《计算机控制技术》复习6

第6—8章习题一、填空题1.已知连续传递函数D(s),双线性变换后D(z)= 。(D(S)ls=2(z-l)/T(Z+l)2若已知系统的调节时间为ts，经验上采样周 取 。s(T<ts/10)3若信号的动态范围为N，计算机字长n 。 (lgN/lg2)4常用的数字滤波方法有惯性滤波、限幅滤波、中值滤波和 。(平均值滤波)5产生共模干扰的主要原因是 之间存在共模电压。(不同地)6为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入 。(调理电路)7通常把 的干扰信号称为串模干扰。(叠加在被测信号上)9.采用差分放大器作为信号前置放大是抑制 的方法之一。(共模干扰)二、单项选择题双线性变换的一个特性是，连续传递函数经过双线性变换后所得Z传递函数TOC\o"1-5"\h\z的稳态增益 。A增大；B不变；C减小。控制算法并联实现与直接实现和串联实现相比，有限字长所引起的量化误差 。A较大；B较小；C相当。3小的采样周期T,在计算机字长有限时，系统的量化误差 。A将增大；B将减小；C保持不变。4 在确定D/A变换器字长时，应保证它的最小输出信号 后续的执行机构的死区。A大于；B小于；C等于。3．计算机控制系统与连续系统相比，在系统结构与参数不变的条件下，抑制干扰的能力 。A增强；B减弱；C不变。4．在计算机控制系统接地设计时，对低频电路应按 接地的原则进行设计。A一点；B多点；C任意。三、简答题1．试简单比较控制器三种编排实现方法的优缺点。答：直接实现：简单、直接，对参数变化敏感，对计算机要求高，有限字长量化误差大；并联实现：麻烦，对参数变化不敏感，对计算机要求较低，有限字长量化误差小；串联实现：麻烦，对参数变化不敏感，对计算机要求较低，有限字长量化误差较小，介于上述两者之间。2．PID增量算法与位置算法如何计算，各有何缺欠答：PID位置算法C=Kpe(k)+K[£e(门+KD[e(k)-e(k-1)]j-0

主要缺欠是，由于要累加误差，占用内存较多，安全性差。PID增量算法Au(k)=u(k)-u(k-l)=Kp[Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)]主要缺欠是，u(k)的累加在计算机外边实现，需要硬件支持。3．何谓积分分离法，采用该方法有何好处答：在PID算法中，当偏差大于某个门限时，取消积分作用，仅当小于该门限时才接入积分作用。其好处是可以防止PID方法的积分饱和作用，减少超调量。4．设计计算机控制系统时应考虑选择哪些部件的字长，应根据什么原则来选择，这些部件的字长有什么关系。答：主机、A/D、D/A。主机、A/D字长选取原则：信号动态范围，n>lgn/lg2；CPU字长应与A/D变换相协调，至少保证ncpu=na/d+4；D/A字长主要由后续部件的动态范围确cpua/d定。5•试说明D/A变换器精度与分辨率的含义以及两者的关系。答：分辨率定义为输入的数字量发生单位数码变化时输出模拟量的变化量。精度是反映实际输出与理想数学模型输出信号的接近程度。两者不同，但应一致，即高分辨率应有高精度。低分辨率也没有必要高精度。6．为了使系统输出响应比较光滑，通常应怎样选用采样周期。答：非周期响应：Tr/T>(5—10)Tr---升起时间；振荡响应：Td/T>(10-20)Td---振荡周期。7．A/D前采用的某传感器的最大输出为10伏，其精度为0.1%，试选择A/D板的字长位数及精度。答: Umax=10,Umin=10*0.1%=0.01，n>lg(umax/umin)/lg2=lg(10/0.01)/lg2=10,取带符号位12。其精度应高于传感器精度一个数量级，取(0.01-0.05)%8．试简述在计算机系统中加入看门狗电路的作用。答：主要用于检测由于干扰引起的系统出错并自动恢复运行，提高控制系统的可靠性。三、计算题1．已知连续控制器的传递函数为Gc(s)=1/(s+2)试用一阶向后差分法及双线性变换法离散化，求Gc(z)。设T=0.1秒。解：一阶向后差分法：G(z)=1/(s+2)|s=(1-z-1)/T=1/(1(1-z-1)+2=1/(12-10z-1)双线性变换法：(z+1) z+1G(z)=1/(s+2)|s=2(z-i)/T(z20)(Z-1)+2(z+1)一22z-182.已知Gc=u(z)/e(z)=(z+1)/(z2-1.5z+0.5)，将其用直接编排和串联编排实现，画出实现结构图，写出迭代方程。z-1+z-2解：宜接实现(第一种)：Gc(z)=1-1.5z-1+0.5z-2迭代方程为u(k)=e(k-1)+e(k-2)+1.5u(k-1)-0.5u(k-2)编排结构图如下：z-1(1+z-1) z-1 1+z-1 — * 串联编排实现：Gc(z)=(1-z-1)(1-0.5z-1) 1-z-1 1-0.5z-1D1=u1/e=z-1/(1-z-1) D2=u/u1=(1+z-1)/(1-0.5z-1)迭代方程为 u1(k)=e(k-1)+u1(k-1)u(k)=u1(k)+u1(k-1)+0.5u(k-1)编排结构图如下：(c)3现已知某炉温变化范围为0〜1500°C，要求测试时，分辨率为3°C,试确定A/D变换器的字长应选为多少？若A/D字长n不变，通过变送器将测试起点迁移到600C，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。解：N=(1500-0)/3=500,所以，2n>N,n>lgN/lg2=lg500/lg2=9,取n=10N=(1500-600)/D，2n>N=900/DD<900/29=1.75O已知控制器D(z)=0.2+0.6z--1.4z-1-1.4z-1+0.6z-2的结构图如图所示，若该控制器采用定点计算机实现，试为其配置比例尺，并画出配置比例尺后的结构图。解：因为分母中1.4>1,故取比例因子2-1，其余支路也必须乘以2-1。为此在输出之前还应还原乘以2(通过移位实现)，为防止溢出，在移位之前需加以限幅。考虑该环节的动态及稳态增益，现考虑稳态增益：D(z)|z=1=1.2/0.2=6故在输入之前,将信号缩小23(即乘以2-3),或将分子各项系数缩小23倍,然后在环节的输出端乘以相同的倍数,最后可得结构图如下:

(s+6) U(s)5已知PI调节器Gc(s)=2—S—=応7， T=1秒1)试用双线性变换法，将其离散，求Gc(z)=？将Gc(z)用第一种直接程序法编排实现，试求u(k)表达式，并画出结构图；将该算法分成算法I与算法II,并画出编程的流程图。Gc(zGc(z)=(S+1)S2(z-1)s=—=1.1(Z一"(z-