1、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 (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
2、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
3、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、 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 zi0 W (-1)=1+1+0.6320知闭环系统稳定。三、已知某被控对象的传递函数为 (15 分)1()sGp要求设计成单位反
4、馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为 T1s。要求闭环特征根为 0.4 和 0.6。试求数字控制器。)1(sr(t) y(t)-T seT1)(sGp()Dz()hsy(t)r(t)解：广义对象脉冲传递函数为 )368.01)(7. 1)1()()( 1)1 1221 zz zezzsZeGzTs根据要求设定闭环脉冲传递函数为 211()0.4)(.6(0.4)(.6)zzz12178038()1()(.)(.7)zDGz计算机控制系统试卷五答案1. 简述采样定理的基本内容。答：采样定理: 如果连续信号 具有有限频谱，其最高频率为 , 则对 进行周期采样且采样角频率)(tf max)(
5、tf时，连续信号 可以由采样信号 唯一确定，亦即可以从 无失真地恢复 。smax2)(tf )(*tf )(*tf )(tf2. 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z i1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于 z 平面的单位圆内。3. 脉冲响应不变法的基本思想是什么？答：脉冲响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的脉冲响应 gD(kT)是模拟控制器的脉冲响应采样值g(kT)的 T 倍。4. 写出增量型 PID 的差分控制算式。答：增量型 PID 控制算式可以写为 D1P1 12I()iiiiiiiiTuKeee5. 如
6、何消除比例和微分饱和现象？答：“积分补偿法” 。其中心思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能再补充执行。这样，动态过程也得到了加速。即，一旦 超限，则多余的未执行的控制增量将存储在累加器中；当控制量脱离了饱u和区，则累加器中的量将全部或部分地加到计算出的控制增量上，以补充由于限制而未能执行的控制。6. 给出线性定常离散系统的能控性定义。答：对于 n 阶线性定常离散系统 ； ，若存在有限个输入向量序列(1)()xkABuk0(x能将某个初始状态 在第 l 步控制到零状态，即 ，则称此状态是能控的。(0),1,()ul nl0 ()0xl若系统的所有状态都是能控的，则称此系统
7、是状态完全能控的，或简称系统是能控的。),(7. 给出线性定常离散系统的能观性定义。答：若系统 若已知输入序列 和有限个采样瞬间测量到的输()(D)xkABukyC(),1,()un出序列 ，即 ，可以唯一地确定出系统的任意初始状态 ，则称系统是状态能观)0,1,yn 0x测的，或简称能观测。二、已知 ，求 。 （10 分）)5(1)sF)(zF解： 1515-11()()()5e0.2e =() TTzszzzZ三、已知系统框图如下所示： T=1s (10 分)判别系统稳定性。解：系统开环传递函数为 11111 2()()() ()e0.6320.63 8)8.Gzsszzz z Z系统闭环
8、特征方程 21().7.G采用双线性变换 得 w 平面特征方程为1z2.04.60.3建立劳斯表w2 2.104 0.632w1 1.264w0 0.632由劳斯判据可知系统稳定。四、用后向差分法求下列模拟滤波器 D(s)的等效数字滤波器，并给出差分递推算式，设 T=1s, (10 分)2()1s解：使用后项差分离散化方法，令 ，则1zsT121()56szUzDEz可得其差分递推算式为 5()()()(63ukukek五、已知广义被控对象: , 给定 T=1s (20 分)1TsG针对单位阶跃输入设计最小拍无纹波控制系统, 并画出系统的输出波形图。解：广义对象脉冲传递函数为)1(sr(t) y(t)- T
