计算机控制复习题.pdf

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1、1、连续系统稳定的充分必要条件是它的特征根应全部位于 S 平面的 左半部 ；离散系统稳定的充分必要条件是它的特征方程的特征根应全部位于Z平面的 单位圆里 。 2、离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的 采样周期 有关。 3、 平均值滤波是对信号 y 进行 m 次采样；滤波器的输出)k(y miiym1)(1 。 4、连续系统传递函数的一个极点 P=-5，Z 变换后将映射到 Z 平面的 C 。 A 单位园外 B 单位园上 C 单位园里 D 无法确定 5、计算机控制系统与连续系统相比，在系统结构与参数不变的条件下，抑制干扰的能力 B 。 A 增强 B 减弱 C 不变

2、D 无法确定 6、若连续系统为 Gc(s)稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得 Gc(z)_C_. A. 也是稳定的 B 是不稳定的 C 稳定性不一定 7、数字量输出通道主要由 电路 输出驱动器和 继电器驱动 。 8、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为 _串模干扰 _。 9、试表述采样定理，并说明若一个高频信号采样时不满足采样定理，将会变成何种信号？ 答：若连续信号所含频率分量的最高频率为max，为使其采样信号不失真，采样频率max2s；若不满足采样定理，一个高频信号将会变成低频信号。 10、计算机控制系统在选择AD变换器时应注意哪几项指标？这些性能指标应根据什 么原则选取？ 答： （

3、1）精度：应高于传感器的精度一个数量级； （2）分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定； （3）转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率。 11、何为振铃现象？如何消除振铃现象？ 答：所谓振铃现象是指数字控制器的输出 u(k)以接近二分之一的采样频率大幅度上下摆动。它对系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。 消除振铃现象的方法： （1）参数选择法 对于一阶滞后对象， 如果合理选择期望闭环传递函数的惯性时间常数 T0 和采样周期 T，使 RA0，就没有振铃现象。即使不能使 RA0，也可以把 RA 减到最小，最大程度地抑制振铃。 （2）消除振铃因子法 找出数字控制器D(

4、z)中引起振铃现象的因子(即z=-1附近的极点)， 然后人为地令其中的z=1，就消除了这个极点。根据终值定理，这样做不影响输出的稳态值，但却改变了数字控制器的动态特性，从而将影响闭环系统的动态响应。 12、现已知某炉温变化范围为 01500，要求测试时，分辨率为 3，试确定 A/D 变换器的字长应选为多少？若 A/D 字长 n 不变，通过变送器将测试起点迁移到 600，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少？ 解：5003/15002oon 故92lg/500lgn / )6001500(2oon 故 oooo7578. 1512900260015009 13、简要说明多路开关的主要特点。 答：

5、半导体多路开关的特点是：（答 5 条即可） （1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排； （2）直接与 TTL（或 CMOS）电平相兼容； （3）内部带有通道选择译码器，使用方便； （4）可采用正或负双极性输入； （5）转换速度快，通常其导通或关断时间在 1ms 左右，有些产品已达到几十到几百纳秒（ns）； （6）寿命长，无机械磨损； （7）接通电阻低，一般小于 100W，有的可达几欧姆； （8）断开电阻高，通常达 109W 以上。 14、当系统中含有零阶保持器时，系统的稳态误差与采样周期 T_A_. A 无关 B 有关 C 关系不定 15、确定 A/D 变换器精度时，能常要求它的精度应

6、（ A ）传感器的精度。 A 高于 B 小于 C 等于 16、双线性变换的一个特性是，连续传递函数经过双线性变换后所得 Z 传递函数的稳态增益 D 。 A 增大 B 不变 C 减小 D 无法确定 17、 已知离散系统脉冲传递函数为： G （Z） = （Z+0.5） /(Z-0.5+j0.5)2,可知该系统是_A_. A 稳定的 B 不稳定的 C 中性稳定的 18、平均值滤波是对信号 y 进行 m 次采样；滤波器的输出)k(y 11miixm 。 19、接口是计算机和外部设备交换信息的桥梁，包括 输入 和 输出 。 20、 为使传感器特性与 A/D 变换器特性相匹配，通常应在传感器与 A/D 之

7、间加入 调理电路 。 21、达林算法的目标是设计合适的数字控制器 D(z)，使整个计算机控制系统等效的闭环传递函数期望为一个 一阶系统 和 纯滞后环节 相串联，并期望闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间。 22、PID调节系统中，微分调节起何作用？为什麽在有些系统中采用不完全微分算式，它与常规算式有哪些区别？ 答：微分的作用是加快调整速度。由于微分只存在于瞬间，因而有时会使系统产生震荡，而使调节品质下降。为了避免震荡，在一些系统中采用不完全微分算法，它的基本思想是使微分作用漫漫减弱，以避免由于微分突然下降到 0 而产生震荡。 23、何为最少拍设计？ 答：最少拍设计，是指系统在典型输入信

8、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。 24、若已知计算机控制系统结构如图所示 1）试确定使系统稳定的 K 的范围； 2）若将该系统改为连续系统（即取消采样开关及 ZOH） ；试问使系统稳定的 K 值范围。 3）所得结果说明了什么问题。 注：已知 Za/s(s+a)=z(1-e-aT)/(z-1)(z- e-aT) 解：)606. 0(394. 0) 1(1)1 (111)(1zKssZzKsseZKzGsT 0394. 0606. 0)(1)(KzzGz 要求：1|394. 0606. 0|Kz 1)394. 0606. 0(K， 0

9、76. 4K 1)394. 0606. 0(K， 1 K 取 0K（由于系统均为负反馈） ，所以 06. 40 K 2）连续系统为一阶系统，0K均稳定； 3）表明连续系统变为采样系统后系统的稳定性降低。 25、设被控对象传递函数为) 1()(ssKsGp，在对象前接有零阶保持器，试求广义对象的脉冲传递函数。 解：广义对象传递函数 ) 1(1)(ssKsesGTs 对应的脉冲传递函数为 )1)(1 (111) 1( 1111)1 ()1 () 1(1)1 ( ) 1(1)()(111111211121zezzTeeTezTeKzezzTzzKssZzKssKseZsGZzGTTTTTTTs 26

10、、双线性变换的一个特性是：连续传递函数经过双线性变换后所得 Z 传递函数的稳态增益_C_ A 不变 B 变小 C 增大 27、常用的数字滤波方法（最少给出四种） 平均值、惯性滤波、限幅滤波、中位值滤波 28、 零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性 ()= -T/2 。 29、若已知闭环系统自然频率为n，经验上，采样频率s应取 10n 。 30、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。

11、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。 31、用一阶后向差分法求某控制器的传递函数2( )(1)(2)D Sss的差分方程.T=1s. 解： 1111( )2( )11( )(1)(2)1( )2( )( )(2)(3)511( )(1)(2)( )663511( )(1)(

12、2)( )663U SD SZZE STTTsU SD SE SZZU ZU ZU ZE ZU kU kU kE kQ 32、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。 解：插补运算过程如下 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 F0 x=0,y=5 =10 1 F=0 -y F=F-2y+1=-9 x=0，y=y-1=4 =-1=9 2 F0 +x F=F+2x+1=-8 x=x+1=1,y=4 =-1=8 3 F0 +x F=F+2x+1=-5 x=x

13、+1=2,y=4 =-1=7 4 F0 +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 F0 +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 F0 -y F=F-2y+1=1 x=5，y=y-1=1 =-1=1 10 F0 -y F=F-2y+1=0 x=5，y=y-1=0 =-1=0End 33、 .若系统欲将一个 D/A 转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构， 需要接入 （ B ）器件完成控制

14、量的切换工作。 A 锁存器锁存 B 多路开关 C A/D 转换器转换 D 反多路开关 34、 常用的数字滤波方法有惯性滤波、限幅滤波、中值滤波和 平均值滤波 。 35、某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容 CH 应取值（ A ） 。 A 比较小 B 比较大 C取零值 D 取负值 36、 D/A 变换器的精度主要由线性误差、偏置误差和 增益误差 的大小决定的。 37、已知被控对象的传递函数为 ) 1.1010sssGc（ 采样周期 T=0.1s，采用零阶保持器。要求 （1） 针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的 zD。 （2） 针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的 zD。 解

15、：广义脉冲传递函数为 )368. 01)(1 ()717. 01 (368. 0)1 (111)1 (10)10(100()1 () 11 . 0(101()(1111110121121zzzzzezzTzssZzssseZzGTTs 最少拍无纹波设计步骤：最少拍无纹波设计步骤： 1）根据广义对象的传递函数确定参数）根据广义对象的传递函数确定参数 N（分母多项式的幂次）（分母多项式的幂次） M （分子多项式的幂次）（分子多项式的幂次） 已知 N=2，M=2 所以 d=0 w=1(即分子多项式中的)717. 01 (1z) d=N-M 延时延时 w 在所有零点的总数（不包括无穷远的零点）在所有零

16、点的总数（不包括无穷远的零点） v 在在 z 平面的单位圆上或圆外极点的个数平面的单位圆上或圆外极点的个数 j 在在 z 平面的单位圆上极点的个数平面的单位圆上极点的个数 q(输入类型输入类型) v=1，j=1； q=2(单位速度输入) 2）确定）确定 F1(z)和和 F2(z)的幂次的幂次 m 和和 n ）q,max( jjvndwm mmzfzfzfzF121211111)( nnzfzfzfzF22221212)( 2q,max(1）jjvndwm 所以： 11111)(zfzF 2221212)(zfzfzF 3）确定）确定e(z) )()1 ()1 ()(1)(1),(111zFzz

17、azzqjmaxjviie 311211111111211),(max111) 1(1)1 ()1 ()()1 ()1 ()(zfzfzfzfzzFzzazqjjviie 4）确定）确定(z) )()1 ()(211zFzbzzwiid 322221221212221211211717. 0717. 0)717. 01 ()()1 ()(zfzffzfzfzfzzFzbzzwiid）（）（ 5）根据关系）根据关系)(1)(zze使等式两边同幂次的使等式两边同幂次的系数相等，解出系数相等，解出 F1 和和 F2 中的系数。中的系数。 2211212211211117.70717. 0212fff

18、ffff）（ 解得：83. 041. 159. 0222111fff 所以： )59. 01 ()1 ()(121zzze )83. 041. 1)(717. 01 ()(211zzzz 6）求控制器）求控制器 D(z) )(1)()(1)(zzzGzD )59. 01)(1 (368. 0)83. 041. 1)(368. 01 ()59. 01 ()1 ()83. 041. 1)(717. 01 ()717. 01 (368. 0)368. 01)(1 ()(11111212111111zzzzzzzzzzzzzzD 38、已知模拟调节器的传递函数为 s.s.sD085011701 试写出

19、相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期 T=0.2s。 解： s.s.sEsUsD085011701 则 sSE.sEsSU.sU1700850 dttde.tedttdu.tu1700850 Tkeke.keTkuku.ku117010850 把 T=0.2S 代入得 15354142504251k-e.ke.ku.ku. 位置型 12982. 014561. 21579. 3kukekeku 增量型 17018. 014561. 21579. 31kukekekukuku 39、设加工第一象限直线 OA，起点为 O(0，0)，终点坐标为 A(6，4)，试进行插补计算并作出走步轨

20、迹图。 针对某一温度对象，欲设计一计算机控制系统对其进行显示并控制，请结合所学课程内容，谈谈应该从几个方面着手，并给出基本思路和必要设计框图。 解：坐标进给的总步数 Nxy=|6-0|+|4-0|=10, xe=6,ye=4, F0=0, xoy=1. 步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判断 起点 F0=0 Nxy=10 1 F0=0 +x F1=F0-ye=-4 Nxy=9 2 F10 +x F3=F2-ye=-2 Nxy=7 4 F30 +x F5=F4-ye=0 Nxy=5 6 F5=0 +x F6=F5-ye=-4 Nxy=4 7 F60 +x F8=F7-ye=-2 Nxy=2 9 F80 +x F10=F9-ye=0 Nxy=0 轨迹如图：