机电系统计算机控制复习资料.doc

______________________________________________________________________________________________________________
计算机过程控制系统
一、 概念题（每小题 5 分，共 20 分）

1、单位阶跃序列的z变换：
Y(z)=
2、最少拍系统：
使系统的调节时间最短（使用最少几个采样周期就能完成过渡过程）的控制系统。
3、有限拍无纹波设计与有限拍有纹波设计唯一不同之处：有限拍无纹波要求Gc（z）的零点包含HG(z)的全部零点
(有纹波：只要求包含HG(z)单位圆上/圆外零点)

4、振铃现象：（虽然闭环系统输出较快地趋向于稳态值）数字调节器输出u(kT)以2T为周期上下摆动。

二、计算题（每小题10 分，共30分）

1. 1. 试求下列函数的z变换:

2. 试求下列函数的z反变换:(若用长除法,取前5项)
F(z)=

1、 3．已知线性离散系统的状态方程:

判断其稳定性.
由zI-F=(z-1.2)(z-0.6)-0.7

得：
Z=0.9+1.78
∵|z|>1
∴系统不稳定。

得 分

阅卷人

…………………………………………装…………………………订…………………………线…………………………………………
……………答……………题……………不……………要……………超……………过……………此……………线………………

三、分析题。（每小题 10分，共30分）

1、 如何采用扩充临界比例度法整定PID参数？
步骤：
⑴ 选合适的采样周期，调节器只用比例Kp
⑵ Kp由小到大直到出现等幅振荡，记下临界振荡周期Ts和此时临界振荡增益Ks
⑶ 选择控制度

控制度=1.05 两者相等
控制度=2.0 数字调节器要差一些
⑷ 按 “扩充临界比例度法PID参数计算公式”(P165表5.2)，选择T, Kp, Ti, Td 。
⑸ 投运并微调一下。

2、 采样周期过大、过小分别有什么不利影响？
采样周期过大：信号的保真性下降，系统稳定性会变糟，快速性也自然会变坏。
采样周期过小：调节过程非线性加大。

3、 积分分离PID算法有何优点?如何实现?
优点：既保持了积分作用，又减小了超调量。
利用一个系数Kl乘到积分项上：
偏差较小时：K=1有积分
偏差较大时：K=0无积分

得 分

阅卷人

四、综合题（每小题 10分，共20分）

用计算机过程控制系统设计一单闭环原料油加热炉出口温度控制系统，参考图4-1。图4-1是用温度调节器实现的温度控制系统。要求回答以下问题：

图 4-1 原料油加热炉出口温度控制系统示意图

1、 画出计算机控制系统框图(包括采样保持)，简述系统工作原理。
2、 简述：整定PID参数时，稳定裕量为什么不能过大过小？
答：稳定裕量过大，系统响应会出现缓慢爬升并且有较大的稳态误差，从而影响系统快速性和准确性；
稳定裕量过小，系统响应会出现较长时间、较剧烈的衰减振荡，这样不光超调量大而且回到稳态的时间变长，从而也会影响系统快速性和准确性。
《机电系统计算机控制》
一、 单项选择题
1、计算机控制系统中研究线性系统的重要工具是： （ ）
(A) 传递函数 (B) 脉冲传递函数 (C) 脉冲响应函数 (D) 微分方程
2、已知, a为常数，T为采样周期，求
（ ）
(A) (B) (C) (D) 1
3、两个连续环节和串联，若两者中间有采样器则其开环脉冲传递函数为
（ ）
(A) (B) (C) (D)
4、求的Z变换为： （ ）
(A) 1 (B) 0 (C) (D)
5、由Z变换的滞后性质可以得到： （ ）
(A) (B)
(C) (D)
6、已知函数，则对应的Z变换为： （ ）
(A) (B)
(C) (D)
7、51系列单片机串行通信的方式选择、接收和发送控制以及串行口的状态标志均可由专用寄存器_______控制和指示。 ( )
(A) PCON (B) SCON (C) TCON (D) TMOD
8、与梯形图相对应的助记符是 。 ( )
(A) LD (B) AND (C) LD NOT (D) OUT
9、C200H的存储器中用于存放系统的管理和监控程序来完成协调控制的存储器
是 。 ( )
(A) 用户程序存储器 (B) 系统程序存储器 (C) 数据存储器 (D) 静态存储器
10、C200H对继电器区访问采用通道寻址方式，其中I/O继电器区的通道范围是 。
( )
(A) 000～029 (B) 030～250 (C) 251～255 (D) TR00~TR07
11、C200H将用户数据区分成 类 ( )
(A) 8 (B)9 (C)10 (D) 11
12、51系列单片机串行通信的工作方式中，波特率固定为的是________。
( )
(A)工作方式0 (B) 工作方式1 (C) 工作方式2 (D) 工作方式3
13、51系列单片机定时器的启停、标志定时器的溢出和中断情况均可由专用寄存器______控制和指示。 ( )
(A) PCON (B) SCON (C) TCON (D) TMOD
14、与梯形图相对应的助记符是 。 ( )
(A) (B) (C) (D)

15、51系列单片机可提供两个中断优先级实现________中断嵌套。 ( )
(A) 一级 (B) 二级 (C) 三级 (D) 四级
二、判断题
1、通过增大A/D转换器的位数可以消除量化误差。 ( )
2、量化误差的大小与A/D转换器的位数有关。 ( )
3、完成一次A/D转换所需要的时间，称为孔径时间。 ( )
4、在PID控制中，增大比例系数将加快系统的响应速度，有利于减小静差。 ( )
5、离散控制系统的稳态误差仅与输入信号有关。 ( )
6、计算机控制系统通常即是一个采样离散控制系统。 ( )
7、51系列单片机具有三个中断优先级，可实现三级中断嵌套。 ( )
8、串联环节之间有无保持器，其脉冲传递函数不同。 ( )
9、Mov A , #3AH ；这种寻址方式是直接寻址。 ( )
10、目前应用的PLC大多采用双处理器，一个用来进行字和字节的处理，另一个用来进行位处理。
三、简答题
1、 机电一体化的概念？
2、 机械系统？
3、 传感器的概念？
4、 运算单元常用的有几种？
5、 常用的控制微机有几种，各自的特点是什么？
6、 过程通道的概念？
7、 单片机的概念？
8、 51单片机的基本组成由哪几部分？
9、 51单片机的三总线结构包括那些？功能如何？
10、 51单片机的中断源有几个？分别是什么？
11、 什么指令？其组成如何？各自的功能如何？
12、 波特率如何定义？其单位是什么？
13、 PLC的基本组成有哪些，分别是什么？
14、 PLC的工作过程？
15、 PLC的工作原理？
二、 简述题
1、 机械系统的控制结构有哪些，功能如何？
2、 模拟输入通道的组成及其各部分的作用？
3、 汇编语言中，什么叫做寻址方式，寻址方式有那几种，各是什么？
4、 中断的定义是什么？51单片机的中断系统的组成是什么？
5、 51单片机的串行通讯工作方式1是如何工作的？
6、 51单片机的定时/计数器工作方式有几种，功能如何？
7、 串行通讯和并行通讯有何优缺点及其应用的场所？
8、 中断服务程序与子程序的区别？
9、 程序存储器与数据存储器的区别？
10、 执行机构的作用是什么？种类有哪几种？举例说明？
11、 C200H PLC 的I/O继电器区的地址分配及其功能如何？
12、 PLC的基本指令包括那些？写出梯形图和对应的助记符？
三、解答题
1、求 的Z反变换。
2、如图所示求系统的闭环脉冲传递函数。

r(t)
+
-
T=2s
C(t)

三、 分析题
1、51单片机的中断源有几个，其中断入口地址为何？其默认优先级如何定义？
2、单片机采用6MHz的晶振，设计一个延时10ms的程序。
3、将下述C200H助记符用梯形图表达出来。
LD 00001
AND NOT 00002
LD NOT 00003
AND 00004
OR LD
AND 00005
AND NOT 00006
OUT 00500
LD 00007
OR 00008
AND 00009
OUT 00501
4、试将下面C200H梯形图化简并转换成助记符。
00501
END
00001 00002 00003 00004 00005
00006 00007 00008 00009
00010 00011

5、　假设51单片机使用12MHz的晶振，控制指示灯的启停，程序启动时，指示灯亮10ms后熄灭，熄灭10ms后灯再亮，循环运行。根据图写好程序；
51
单
片
机
指示灯
P1.0

6、　设51单片机使用12MHz的晶振，要求使用单片机控制两个指示灯的交替亮灭，当第一指示灯亮时，间隔时间为10ms，第二指示灯灭；同样第二指示灯亮时，间隔时间为10ms，第一指示灯灭，根据图写出相应的程序。
51
单
片
机
指示灯1#
P1.0
P1.1
指示灯2#

7、 用定时器T0定时，在P1.0端输出一方波，方波的周期为20ms，设晶体振荡器为12mHz。
8、 51单片机使用12MHz的晶振，利用T0门控位检测INT0引脚上出现的正脉冲宽度，将所测得数据高位存入71H中，低位存入70H中，根据图写出相应的程序。
方波输入
51
单
片
机
指示灯1#
T0

9、 单片机采用6MHz的晶振，设计一个延时10ms的程序。

10、 将梯形图写成助记符。
00501
END
00001 00002

00003
00502
00004 00005 00006

00007 00008

11、 将下述助记符转换成梯形图。
LD 00001
AND NOT 00002
LD NOT 00003
AND 00004
OR LD
AND 00005
AND NOT 00006
OUT 00500
LD 00007
LD 00008
AND LD
AND 00009
OUT 00501
计算机控制系统试卷一答案
一、简答题（每小题5分，共50分）
1、 画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下：

2、 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？
答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。
(1) 周期采样
指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。
(2) 同步采样
如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。
(3) 非同步采样
如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。
(4) 多速采样
如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。
(5) 随机采样
若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。
3、 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。
答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数KP。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数KP可以减小静差，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。
(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数TI大，则积分作用弱，反之强。增大TI将减慢消除静差的过程，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。
(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。
4、 采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。

答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关K的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则K闭合，由A1、A3组成跟随器，并向CH端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。
5、 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。
6、 为什么会出现比例和微分饱和现象？
答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。
7、 什么是振铃现象？如何消除振铃现象？
答：所谓振铃(Ringing)现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。有两种方法可用来消除振铃现象。第一种方法是先找出D(z)中引起振铃现象的因子(z=-1附近的极点)，然后令其中的z=1，根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳态值。第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期T及系统闭环时间常数Tc，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象。
8、 什么是嵌入式系统？如何理解嵌入式系统的定义？
答：目前国内普遍被认同的嵌入式系统定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。通常，从以下几个方面来理解嵌入式系统的定义：
(1) 以应用为中心是指嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的。
(2) 嵌入式系统以计算机技术为基础，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图象数据传输技术，甚至传感器等先进技术和Internet网络技术与具体应用对象相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
嵌入式系统可以根据实际系统的需要对软、硬件进行剪裁以适应实际系统在功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面的要求。说明嵌入式系统存在着一个较为通用的软、硬件内核。这个内核往往是几KB到几十KB之间的微内核，正是由于微内核的存在，才使得嵌入式系统能够根据实际应用系统的需要在软、硬件方面得以顺利的裁剪或扩充。
9、 简述网络控制系统的特点。
答：网络控制系统通常具备下述特点
(1) 非定常性。数据到达的时刻不再是定常和有规则的, 更不能再用简单的采样时间来刻画。
(2) 非完整性。由于数据在传输中可能发生丢失和出错，数据不再是完整的，当然数字控制中也可能有类似的现象，但在网络控制中发生的可能性要大得多。
(3) 非有序性。由于网络传输时间的不确定，先产生的数据可能迟于后产生的数据到达远程控制系统。因此, 数据到达的次序可能不再遵守原有的时间顺序。
非确定性。由于数据到达的随机性，整个控制过程已不再是一个确定性的系统,而是一个随机系统。
10、 简述故障诊断技术所包含的内容。
答：故障诊断主要包括以下几个方面的内容。
(1) 故障的特征提取
通过测量用定量和定性的信息处理技术获取反映系统故障的特征描述。
(2) 故障的分离与估计
根据获得的故障特征确定系统是否出现故障以及故障的程度。
(3) 故障的评价和决策
根据故障分离与估计的结论对故障的危害及严重程度作出评价，近而决策出是否停止任务的进程以及是否需要维修更换故障元部件。
二、已知系统的差分方程为 （10分）

输入信号是

初始条件为，试写出输出脉冲序列。
解：

…
三、设被控对象传递函数为，在对象前接有零阶保持器，试求广义对象的脉冲传递函数。 （10分）
解：广义对象传递函数

对应的脉冲传递函数为

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Gc(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

应选择Gc(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

则有

根据二阶工程最佳设计法则，应有

解之得

于是得到模拟控制器的传递函数为

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：

五、已知广义被控对象:, 给定T=1s (20分)
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

可以看出，G(z)的零点为-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Φe(z)的零点中，由于系统针对等速输入进行设计，故p=2。为满足准确性条件另有Φe(z)=(1-z-1)2F1(z),显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设

解得 。
闭环脉冲传递函数为

则
（图略）。
计算机控制系统试卷二答案
班级： 姓名： 学号： 成绩：
一、 简答题（每小题4分，共40分）
1、连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？
答：与连续控制系统相比，计算机控制系统具有以下特点：
(1) 计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。
(2) 在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的（数字控制器），修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。
(3) 计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。
(4) 计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
(5) 一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。
(6) 采用计算机控制，如分级计算机控制、集散控制系统、计算机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。
2、简述计算机控制系统的一般控制过程。
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。
3、简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。
答：(1) 连续信号
连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的、也可以是断续的。
(2) 模拟信号
模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。
(3) 离散信号
离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。
(4) 采样信号
采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。
(5) 数字信号
数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。
4、线性定常离散系统的稳态误差是否只与系统本身的结构和参数有关？
答：线性定常离散系统的稳态误差，不但与系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列的形式及幅值有关。除此之外，离散系统的稳态误差与采样周期的选取也有关。
5、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i时刻的输出ui，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差ei-1，ei-2和前一次的输出值ui-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，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。
6、如何利用试凑法调整PID算法的参数？
答：(1)先整定比例部分：将比例系数KP由小调大，并观察相应的系统响应趋势，直到得到反映快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围之内，同时响应曲线已较令人满意，那只须用比例调节器即可，最优比例系数也由此确定。
(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。整定时一般先置一个较大的积分时间系数TI,同时将第一步整定得到的比例系数KP缩小一些(比如取原来的80%)，然后减小积分时间系数使在保持系统较好的动态性能指标的基础上，系统的静差得到消除。在此过程中，可以根据响应曲线的变化趋势反复地改变比例系数KP和积分时间系数TI,从而实现满意的控制过程和整定参数。
(3)如果即使有比例积分控制器消除了偏差，但动态过程仍不尽满意，则可以加入微分环节，构成PID控制器。在整定时，可先置微分时间系数TD为零，在第二步整定的基础上，增大微分时间系数TD，同时相应地改变比例系数KP和积分时间系数TI，逐步试凑，以获得满意的调节效果和控制参数。
7、简述对偶原理的基本内容。
答：对偶原理：设S1=(A,B,C)、S2=(AT, CT, BT)是互为对偶的两个系统，则S1的能控性等价于S2的能观测性；S1的能观测性等价于S2的能控性。或者说，若S1是状态完全能控的(完全能测观的)，则S2是状态完全能观测的(完全能控的)。
8、与应用了传统的通用计算机的数字产品相比，嵌入式系统有哪些特点？
答：系统内核小；系统精简；高实时性和高可靠性；智能化和网络化；专用性强；需要有专用的开发工具和环境。
9、 尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，如何防治尖峰脉冲干扰？
答：尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，其幅度可达几千伏，宽度只有几个毫微秒或几个微秒，出现的位置也无规律，因此采用常规的抑制办法是无效的，而必须采取综合治理办法：
(1)“远离”干扰源。
(2) 用硬件设备抑制尖峰干扰的影响
较常用的抑制方法有三种：在交流电源的输入端并联压敏电阻；采用铁磁共振原理，如采用超级隔离变压器；在交流电源输入端串入均衡器。
(3) 在大功率用电设备上采取措施抑制尖峰干扰的产生
(4)采用“看门狗”(Watchdog)技术
10、 么是硬件故障冗余系统？
答：硬件故障冗余系统的定义是：如果一个系统在出现一定的运行性故障时，依靠系统冗余硬件的内驻能力，仍能保持系统连续正确地执行其程序和输入、输出功能，则称这一系统为硬件故障冗余系统。
二、已知系统框图如下所示： T=1s (15分)

y(t)
T
r(t)

-—

试确定闭环系统稳定时K的取值范围。
解：广义对象传递函数

对应的脉冲传递函数为

此时系统的特征方程为

采用双线性变换
可得等效的特征方程为

此时，劳斯表为
w2 （1-0.0381K） 0.924K → K< 26.2
w1 0.924-0.386K → K< 2.39
w0 0.924K → K> 0
故K的变化范围为 0< K < 2.39。
三、已知某连续控制器的传递函数为 （10分）

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。
解：令
控制器的差分形式为

四、已知离散控制系统的结构如下所示，采样周期，输入信号，求该系统的稳态误差。 （10分）

r(t)
y(t)

解：系统开环脉冲传递函数为

则误差脉冲传递函数为

稳态误差为

五、已知广义被控对象为 （15分）

其中，T=1s。期望的闭环脉冲传递函数中的时间常数取为Tc=0.5s,应用史密斯预估器方法确定数字控制器。
解：不含纯滞后的广义对象脉冲传递函数为

广义对象脉冲传递函数为

不考虑纯滞后，闭环系统理想脉冲传递函数为
，进而
求得
于是得史密斯预估器如下

六、采用逐点比较法法插补圆弧OP，起点坐标O(0，5)，终点坐标P(5，0)，圆心在原点。要求以表格形式给出插补计算过程，并画出插补运动轨迹。（10分）
解：

步数
误差判别
坐标进给
下一步误差计算
进给后动点坐标
终点判别
初始化

F＝0
x=0,y=5
∑=10
1
F=0
-y
F=F-2y+1=-9
x=0，y=y-1=4
∑=∑-1=9
2
F<0
+x
F=F+2x+1=-8
x=x+1=1,y=4
∑=∑-1=8
3
F<0
+x
F=F+2x+1=-5
x=x+1=2,y=4
∑=∑-1=7
4
F<0
+x
F=F+2x+1=0
x=x+1=3,y=4
∑=∑-1=6
5
F=0
-y
F=F-2y+1=-7
x=3，y=y-1=3
∑=∑-1=5
6
F<0
+x
F=F+2x+1=0
x=x+1=4,y=3
∑=∑-1=4
7
F=0
-y
F=F-2y+1=-5
x=4，y=y-1=2
∑=∑-1=3
8
F<0
+x
F=F+2x+1=4
x=x+1=5,y=2
∑=∑-1=2
9
F>0
-y
F=F-2y+1=1
x=5，y=y-1=1
∑=∑-1=1
10
F>0
-y
F=F-2y+1=0
x=5，y=y-1=0
∑=∑-1=0End
（图略）
计算机控制系统试卷三答案
班级： 姓名： 学号： 成绩：
一、 简答题 （每小题4分，共40分）
1、 简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。
答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。
2、 回答下述电路中克服共模干扰的工作原理。

答：平时，开关K1i(i=1,2,...,n)处于闭合状态，Ci的电压跟踪Vi的输入值，开关K2i(i=1,2,...,n)处于断开状态。需检测Vi时，则令K1i断开,K2i闭合，放大器K的输出经采样保持器送至A/D转换器化为数字量，然后开关再恢复平时的状态。在采样、转换过程中，放大器K不与任何模拟量信号输入共地，电容Ci的电压均为差模电压，这样就克服了共模电压的影响。
3、 什么是采样或采样过程？
答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。
4、 线性离散系统的脉冲传递函数的定义是什么？
答：线性离散系统的脉冲传递函数定义为零初始条件下，系统或环节的输出采样函数z变换和输入采样函数z变换之比。
5、 何为积分饱和现象？
答：在标准PID位置算法中，控制系统在启动、停止或者大幅度提降给定值等情况下，系统输出会出现较大的偏差，这种较大偏差，不可能在短时间内消除，经过积分项累积后，可能会使控制量u(k)很大，甚至超过执行机构的极限umax。另外，当负误差的绝对值较大时，也会出现u<umin的另一种极端情况。显然，当控制量超过执行机构极限时，控制作用必然不如应有的计算值理想，从而影响控制效果。这类现象在给定值突变时容易发生，而且在起动时特别明显，故也称“起动效应”。
6、 等效离散化设计方法存在哪些缺陷？
答：等效离散化设计方法存在以下缺陷：
(1) 必须以采样周期足够小为前提。在许多实际系统中难以满足这一要求。
(2) 没有反映采样点之间的性能。特别是当采样周期过大，除有可能造成控制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。因此，系统的调节品质变坏。
(3) 等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原连续系统(只有当采样周期T=0时，计算机控制系统才能完全等同于连续系统)，而不可能超过它。因此，这种方法也被称之为近似设计。
7、 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。
8、 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着零、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。
9、 嵌入式处理器可分为哪几种类型？
答：嵌入式处理器又可以分为以下四类
（1） 嵌入式微控制器MCU（MicroController Unit）
（2） 嵌入式微处理器MPU（MicroProcessor Unit）
（3） 数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）
（4） 嵌入式片上系统（System On Chip，SOC）
10、 针对实际系统可能发生的故障，通常从哪几个方面对故障进行分类？
答：实际系统可能发生的故障是多种多样的，可以从下面几个方面对故障进行分类：
（1） 从故障发生的部位看，分为传感器故障、执行器故障和受控对象故障；
（2） 根据故障性质，分为突变故障和缓变故障；
（3） 从建模角度出发，可分为乘性故障和加性故障；
（4） 从故障间的相互关系，分为单故障和多故障、独立故障和局部故障。

y*(t)
二、已知系统框图如下所示： T=1s (15分)
r(t)

T

y(t)

试写出离散系统的动态方程。
解：所给系统的脉冲传递函数为

令进而
则
取于是得如下状态方程

写成矩阵形式为

三、已知广义被控对象为 （15分）

其中，T=1s。期望的闭环脉冲传递函数中的时间常数取为Tc=0.5s,应用大林算法确定数字控制器。
解：广义对象脉冲传递函数为

闭环系统理想脉冲传递函数为

得大林控制器如下

四、已知被控对象 （15分）

设计一个特征值为的全维状态观测器。并画出相应的状态变量结构图。
解：能观性矩阵满秩，故系统能观测，可设计状态观测器。令输出误差反馈矩阵
观测器期望特征方程为

观测器特征方程为

比较上面两式，可得
五、已知某系统连续控制器的传递函数 （15分）

试分别用阶跃响应和脉冲响应不变法求的等效数字控制器，并写出相应的差分方程表达式。其中采样周期。
解：1、阶跃响应不变法
由可推得数字控制器的差分方程形式如下

2、脉冲响应不变法

由可推得数字控制器的差分方程形式如下

计算机控制系统试卷四答案
班级： 姓名：