统控制性能的影响 分别对动态响应性能和稳态响 应性能影响 应性能影响 0 1 k D P j I TT u kKe ke je ke k TT 1 0 1 1 1 2 k D P j I TT u kKe ke je ke k TT 1 2 1 2 D P I TT u kKe ke ke ke ke ke k TT 1 kukuku 精品文档 14欢迎下载 1 1 比例控制对系统性能的影响 比例控制对系统性能的影响 对动态性能影响对动态性能影响 KpKp 加大 使系统的动作灵敏 速度加快 但当加大 使系统的动作灵敏 速度加快 但当 KpKp 太大时 系统太大时 系统 会趋于不稳定 当会趋于不稳定 当 KpKp 太小时 使系统动作缓慢 太小时 使系统动作缓慢 对稳态性能影响对稳态性能影响 加大比例控制加大比例控制 KpKp 在系统稳定的情况下 可以减少稳态误差 在系统稳定的情况下 可以减少稳态误差 提高控制精度 但不能完全消除稳态误差 提高控制精度 但不能完全消除稳态误差 2 2 积分控制积分控制 TiTi 对系统性能的影响对系统性能的影响 对动态性能影响对动态性能影响 积分控制积分控制 TiTi 通常使系统的稳定性下降 当通常使系统的稳定性下降 当 TiTi 太大时 系统会趋太大时 系统会趋 于不稳定 当于不稳定 当 TiTi 小时 对系统的性能影响减少 当小时 对系统的性能影响减少 当 TiTi 合适时 过合适时 过 渡特性比较理想 渡特性比较理想 对稳态性能影响对稳态性能影响 TiTi 能消除系统的稳态误差 提高控制精度 但能消除系统的稳态误差 提高控制精度 但 TiTi 太大时 积分太大时 积分 作用太弱 以至不能减小稳态误差 作用太弱 以至不能减小稳态误差 3 3 微分控制微分控制 TdTd 对系统性能的影响对系统性能的影响 对动态性能影响对动态性能影响 微分可以改善动态特性 如减少超调量 调节时间缩短等 微分可以改善动态特性 如减少超调量 调节时间缩短等 对稳态性能影响对稳态性能影响 微分控制中允许加大比例控制 使系统的稳态误差减小 提高控微分控制中允许加大比例控制 使系统的稳态误差减小 提高控 制精度 但制精度 但 TdTd 太大时 超调量较大 调节时间较长 太大时 超调量较大 调节时间较长 TdTd 偏小时 偏小时 超调量也较大 调节时间也较长 只有合适时 可以得到比较满意超调量也较大 调节时间也较长 只有合适时 可以得到比较满意 精品文档 15欢迎下载 的过渡过程 的过渡过程 5 5 PIDPID 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 何 试凑法 常用 试凑法 常用 扩充临界比例度法扩充临界比例度法 归一参数整定法归一参数整定法 扩充响应曲线法扩充响应曲线法 优选法优选法 变参数的变参数的 PIDPID 控制 常用 控制 常用 各自特点和适应范围 略各自特点和适应范围 略 第第 6 6 章章 离散系统的离散状态空间分析法离散系统的离散状态空间分析法 1 1 线性离散系统的离散状态空间表达式的表示形式 线性离散系统的离散状态空间表达式的表示形式 状态方程状态方程 输出方程输出方程 2 2 由差分方程导出离散状态空间表达式 由差分方程导出离散状态空间表达式 1 2 0 2 0 5 2 3 0 5 2 0 2 1 2 y kTTy kTTy kTu kT y kTTy kTTy kTTy kT u kTTu kT 第第 1212 章章 计算机控制系统设计与实现计算机控制系统设计与实现 1 简述计算机控制系统的总体方案设计的主要内容 简述计算机控制系统的总体方案设计的主要内容 1 1 研究被控对象 确定控制任务 研究被控对象 确定控制任务 2 2 确定系统整体方案 确定系统整体方案 1 1 确定系统的性质和结构确定系统的性质和结构 精品文档 16欢迎下载 2 2 确定执行机构方案确定执行机构方案 3 3 控制系统总体控制系统总体 黑箱黑箱 设计设计 4 4 控制系统层次以及硬件 软件功能划分控制系统层次以及硬件 软件功能划分 3 3 建立数学模型 确定控制算法 建立数学模型 确定控制算法 4 4 硬件的设计 硬件的设计 1 1 确定过程的输入 输出通道及其处理方式确定过程的输入 输出通道及其处理方式 2 2 计算机系统选择计算机系统选择 3 3 过程通道及接口设计过程通道及接口设计 4 4 控制台设计控制台设计 5 5 可靠性设计可靠性设计 6 6 硬件调试硬件调试 5 5 软件的设计 软件的设计 1 1 选择编程语言 选择编程语言 汇编语言汇编语言 高级语言高级语言 混合语言混合语言 2 2 软件设计步骤软件设计步骤 问题定义问题定义 细化设计细化设计 编制源程序编制源程序 精品文档 17欢迎下