计算机控制新版系统复习题及答案.doc

《计算机控制系统》课程复习资料
一、简答题：
1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？各有什么作用。
2.计算机控制系统和连续控制系统关键区分是什么？计算机控制系统有哪些优点？
3.计算机控制系统中保持器有何作用，简述保持器特点?
4.简述PID调整器作用，有哪多个改善型数字PID算法？
5.计算机控制系统有哪四种形式信号？各有什么特点?
6.简明说明什么是计算机控制系统？模拟调整器和数字调整器有何区分?

二、分析和计算题：
1.已知一系统闭环脉冲传输函数为,其中输入为单位阶跃信号,求输出y(KT)。
2.已知一系统闭环脉冲传输函数为当输入为单位阶跃信号时,
求输出y(KT)及y(∞)。
3.用长除法或Z反变换法或迭代法求闭环系统单位阶跃响应。
4.已知低通数字滤波器,求D（z）带宽ωm;并求当输入E(z)为阶跃信号时数字滤波器控制算法。取采样周期T=2ms。
5.设系统图所表示，试求:
①系统闭环脉冲传输函数。
②判定系统稳定性。
③分别求系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入时稳态误差。

6.设函数La氏变换为，试求它Z变换F(z)。
7.数字控制系统图所表示,求当K=10,T=1s,a=1时，分别求当输入为单位阶跃、单位斜单位抛物线函数时稳态误差。

8.已知单位负反馈系统开环脉冲传输函数为 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/[(z-1)(z-0.7)],问当K为何值时系统稳定。
9.已知系统单位负反馈开环传输函数为:
问:K为何值时系统稳定?
10.已知单位反馈系统广义对象Z传输函数为:
,试按最少拍无波纹设计标准设计单位阶跃输入时,计算机调整模型D(z),并求其控制算法。
11.已知连续系统传输函数G(s)=(s+1)/[s(s+2)]试用冲击不变法求其等效Z传输函数.
12.已知离散系统Z传输函数：,试求离散系统状态方程和输出方程。
13.已知离散系统Z传输函数：,试求离散系统状态方程和输出方程。
14.已知离散系统差分方程为

输出为y(k)，试写出它们状态方程和输出方程.
15.已知离散系统状态空间表示式，初始状态X(0)=0
试求系统Z传输函数:。
16.已知,写出和它相对应PID增量型数字控制算法。(T=1s)
17.已知广义对象z传输函数： HG(z)=(z+0.5)/〔(z-0.9)(z-0.4)〕,取采样周期T=1s,试设计PI调整器D(z)=Kp+Ki/(1-z-1),使速度误差ess=0.1,取采样周期T=1s。并求控制算法u(kT)？D（z）=U(z)/E(z)。
18.已知被控对象传输函数;G(s)=1/〔s(s+2)〕,采取零阶保持器,取采样周期T=0.1,试设计单位阶跃作用下最少拍调整器。
19.已知单位负反馈系统被控对象传输函数：G(s)=2/ (s+2),采取零阶保持器,取采样周期T=1s,试设计单位阶跃作用下最少拍调整器D(z),并求其调整时间ts,控制算法u(kT)。

参考答案
一、简答题：
1.答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制自动控制系统,既:用算机替换模拟控制装置,对被控对象进行调整和控制。控制系统中计算机是由硬件和软件两部分组成.硬件部分:计算机控制系统硬件关键是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成；主机:通常包含中央处理器(CPU)和内存放器(ROM，RAM)，它是控制系统关键。内存放器中预先存入了实现信号输入、运算控制和命令输出程序，这些程序就是施加被控对象调整规律。外部设备:操作台，又称为人机联络设备, 通常包含CRT显示器和键盘、专用操作显示面板或操作显示台等。打印和制表装置：关键包含有打印机相绘图机。磁盘设备：通常称为外存放器，它兼有输入和输出两种功效，用来存放程序和数据存放器后备存放设备。通信设备；报警设备：用来显示被控对象非正常工作状态。过程输入输出设备计算机和被控对象是用过程输入输出，它在二者之间进行信息传输和变换。二、软件部分：软件是多种程序统称，通常分为系统软件和应用软件。
2.解：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制自动控制系统,既:用计算机替换模拟控制装置,对被控对象进行调整和控制。计算机采取信号是数字信号，所以为了信号匹配，在计算机和被控对象之间采取模／数转换器(A／D)和数／模转换器(D／A)，以实现
两种信号之间相互转换。计算机控制系统优点
(1)控制规律灵活，能够在线修改。
(2)能够实现复杂控制规律，提升系统性能指标.
(3)抗干扰能力强，稳定性好。
(4)能够得到比较高控制精度。
(5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。
(6)便于实现控制、管理和通信相结合，提升工厂企业生产自动化程度.
(7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。
3.解：保持器原理是，依据现在时刻或过去时刻输入离散值用常数、线性函数或抛物函数形成输出连续值。它插值公式:

m代表阶保持器。通常m＝0和m＝1分别称为零阶保持器和一阶保持器。
零阶保持器幅频特征和相频特征有以下特征：
(1)低通特征：保持器输出伴随信号频率提升，幅值快速衰减。
(2)相位滞后持性：信号经过零阶保持器会产生相位滞后，它对控制系统稳定性是不利。
4.解：PID调整器控制作用有以下几点：
(1)百分比系数Kp，直接决定控制作用强弱，加大Kp能够降低系统稳态误差，提升系统动态响应速度。过大会使动态质量变坏，引发被控制量振荡甚至造成闭环系统不稳定
(2)在百分比调整基础上加上积分控制能够消除系统稳态误差，因为只要存在偏差，它积分所产生控制量总是用来消除稳态误差，直到积分值为零，控制作用才停止。但它将使系统动态过程变慢，而且过强积分作用会使系统超调量增大，从而使系统稳定性变坏；
(3)微分控制作用是跟偏差改变速度相关。微分控制能够估计偏差．产生超前校正作用。它有利于降低超调，改善系统动态性能。改善型数字PID有：积分分离算法，遇限停止积分法,不完全微分算法，微分项输入滤波，不对设定值产生微分作用,含有不灵敏区PID算法
5.解：在计算机控制系统中，通常现有连续信号也有离散信号，这些信号通常是指信息流,而不是能量流。既:(1)连续模拟信号：时间和信号幅值全部是连续。
(2)阶梯模拟信号：时间是连续，信号幅值是阶梯形。
(3)采样信号：时间是离散，信号幅值是连续脉冲信号。
(4)数字信号：信号时间和幅值全部是离散，且幅值经过了量化处理。
6.答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制自动控制系统,既:用算机替换模拟控制装置,对被控对象进行调整和控制. 控制系统中计算机是由硬件和软件两部分组成.硬件部分.内存放器中预先存入了实现信号输入、运算控制和命令输出程序，这些程序就是施加被控对象调整规律。计算机采取信号是数字信号，所以为了信号匹配，在计算机和被控对象之间采取模／数转换器(A／D)和数／模转换器(D／A)，以实现两种信号之间相互转换。模拟调整器通常能够是电气，机械，气动，液压等元器件组成；其控制量均为时间连续函数。
二、分析和计算题：
1.解：
K=0 y(0)=0
K=1 y(T)=0.1
K=2 y(T)=0.14
2.解：Y(kT)=0.37y(kT-T)+0.53r(kT)+0.1R(kT-T)
r(kT)=1 k≧0
y(∞)=lim(z-1)[(0.53z+0.1)/(z-0.37)][z/(z-1)]=1
Z→1
3.解：

4.解：令： D(z)频率特征：

零频值：
由此得：

5.解：
①
② 系统稳定。
③ a.
b.
6.解：
7.解：
1)单位阶跃输入：ess=0
2)单位斜坡阶跃输入：ess=0.1
3)单位抛物线输入：ess=∞
8.解：

9.解：特征方程：
由舒尔科恩得：系统不稳定。
10.解：

11.解： .
12.解：

13.解：

14.解：

15.解：

16.解：用双线性变换：

17.解：Kp=3.6 Ki=0.4

18.解：

19.解：HG(z)= Z[H（s）G(s)]=(1-z-1 )Z[2/(s(s+2))]=0.865 z-1/(1-0.135 z-1 )
Ge(z)=1- z-1 Gc(z)= z-1 D(z)=(1.156-0.156 z-1 )/(1- z-1 ) =U(z)/E(z)
Y(z)=Gc(z)R(z)= z-1 /(1- z-1 )= z-1 + z-2+ z-3 +…
∴ts=1(秒)
U(kT)=U(kT-T)+1.156e(kT)-0.156e(kT-T)