(2025年)《计算机自动控制技术》期末考试复习题及参考答案

(2025年)《计算机自动控制技术》期末考试复习题及参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于计算机控制系统与连续控制系统的描述，错误的是（）。A.计算机控制系统存在采样保持环节B.连续控制系统的信号传递是连续的模拟量C.计算机控制系统的控制规律由软件实现D.两者的稳定性分析均仅需考虑时域特性2.若某离散系统的闭环特征方程为1.5zA.稳定B.临界稳定C.不稳定D.无法判断3.采样定理指出，为避免信号混叠，采样频率应至少为被采样信号最高频率的（）。A.0.5倍B.1倍C.2倍D.4倍4.数字PID控制器中，积分项的主要作用是（）。A.减小稳态误差B.提高响应速度C.抑制高频噪声D.改善动态性能5.以下不属于计算机控制系统输入输出通道的是（）。A.模拟量输入通道（AI）B.开关量输出通道（DO）C.数字量处理通道（DP）D.模拟量输出通道（AO）6.已知连续系统的传递函数G(s)A.1.3679zB.z+C.2zD.0.632z7.以下抗干扰措施中，属于硬件抗干扰的是（）。A.软件滤波算法B.程序运行监视（WATCHDOG）C.电源隔离变压器D.指令冗余技术8.某系统的误差采样信号t)对应的Z变换为E(zA.0B.1C.无穷大D.0.59.前馈控制与反馈控制的主要区别在于（）。A.前馈控制基于干扰补偿，反馈控制基于偏差调节B.前馈控制需实时测量输出，反馈控制需测量干扰C.前馈控制是闭环，反馈控制是开环D.前馈控制无静差，反馈控制有静差10.离散系统的能控性判据中，状态能控的充要条件是能控性矩阵的秩等于（）。A.输入变量个数B.输出变量个数C.状态变量个数D.系统阶数二、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）1.开环控制系统无法抑制系统内部参数变化引起的扰动。（）2.数字控制器的设计中，直接离散化法需要先设计连续控制器，再通过离散化得到数字控制器。（）3.零阶保持器会引入相位滞后，可能影响系统稳定性。（）4.离散系统的稳定性可通过判断闭环极点是否位于Z平面的单位圆内来确定。（）5.积分分离PID控制是为了消除积分饱和现象，提高系统动态性能。（）6.计算机控制系统中，A/D转换的位数越高，量化误差越小，因此应尽可能选择高位数的A/D芯片。（）7.前馈控制可以完全消除干扰对系统的影响，因此无需与反馈控制结合使用。（）8.Z变换的终值定理适用于所有离散系统，可直接计算稳态误差。（）9.数字滤波器的设计中，IIR滤波器具有线性相位特性，而FIR滤波器相位特性非线性。（）10.计算机控制系统的实时性要求是指系统能在规定时间内完成数据采集、处理和控制输出。（）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述计算机控制系统的典型组成，并说明各部分的作用。2.对比连续系统与离散系统的稳定性分析方法，指出离散系统稳定性分析的特点。3.说明数字PID控制器中比例、积分、微分参数对系统性能的影响规律。4.什么是采样保持器？其在计算机控制系统中的作用是什么？5.列举三种常见的计算机控制系统抗干扰措施，并分别说明其原理。四、综合题（共40分）1.（12分）某温度控制系统的连续对象传递函数为(s)=（K=2（1）求离散化后的脉冲传递函数G(（2）若采用比例控制器D(z)2.（14分）某位置伺服系统的差分方程为c(k)（1）求系统的脉冲传递函数C(（2）判断系统的稳定性；（3）计算系统的稳态输出c(3.（14分）设计一个数字PID控制器，要求：（1）写出位置式PID控制算法的离散表达式；（2）说明积分饱和现象的产生原因及解决方法；（3）若系统采样周期=0.1s，比例系数=3，积分时间=参考答案一、单项选择题1.D（连续系统稳定性分析需考虑时域、频域等，离散系统需结合Z平面分析）2.A（特征根z=1和3.C（采样定理要求≥24.A（积分项用于消除稳态误差）5.C（输入输出通道包括AI、AO、DI、DO）6.A（G(s)离散化后分母为(1+7.C（隔离变压器属于硬件抗干扰）8.B（=l9.A（前馈基于干扰补偿，反馈基于偏差调节）10.C（能控性矩阵秩等于状态变量个数）二、判断题1.√（开环无反馈，无法修正内部扰动）2.√（直接离散化法步骤：设计连续控制器→离散化）3.√（零阶保持器引入−ω4.√（离散系统稳定条件：所有闭环极点在Z平面单位圆内）5.√（积分分离通过限制积分项作用抑制饱和）6.×（高位数A/D成本高，需根据精度需求选择）7.×（前馈无法完全补偿所有干扰，需与反馈结合）8.×（终值定理仅适用于z=9.×（FIR滤波器具有线性相位，IIR非线性）10.√（实时性要求及时完成数据处理与控制输出）三、简答题1.典型组成：（1）被控对象：需要控制的物理设备；（2）传感器：检测被控量并转换为电信号；（3）A/D转换器：将模拟信号转换为数字信号；（4）计算机：实现控制算法；（5）D/A转换器：将数字信号转换为模拟信号；（6）执行机构：根据控制信号调节被控对象。各部分协同完成“检测-计算-控制”闭环过程。2.连续系统稳定性分析：通过劳斯判据（时域）、奈奎斯特判据（频域）判断极点是否在左半平面；离散系统需将s平面映射到z平面（z=3.比例系数：增大可加快响应速度，但过大会导致超调增加、稳定性下降；积分时间：减小（增强积分作用）可减小稳态误差，但会延长过渡过程，可能引发振荡；微分时间：增大（增强微分作用）可抑制超调、改善动态性能，但对高频噪声敏感，可能放大干扰。4.采样保持器（S/H）是一种在采样时刻保持模拟信号值不变的电路。作用：（1）在A/D转换期间保持输入信号稳定，避免因信号变化导致转换误差；（2）将连续信号离散化为阶梯信号，便于计算机处理；（3）配合采样定理，减少混叠效应的影响。5.抗干扰措施：（1）硬件隔离：如电源隔离变压器，通过磁耦合传递能量，阻断共模干扰；（2）接地设计：采用单点接地减少地环路干扰；（3）软件滤波：如中值滤波，对采样值排序取中间值，抑制随机噪声；（4）屏蔽技术：用金属屏蔽罩包裹敏感电路，阻断电磁辐射干扰（任选三种）。四、综合题1.（1）连续对象(s)==，零阶保持器传递函数部分分式分解=+Z[代入=0.5s，G(（2）闭环传递函数Φ(z)=，特征方程1+G(z)=0，即(z1)(z0.36792.（1）对差分方程取Z变换：C(z)（2）特征方程1.5z+0.5=0，根为z=1（3）单位阶跃输入R(z)=，稳态输出c(∈fty3.（1）位置式