计算机控制技术 第2版 题库 第四章

[单选题][难度1][练习;考试][知识点#计算机控制技术控制算法;PID控制器、最少拍控制、纯滞后控制、智能控制][标签#第四章]算法思想是：当系统输出与给定值的偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用过大使系统超调量太大，使其稳定性下降；当系统输出与给定值接近时，引入积分项，以便消除静差，提高控制精度的PID改进算法是（C）?A．不完全微分PID算法B．遇限削弱积分法C．积分分离法D．变速积分PID法算法思想是：改变积分项的累加速度，使其与偏差的大小相对应，即偏差越大，积分速度越慢；反之，偏差越小时，积分速度越快的PID改进算法是（D）?A．不完全微分PID算法B．遇限削弱积分法C．积分分离法D．变速积分PID法算法思想是：当控制量进入到饱和区、受到限制时，控制算法将只执行削弱积分项的运算，停止增大积分项的运算的PID改进算法是（B）?A．不完全微分PID算法B．遇限削弱积分法C．积分分离法D．变速积分PID法在PID调节器后串接一阶惯性环节的PID改进算法是（A）。

A．不完全微分PID算法B．遇限削弱积分法C．积分分离法D．变速积分PID法工作流程如图的PID改进算法是（C）。A．不完全微分PID算法B．遇限削弱积分法C．积分分离法D．变速积分PID法工作流程如图的PID改进算法是（B）。A．不完全微分PID算法B．遇限削弱积分法C．积分分离法D．变速积分PID法当控制量进入到饱和区、受到限制时，控制算法将只执行削弱积分项的运算，停止增大积分项的运算的PID改进算法是（B）A．不完全微分PID算法B．遇限削弱积分法C．积分分离法D．变速积分PID法设对象的传递函数为G(s)=0.693s+0.693,采样周期T=1s,广义对象脉冲传递函数为：A．z−1B．1−zC．2z−1D．(1−[解析]设对象的传递函数为G(s)=0.693s+0.693,采样周期T=1s,广义对象脉冲传递函数为：A．z−1B．1−zC．2z−1D．(1−[解析]设对象的传递函数为G(s)=0.693s+0.693,采样周期T=1s,广义对象脉冲传递函数为：A．z−1B．1−zC．2z−1D．(1−[解析]设对象的传递函数为G(s)=0.693s+0.693,采样周期T=1s,广义对象脉冲传递函数为：A．z−1B．1−zC．2z−1D．(1−[解析]设对象的传递函数为G(s)=0.693s+0.693eA．z−1B．zC．1−(1−[解析]设对象的传递函数为G(s)=0.693s+0.693eA．z−1B．zC．1−(1−[解析]扩充响应曲线法整定PID参数的操作正确的是(A)?A．断开数字调节器，使系统在手动状态下工作。当系统在给定值处达到平衡以后，给一阶跃输入。B．断开数字调节器，使系统在手动状态下工作。当系统在给定值处达到平衡以后，给一正弦输入。C．将控制器选为纯比例控制器，形成闭环系统，使系统临界振荡状态。D．将控制器选为纯比例控制器，形成闭环系统，使系统过阻尼状态。扩充响应曲线法整定PID参数的操作正确的是(C)?A．断开数字调节器，使系统在手动状态下工作。当系统在给定值处达到平衡以后，给一阶跃输入。B．断开数字调节器，使系统在手动状态下工作。当系统在给定值处达到平衡以后，给一正弦输入。C．将控制器选为纯比例控制器，形成闭环系统，使系统临界振荡状态。D．将控制器选为纯比例控制器，形成闭环系统，使系统过阻尼状态。数字控制器脉冲传递函数为D(z)=U(z)A．u(k)=e(k)+2e(k−1)+u(k−1)B．u(k)=e(k)+2e(k−1)−u(k−1)C．u(k)=e(k)+2e(k−1)+u(k+1)D．u(k)=2e(k)+e(k−1)+u(k−1)若系统开环传递函数为G(s)=52s+1，现采用PI调节器进行串联校正，PI调节器传递函数为：A.加PI调节器后系统能稳定B.加PI调节器后系统阶跃响应稳态误差不为0C.加PI调节器后系统斜坡响应稳态误差不为0D.加PI调节器后系统阶跃响应稳态误差为0若系统开环传递函数为G(s)=5A.加P调节器后系统不能稳定B.加P调节器后系统稳态误差为0C.加P调节器后单位阶跃响应终值为5D.加P调节器后系统稳态误差为1/11[填空客观题]已知模拟PID控制器的传递函数为：2+110s+s[解析]已知模拟PID控制器的传递函数为：2+110s+s[解析]已知模拟PID控制器的传递函数为：2+1[解析]已知被控对象传递函数为Gs=400T={0.001};

%采样周期sys=tf(400,[1500]);dsys={c2d(sys,T,'zoh')};%加零阶保持器离散化[num,den]=tfdata(dsys,'v');u_1=u_2=0;y_1=y_2=0;x=[0;0;0];error_1=error_2=0;Kp=8;Ki=0.1;Kd=10;for(k=1:100){rin(k)=1;du(k)={Kp*x(1)+Ki*x(2)+Kd*x(3)};%PID增量u(k)={u_1+du(k)}_;%PID控制量yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2;error(k)=

rin(k)-yout(k);%计算偏差u_2=u_1;u_1=u(k);{y_2=y_1};

%数据存储y_1=yout(k);%数据存储x(1)={error(k)-error_1}

;

%比例项x(2)=

error(k);%积分项x(3)={error(k)-2*error_1+error_2}

;%微分项error_2=error_1;error_1=error(k);}已知被控对象传递函数为Gs=400T=0.001;sys=tf(400,[1500]);dsys={c2d(sys,T,'zoh')};%加零阶保持器离散化[num,den]=tfdata(dsys,'v');u_1=u_2=0;y_1=y_2=0;x=[0;0;0];error_1=error_2=0;Kp=8;Ki=0.1;Kd=10;for(k=1:100){

rin(k)=1;u(k)={Kp*x(1)+Ki*x(2)+Kd*x(3)};%PIDyout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2;error(k)={rin(k)-yout(k)};%计算偏差u_2=u_1;u_1=u(k);y_2=y_1;y_1=yout(k);%数据存储x(1)=error(k);

%比例项x(2)={x(2)+error(k)*T}

;%积分项x(3)={(error(k)-error_1)/T}

;%微分项{error_1=error(k)}

;%偏差存储}已知被控对象传递函数为Gs=400T=0.001;

sys=tf(400,[1500]);

dsys=

{tf(sys,T,'zoh')};%加零阶保持器离散化

[num,den]=tfdata(dsys,'v');

u_1=u_2=0;

y_1=y_2=0;

x=[0;0;0];

error_1=error_2=0;

Kp=8;Ki=0.1;Kd=10;

for(k=1:100)

{

rin(k)=1;

u(k)=

{Kp*x(1)+Ki*x(2)+Kd*x(3)}

;%PID

yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2;

error(k)=

{rin(k)-yout(k)}

;%计算偏差

u_2=u_1;u_1=u(k);

y_2=y_1;

{y_1=yout(k)};%数据存储

x(1)=error;

%比例项

x(2)=

{x(2)+error(k)*T}

;%积分项

x(3)=

{(error(k)-error_1)/T}

;%微分项

error_1=error(k);

}某系统拟采用PI调节器进行控制，PI参数采用扩充临界比例度法进行整定，已知在纯比例控制下，KP增大到2时，阶跃响应曲线如图，则临界比例度为：{0.5}，临界振荡周期为：{1.3}（1位小数），若采用控制度位1.5，则采样周期取：{1.2}s（1位小数）,Kp={0.2}（1位小数）,Ti={1.3}s（1位小数）。[解析]比例度：1/Kp

Tr=(7.31-2.08)/4=1.3

T=0.14Tr=0.14*1.3=0.182

Kp=0.42/Kp=0.21

Ti=0.99Tr=0.99*1.3=1.287某系统拟采用PI调节器进行控制，PI参数采用扩充临界比例度法进行整定，已知在纯比例控制下，KP增大到10时，阶跃响应曲线如图，则临界比例度为：{0.1}

，临界振荡周期为：

{1.3}

（1位小数），若采用控制度位1.2，则采样周期取：

{0.065}

s,Kp=

{0.049}

,Ti=

{1.183}

s。

[解析]比例度：1/Kp

Tr=(7.31-2.08)/4=1.3

T=0.05Tr=0.05*1.3=0.065

Kp=0.49/Kp

Ti=0.91Tr=0.91*1.3=1.183某系统拟采用PI调节器进行控制，PI参数采用扩充响应曲线法进行整定，已知系统单位阶跃响应曲线如图，则系统的增益K为：{0.7}（1位小数）

，

滞后时间为：{0.3}

s（1位小数），时间常数为：{1.9}

s（1位小数）

若采用控制度位1.2，则采样周期取：{0.06}

s,Kp=

{4.36}

（1位小数）,Ti=

{1.08}s。 [解析]增益：yss/(dr)=0.7/1=0.7

tao=0.3

Tm=2.24-0.3=1.9

T=0.2tao=0.2*0.3=0.06

Kp=0.73Tm/tao=0.73*1.9/0.3=4.6

Ti=3.6tao=3.6*0.3=1.08某系统拟采用PI调节器进行控制，PI参数采用扩充响应曲线法进行整定，已知对象在单位阶跃作用下的响应曲线如图，等效纯滞后时间τ为：{0.293}s，等效时间常数Tm [解析]增益：yss/(dr)=0.7/1=0.7

tao=0.3

Tm=2.24-0.3=1.9

T=0.5tao=0.5*0.3=0.15

Kp=0.68Tm/tao=0.68*1.9/0.3=4.3

Ti=3.9tao=3.9*0.3=1.17已知某系统广义对象脉冲传递函数为G(z)=z请用“比例系数、积分时间常数、微分时间常数”填空，试凑法进行PID参数整定的顺序一般为：先整定{比例系数}，再整定{积分时间常数}，最后整定{微分时间常数}。[多选题]最少拍控制系统的设计要求有（ABCD）A.对给定的输入信号，不存在静差B.采样周期数应为最少C.数字控制器物理上可以实现D.闭环系统稳定引入不完全微分PID控制算法的目的有（BC）A.消除静差B.抑制高频干扰C.延长微分作用时间，改善系统性能D.使控制器对误差变化响应更灵敏PID控制算法的改进算法中，主要针对积分项的算法有（ABC）A.遇限削弱积分法B.积分分离法C.变速积分法D.不完全微分法常用的PID控制算法的改进算法有（ABCD）A.遇限削弱积分法B.积分分离法C.变速积分法D.不完全微分法[问答题]简述最少拍设计的要求。在设计过程中怎样满足这些要求？它有什么局限性？[参考答案]设计最少拍控制器时有如下具体要求:（1）最少拍控制器的设计是在已知给定输入信号（给定值）的情况下进行的，且在到达稳态后，系统在采样点的输出值准确跟踪输入信号，不存在静差。（2）各种使系统在有限拍内到达稳态的设计中，系统准确跟踪输入信号所需的采样周期数应为最少。（3）数字控制器D(z)必须在物理上可以实现。（4）闭环系统必须是稳定的。为了保证达到无静差的稳态要求，1-Ф(z)中必须要包含信号(1-z-1)m多项式；可实现性要求Ф(z)中必须要包含纯滞后z-l项；最少拍控制器的稳定性要求Ф(z)也包含有单位圆外零点，1-Ф(z)包含有单位圆外极点；最少采样周期要求Ф(z)和1-Ф(z)多项式的最高次幂要尽可能小。局限性：对不同输入类型的适应性差；对参数变化过于敏感；控制作用易超出限制范围。[证明/计算/分析题]设系统对象传递函数为，Gs[参考答案]Gz=Zs+2s+1=Z1+1s+1差分方程，y已知模拟PID控制器的传递函数为D(s)=U(s)[参考答案]法一,D(s)=有：U(s)=两边拉式反变换，得u(t)=用求和代替积分，0te(t)dt→Tj=0得位置式算式：u(k)=D(s)=交叉相乘，得：0.085sU(s)=E(s)+0.17sE(s)两边拉式反变换，有：0.085用一阶后向差分代替微分，du(t)dt→u(k)−u(k−1)T有：0.085得增量式算式：u(k)−u(k−1)=T法二,D(s)=与PID传递函数相比，可得：KP=2，T有位置式算式：u(k)=k增量式算式：u=2=4.353e(k)−2e(k−1)已知模拟PID控制器的传递函数为D(s)=U(s)[参考答案]法一,D(s)=有：U(s)=10两边拉式反变换，得u(t)=10用求和代替积分，0te(t)dt→Tj=0得位置式算式：u(k)=10TD(s)=交叉相乘，得：sU(s)=10E(s)+2sE(s)两边拉式反变换，有：du(t)用一阶后向差分代替微分，du(t)dt→u(k)−u(k−1)T有：u(k)−u(k−1)得增量式算式：u(k)−u(k−1)=10Te(k)+2[e(k)−e(k−1)]

法二,D(s)=与PID传递函数相比，可得：KP=2，T有位置式算式：u(k)=k增量式算式：u=2=3e(k)−2e(k−1)设广义对象的脉冲传递函数为G(z)=采样周期T=1秒。参考输入是单位阶跃信号，请给其最少拍无纹波控制器脉冲传递函数Dz[参考答案]广义被控脉冲传递函数无单位圆外的零极点，无纯滞后，有一个单位圆内的零点，对单位阶跃输入信号Φ(z)=m得恒等式：1−有：1−得：，0.8m解得：m1=0.6有1−Φ(z)=(1−Φ(z)=0.6最少拍数字控制器脉冲传递函数：D(z)=Φ(z)G(z)[1−Φ(z)]差分方程为：u用直接程序法求数字控制器Dz[参考答案]U(z)u已知被控对象传递函数为Gs=400s2+50s,采样周期T=1ms，位置式PID控