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1、中 南 大 学 2013 微 型计 算 机 控 制 技 术 试 题及 答 案名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢0 中南大学考试试卷20122013学年 下 学期时间 110分钟 2013年 6月 17 日计算机控制技术课程 48 学时 3学分 考试形式：开 卷专业年级：自动化、电气、探控10级总分 100分占总评成绩 70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、分析题（2小题，每题 10分，共 20 分）1水箱水位自动控制系统如图1 示，水从进水管流入（没有控制阀），出水通过可以调节的阀门流出。画出
2、用数字PID 算法保持液位稳定的程序框图。图 1 水箱水位自动控制系统示意图2已知 A 点信号如图 2 所示，假设采样周期T=1s，画出 B 点、C点的信号图形。如果采用周期T=0.5秒画出 C 点波形图（要求标明x(t)的数值和时间坐标）。图 2 二、简答题（每题5 分，共 25 分）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢1 1、滤波的作用是什么？有哪些常用的滤波方法？2、简述计算机控制系统的工作步骤。3、试分析孔径误差产生的原因。4、硬件总体方案设计主要包含哪几个方面的内容？5、FCS对 DCS 的变革包
3、括哪几方面？三、若加工第二象限直线OA，起点 O(4,0)，终点 A(0,6)。要求：(1)按逐点比较法插补进行列表计算：(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。（10 分）四、某温度测量系统，其测量范围为01000，温度变送器输出电压信号为01V，如果要求分辨出4温度，应选用多少位的A/D 转换器？假设 A/D 转换的模拟量输入范围为05V，变送器的信号如果直接接A/D，这时 A/D 实际能分辨温度是多少？要达到A/D 理想的分辨率要将变送器的信号放大多少倍？如果当某时刻的采样值为 6BH 时，其测量的温度值是多少？（要求写出计算步骤）（15分）五、已知被控对象的状态方程和输出方程为：0
4、0.10(1)()()0.20.31x kx ku k()1 1()y kx k试设计预报状态观测器，将其极点配置到1,20.10.2j。（10分）六、已知被控对象在单位阶跃信号（即()1()r tt）作用下，输出响应如图3 所示。设采样周期 T=0.6s。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2 图 3 1、求被控对象的传递函数()G s和广义的被控对象的脉冲传递函数()G z；2、针对单位阶跃输入信号设计最少拍无纹波系统的控制器D(z)；3、计算输出响应y(k)，控制信号u(k)和误差e(k)序列，画出它
5、们对时间变化的波形。（20分）计算机控制技术试题答案一、分析题（2小题，每题 10 分，共20分）1答：系统结构图设水位的采样值为h，设定值为 ph。pK为比例系数、iK为积分系数、dK为微分系数。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3()u k控制器输出值，maxU为最大值，由于没有进水最小设为0。pU为最终控制阀门开度的控制值。注：由于只有出水阀门，而且阀门的打开程度与水位是成反比的，因此最终控制阀门的控制量pU与 PID 控制器的输出()u k是反比的关系。2答：二、简答题（每题5 分，共 25 分）
6、1、滤波的作用是什么？有哪些常用的滤波方法？P214 滤波的作用是消除被测信号中的噪音与干扰。常用的滤波方法有硬件滤波和软件滤波，硬件滤波如RC 滤波网络等，软件滤波包括算术平均值汉，中位值法，限幅滤波法和惯性滤名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢4 波法等。2、简述计算机控制系统的工作步骤。P2 归纳为以下三个步骤：实时数据采集，实时控制决策，实时控制输出。3、试分析孔径误差产生的原因。P39 在模拟量输入通道中，A/D 转换器将模拟信号转换成数字量需要一定的时间，完成一次A/D 转换所需的时间称为孔径时
7、间，对于随时间变化的模拟信号，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差，即孔径误差。如果被转换的模拟量y 不是一个恒定的常量，而是随时间变化形成了连续时间函数，则在有一定孔径时间的情况下，A/D 转换器将产生孔径误差。4、硬件总体方案设计主要包含哪几个方面的内容？P314 确定系统的结构和类型，确定系统的构成方式，现场设备选择，其他方面的考虑（包括人机联系方式，系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的问题）5、FCS对 DCS 的变革包括哪几方面？P284 FCS的信号传输实现了全数字化；FCS的系统结构是全分散式，废弃了DCS的输入输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取代；FCS的现场
8、设备具有互操作性；FCS的通信网络为开放式互连网络；FCS的技术和标准实现了全开放，可供任何人使用。三、答：将坐标原点平移到直线的起点A(-4，0)，在新的坐标起点A 坐标为（0,0），终点 B 的坐标为（4,6），即为第一象限直线。有：1xoy，64eeyx，10 xyN，00F。步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判别起点F0=0 Nxy=10 1 F0=0+x F1=F0-ye=0-6=-6 Nxy=9 2 F10+y F2=F1+xe=-6+4=-2 Nxy=8 3 F20+x F4=F3-ye=2-6=-4 Nxy=6 5 F40+y F5=F4+xe=-4+4=0 Nxy=5 名师资料
9、总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢5 6 F5=0+x F6=F5-ye=0-6=-6 Nxy=4 7 F60+y F7=F6+xe=-6+4=-2 Nxy=3 8 F70+x F9=F8-ye=2-6=-4 Nxy=1 10 F90+y F10=F9+xe=-4+4=0 Nxy=0 四、答：（1）由于要从 1000分辨4即为maxmin45000205,01000mVXVXVbitmaxmin121225000log(1)log(1)log 2517.9720 xxnn或12241log(1)log(1250)
10、7.971000DnD不考虑 A/D 的其它误差可以选用8 位 A/D。（2）由于 A/D 的量程为 5V，8 位 A/D 可以分辨mV6.19V196.02555，另外01000对应为01V 即 01000mV，1mv 对应 1，这样8 位 A/D 实际只能分辨19.6的温度。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢6（3）由于变送器输出为01V 电压信号，而 A/D 的输入为 05V，因此为了达到A/D 能分辨温度 4的目的，要将01V 的信号放大到 05V 才满足要求，即5倍。（4）假设 A/D 采样值与
11、对应的温度是线性的，由于8 为 A/D 的数字量为00HFFH对应温度 01000即采样值6BH 对应的温度为maxminminminmaxmin1000()(6*16110)0420255YYYXNYNN五、答：（1）可观测性检验10.101 10.20.31FGC，11,21.20.4CCrankCFCF系统的状态完全可观，观测器可以任意配置极点。设观测器误差反馈增益阵为12kKk（2）极点配置到1,20.10.2j*2()(0.10.2)(0.10.2)0.20.050zzjzjzz（3）预报观测器特征方程1211112222010.1det()(1 1)00.20.310.110.10
12、0.20.30.20.30kzzIFKCkzkkzkkzkkkzkz可得：*21212()det()(1.3)(0.10.90.01)0zzIFKCzkkzkk有：12121.30.20.10.90.280.05kkkk，可得：121.40.1kk即：1.40.1K，0.41.30.10.2FKC名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢7 观测器的方程为?(1)()()()()0.41.301.4?()()()0.10.210.1x kFKC x kGu kKy kx ku ky k六、答：1、根据响应曲线可得
13、：16.06.5)(ssG11111111111115.611()()(1)5.6(1)1(0.61)0.6115.6(1)3.545.6(1)()11110.37tseG zZG szZzZsssssezzzze ze zz2、由于113.54()10.37zG zz，由于输入为单位阶跃信号有：1)(zz11)(zze1111111()10.370.28(1 0.37)()()()3.5411ezzzzD zG zzzzz3、321111)()()(zzzzzzRzzY可得，()y k的序列是0,1,1,1,111111123()()(1 0.37)1 0.37()()()0.28()(1)3.5410.280.180.180.18z R zzzzU zD z E zG zzzzzzz可得，()u k的序列是0.28,0.18,0.18,0.18,111)()()(11zzzRzzEe可得，()e k的序列是1,0,0,0,.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 10 页 -精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢8 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 10 页 -