计算机控制系统(要点)

f(t)f(t)f(t)f(t)smaxf(t)f(t)

种典型输入进行设计，当输入形式改变时，系统性能变坏，输出响应不一定理想试凑法确定PID调节参数其中在实践中总结出如下规律◆Kp增大,系统响应加快,静差减小,

uumax2

*

e、ei-1i-2

i-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f(t)f(t)

i*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。2.计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构。3.根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？简述采样定理的基本内容。答(1)周期采样(2)同步采样(3)非同步采样(4)多速采样(5)随机采样采样定理:如果连续信号具有有限频谱，其最高频率为,则对进行周期采样且采样角频率时，连续信号可以由采样信号唯一确定，亦即可以从无失真地恢复。4.采用周期的选择（1）按系统的闭环频带选取（2）按系统的开环传递函数选取（3）按系统开怀阶跃响应的上升时间选取（4）根据生产过程控制的经验选取5.何为最少拍设计？答：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：只针对某6.但过大的比例系数回使系统有较大的超调，并产生振荡，系统稳定行变坏;Ti增大,系统超调减小,振荡减弱,但系统静差的消除也随之减慢;Td增大,调节时间减小,快速性增强,但系统对扰动的抑制能力减弱。另外，过的的微分系数也将使系统稳定性变坏。7.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)在时刻的输出和前一次的输出值小，能够较平滑地过渡。8.抗干扰基本措施：1并电容2串电阻并电容9.线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜zi｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内10.给出单输入—单输出线性定常离散系统的能控性和能观性与其脉冲传递函数之间的关系。答：单输入—单输出线性定常离散系统完全能控和完全能观的充分必要条件是脉冲传递函数不存在零、极点相消。如果存在着零、极点相消，系统或者是不完全能控，或者是不完全能观，或者既不完全能控又不完全能观11.电源类别，选型：

画图部分！！

典型计算机控制系统的基本框图。画图部分！！

1由计算机控制多路模拟开关选择某一路模拟信号，将其送至采样-保持器，再经放大、A/D转换处理变为数字量，从而完成该路模拟输入的采样与转换工作。

2多通道复用一个D/A转换器这个方案是由计算机通过多路模拟开关分时地把一个D/A转换器的输出送至各个采样-保持放大器，并由保持电容对模拟量信号进行保持。该方案优点是成本较低，缺点是电路结构复杂、精度低、可靠性差，受运算放大器的输入阻抗、模拟开关和保持电容的漏电阻等因素的影响，导致保持电容上的电压信号逐渐衰减，需要计算机定时刷新输出，也因此占用了CPU的大量时间。此方案适用于输出通道不多且对速度要求不高的场合。

3测量放大器传感器的输出信号一般较弱，且其中含有各种共模干扰，这就要求对其放大的电路具有很高的共模抑制比和高增益、高输入阻抗、低噪声，习惯上称这种放大器为测量放大器或仪表放大器。图2是四个运放构成的仪表放大器电路，其中，运算放大器A1A3构成仪表放大器，A4用于实现零输出的综合补偿。

D(s)

D(z)

1ss2U(z)nE(z)s2ss211z1284444444(s)D(s)

D(z)

1ss2U(z)nE(z)s2ss211z1284444444(s)1eKss(s1)G(s)1(eT1)z1z

(1z1)(1ez)ns2s2z121z1zTz1T1z1z2

2222nnn22Ks(s1)TsZ)ZK(1z1TeTe1T

T12

2211

1121eTsK1Tzss(s1)1s(s1)12(z22z11)1)2eT1(44)z2(28)z44nnnnnTzT22112(1zn1)1z21111eTz1

nn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，并给出控制器的差

分形式。其中T。

解：令

D(z)

nn控制器的差分形式为

u(k)u(k1)u(k2)(e(k)2e(k1)e(k

nnnnnn

1、设被控对象传递函数为G，在对象前接有零阶保持器，试求广义对p

象的脉冲传递函数。（10分）解：广义对象传递函数

G(s)

对应的脉冲传递函数为

G(z)Z

K(1z

K

G(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)G(z)的零点为

p=2。为满足准确性条件另有Φ1(z)z1(ccz1)

解得。01Φ(z)z(2zΦ(z)5.435(1G(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)G(z)的零点为

p=2。为满足准确性条件另有Φ1(z)z1(ccz1)

解得。01Φ(z)z(2zΦ(z)5.435(10.5z1)(10.368z1)Φ(z)G(z)(1z1)(10.718z1)z1(1z1)G(s)Gc

20(8s1)(0.1s1)

c

I

(s)G(s)G(s)

201eTs1ss(s1)11)Z(1z11c2,c1)2zz220(8s1)(0.1s1)G

8s1201Ts(8s1)(0.1s1)ss(s1)1s1Ts

TI1s(s1)s(0.1s1))2z1(1z1)1z21111ez11

针对单位斜坡输入设计最小拍有纹波控制系统,并画出系统的输出波形图。解：由已知条件，被控对象含有一个积分环节，有能力产生单位斜坡响应。求广义对象脉冲传递函数为

G(z)Z

(1z

可以看出，-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内)，故u=0,v=0(单位圆上除外),m=1。根据稳定性要求，G(z)中z=1的极点应包含在Φ(z)的零点中，由于系统针对等速输入进行设计，故(z)=(1－ze1)2F准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设Φ01Φ(1)cc101Φ'(1)c2c01

闭环脉冲传递函数为Φ(z)1Φ(z)(1z1)2e

则D(z)

e

Y(z)R(z)Φ(z)(2z1z2)2z23z34z4

四、已知被控对象传递函数为

试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器(s)，并用后向差分法给出等效的数字控制器形式。（10分）解：经动态校正后系统的开环传递函数为

Φ(s)G(s)G(s)G(s)0cc

应选择G(s)为PI控制器，其基本形式为

为使PI控制器能抵消被控对象中较大的时间常数，可选择8则有Φ0cI

2T24

(s)K(1)2(1)

I

T8

s1

Gp(s)

T＝1s。要求G(s)10.368z(10.718z)(1z1)(

2T24

(s)K(1)2(1)

I

T8

s1

Gp(s)

T＝1s。要求G(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)1z2(z0.4)(z0.6)(10.4z)(10.6zI201

8s1114sKs8s

zT1s(s1)11)Z(1z111Φ(z)2.718z(1z)(10.368z)(1Φ(z))G(z)(1z10.76z2)(10.718z1)2T2

11s(s1)1111z1ss(s1)2)1)z1(1z1)1z21111ez11根据二阶工程最佳设计法则，应有0.12解之得TI

于是得到模拟控制器的传递函数为GcP对以上的模拟PI控制器根据后向差分近似的等效变换方法得等效的数字控制器：

(1)z1D(z)G(s)2c三、已知某被控对象的传递函数为

要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为闭环特征根为0.4和0.6。试求数字控制器。

解：广义对象脉冲传递函数为

G(z)Z

(1z

根据要求设定闭环脉冲传递函数

Φ(z)

D(z)

(15分)T1eTssG(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)W(z)1s(s11)(15分)T1eTssG(s)10.368z(10.718z)(1z1)(10.368z1)W(z)1s(s11)Z(1z11G(z)0.368z10.632z21G(z)1z10.632z22zy(t)1ss(s1)1s(s1)z0.632)20z1(1z1)1z