计算机控制系统考试

1、填空题1、按照控制方式分类，计算机控制系统分为开环控制和闭环控制。2、过程输出通道包括开关量输出通道和模拟量输出通道两种。3、计算机控制系统设计最重要的基本要求是可靠性。4、在计算机控制系统中，信号是以脉冲序列或数字序列的方式传递的，把连续信号变成数字序列的过程叫做采样过程。5、数字控制器的计算机程序实现主要有3种方式：直接程序设计法、串行程序设计法和并行程序设计法。6、设闭环系统输出信号为Y(z)，输入信号为R(z)，误差信号为E(z)，则闭环误差传递函数为W(Z)=E(z)/R(z)。7、数字控制器的计算机程序实现主要有3种方式：直接程序设计法、串行程序设计法和并行程序设计法。8、已知Z变

2、换表达式F(z)，求相应离散序列f(kT)或f*(t)的过程被称为逆Z变换。9、在计算机控制系统中的执行机构和控制对象的输入信号一般为连续信号，这就必须将计算机输出的数字信号序列还原成连续信号，这就是信号的恢复过程。TOC o 1-5 h z10、所谓稳定，就是在有界输入作用下，系统的输出也是有界的。11、数字控制器的计算机程序实现主要有3种方式：直接程序设计法、串行程序设计法和行程序设计法。12、过程输出通道包括模拟量输出通道和数字量输出通道两种。13、按照控制方式分类，计算机控制系统分为开环控制和闭环控制。14、离散系统的时间响应是他各个极点时间响应的线性叠加。15、集散控制系统是控制(c

3、ontrol)、计算机(computer)、数据通信(communication)和屏幕显示技术(CRT)的综合体，通常又被称为分布式控制技术。简答题1、简述专家控制系统与专家系统的不同之处。通常的专家系统只对专门领域的问题进行咨询工作，它的推理是以知识为基础的，其推理结果一般用于辅助用户的决策；而专家控制系统则要求能独立和自动地对控制作用作出决策，它的功能一定要具有连续的可靠性，足够的抗干扰性。通常的专家系统一般都是以离线方式工作的，对系统运行速度没有很高的要求；而专家控制系统则要求在线动态地采集数据，处理数据，进行推理和决策，对过程进行及时的控制，因此一定要具有使用的灵活性和控制的实时性。

4、2、简述计算机在计算机控制系统中的主要作用。对于复杂控制系统，输入信号和根据控制规律的要求实现的输出偏差信号的计算工作量很大，采用模拟解算装置不能满足精度要求，因而需要采用计算机进行处理。用计算机的软件程序实现对控制系统的校正以保证所要求的动态性能。由于计算机具有快速完成复杂工程计算的能力，因而可以实现对系统的最优控制、自适应控制等高级控制功能及多功能计算调节。3、什么是最少拍设计？其有什么不足之处？最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)使系统输出的稳态误差为零。不足之处：(1)最少拍控制器D(z)依赖于系统的输入，当系统输入发生改

5、变时可能导致控制性能变差甚至不稳定；(2)在两个采样时刻之间，系统的输出存在着纹波或振荡。这种纹波不但影响系统的控制性能，产生过大的超调和持续振荡，而且还增加了系统功率损耗和机械磨损。4、简述数字PID控制中控制系数兀，和的控制作用。比例系数KP使输出量朝着减小偏差的方向变化，但对于系统响应为有限值的控制对象存在稳态误差。加大比例系数KP可以减小稳态误差，但是，KP过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。积分系数KI消除在比例调节中的残余稳态误差。增大TI将减慢消除稳态误差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。微分系数KD加入将

6、有助于减小超调。克服振荡，使系统趋于稳定。5、简述Z变换的定义。y(kT)的Z变换定义为Y(z)=y(kT)z-kk=0=y(0)+y(T)z-1+y(2T)z-+6、产生式知识表示系统在应用中的主要优点有哪些？自然性与人的思维相似，容易理解，便于人机交换信息。独立性每一条规则为一基本知识单元，规则之间不互相调用、修改，且增删方便，知识库容易扩充和完善。一致性固定格式，易于设计、控制。有效性可表示精确和不精确知识。7、简述计算机控制系统的离散化设计思路。离散化设计法首先将系统中被控对象加上保持器一起构成的广义对象离散化，得到相应的以Z传递函数，差分方程或离散系统状态方程表示的离散系统模型。然后

7、利用离散控制系统理论，直接设计数字控制器。8、什么是最少拍计算机控制系统的波纹？其对系统有何影响？最小拍控制系统虽然在采样时刻闭环系统输出与所跟踪的参考输入一致，但是在两个采样时刻之间，系统的输出存在着振荡和误差，我们把这种现象称为波纹。这种波纹不但影响系统的控制性能，产生过大的超调和持续振荡，而且还增加了系统功率和机械磨损。9、简述计算机控制系统的特点。(1)能实现复杂的控制规律，达到较高的控制质量；(2)性价比高；(3)可装配性、可扩充性好；(4)可靠性高；(5)很强的可维护性。10、简述抗串模干扰的技术措施。(1)合理选用信号线(2)在信号电路中加装滤波器(3)选择合适的A/D转换器采用

8、调制解调技术(5)用光电耦合器隔离干扰(6)配备高质量的稳压电源11、最少拍系统设计的基本原则是什么？1、对于特定的参考输入信号，到达稳态后，系统在采样时刻精确实现对输入的跟踪；2、系统以最快速度达到稳态；3、D(z)应是物理可实现的；4、闭环系统应是稳定的。12、写出增量式PID控制算法并说明增量型控制算法与位置式比较的优点。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优点：1、计算机只输出控制增量，因而误动作影响小。2、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。

9、13、简述计算机控制系统的模拟化设计思路。数字控制器的模拟化设计法是先将计算机控制系统看作模拟系统，针对该模拟系统，采用连续系统设计方法设计闭环控制系统的模拟控制器，然后用离散化方法将此模拟控制器离散化成数字控制器，即转换成计算机控制系统。14、简述香农采样定理。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3，如果在等间隔点上对max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：smax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)。计算题1、已知单位负反馈

10、系统的开环传递函数为G(s)=10，采样周期T=1s，试用Routh稳定准则s(s+1)判断系统稳定性。解：开环传递函数：1011zz6.32zG(z)=Z-=10Z(-丄)=10(-)=zs(s+1)ss+1z-1z-e-1(z-1)(z-0.368)因为是单位负反馈系统，所以闭环传递函数：6.32zz2+4.952z+0.368特征方程为：z2+4.952z+0.368=0将z=W1代入特征方程得：w-16.32w2+1.264w-3.584=0Routh稳定判据w26.32-Routh稳定判据w26.32-3.584w11.2640w0-3.584-3.582小于0，所以系统不稳定。2、

11、求下列函数的初值和终值。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、对于如图所示的离散系统，设0.368(z+0.718)G(Z)(z-1)(z-0.368)(1)单位速度函数输入时求该系统(1)在单位速度信号作用下的稳态误差；(2)在单位加速度信号作用下的稳态误差。(1)单位速度函数输入时解：0.368(z+0.718)K=lim(z一1)_VZT1(z-1)(z-0.368)e(g)=1vKV(2)单位加速度函数输入时K=lim(zK=lim(z-

12、1)2ZT10.368(z+0.718)(z-1)(z-0.368)=0T2e(g)=gaKa4、试确定使下列离散线性系统联合完全能控和完全能观测的系数a的取值范围。-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所以无论a取何值，系统均不能联合完全可控和完全可测。5、求下列函数的初值和终值。F(z)=解：=0f(0)=limF(z)=lim=0=0zsz=0f(a)=lim(lz-1)F(z)=lim(lz-1)zt1zt16、设单

13、位负反馈数字控制系统的开环传递函数为k(1k(1-0.5z-1)(1-2z-i)试用试用Routh准则分析稳定性，确定k值得稳定范围.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、某控制系统的控制器为s+s+10.2s+1设采样周期T=0.1s，试用前向差分法求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、设Z传递函数为G(z)二竺二z3+4z2+5z+3U(z)(z+1)2(z+2)试求状态方程和输出方程。解：将G(z)表示成极点形式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)选取的状态变量为x(z)x(z)=1x(z)=2x(z)=3U(z)ITTx3(z)U(z)因而有关系式zx(z)=2x(z)+U(z)11vzx(z)=x(z)+x(z)223zx(z)=x(z)+U(z)33对应的状态方程为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又因为又因为1U(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