计算机控制技术期末复习试题附答案Word格式.docx
《计算机控制技术期末复习试题附答案Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机控制技术期末复习试题附答案Word格式.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![计算机控制技术期末复习试题附答案Word格式.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-1/3/83ddd5bc-343d-424a-a76e-2bb72f6b9ae0/83ddd5bc-343d-424a-a76e-2bb72f6b9ae01.gif)
⑤集散控制系统DCS
⑥现场总线控制系统FCS
2、按控制规律分类
①程序和顺序控制
②PID控制
③最少拍控制
④复杂规律的控制
⑤智能控制
第二章离散控制系统及Z变换分析法
1、计算机控制系统的信号形式有哪些?
连续模拟信号:
时间与幅值上均连续,如r(t)、y(t)、u(t)
离散模拟信号:
时间是离散的,幅值上连续,如y*(t)、u*(t)
离散数字信号:
时间离散的,幅值为数字量,如y(kT)、u(kT)
2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的?
一个连续时间信号f(t),设其频带宽度是有限的,其最高频率为ωmax(或fmax),如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样,为了使采样后的离散信号f*(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。
则采样角频率只有满足下面的关系:
ωs≥2ωmax
采样后的离散信号f*(t)才能够无失真地复现f(t)。
否则不能从f*(t)中恢复f(t)。
其中,ωmax是最高角频率,ωs是采样角频率。
它与采样频率fs、采样周期T的关系为:
3、简述信号的恢复过程。
零阶保持器的作用是什么?
其传递函数形式是什么?
零阶保持器作用:
将前一个采样时刻的采样值f(kT)恒定地保持到下一个采样时刻(k+1)T。
也就是说在区间[kT,(k+1)T]内零价保持器的输出为常数。
零阶保持器的传递函数
设零阶保持器在(t)作用下的脉冲响应h(t),而h(t)又可以看成单位阶跃函数1(t)与1(t-T)的迭加即:
h(t)=1(t)-1(t-T)。
取拉氏变换,得零阶保持器的传递函数:
4、掌握常用信号的Z变换
6、Z变换的滞后定理和超前定理是如何描述的?
9、脉冲传递函数定义是什么?
零初始条件下,离散输出信号的Z变换与离散输入信号的Z变换之比。
10、开环Z传递函数的求法:
15、采样系统稳定的条件是什么?
采样系统稳定的条件:
闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面上以原点为圆心的单位圆内。
即|zi|<
1
16、
17、求该系统在三种典型信号的作用下的稳态误差。
18、掌握计算机控制系统的稳定性分析:
劳斯判据。
19、已知一采样控制系统,试求:
(1)系统的闭环脉冲传递函数。
(2)判定系统的稳定性。
(3)系统对阶跃输入和斜坡输入的稳态误差。
?
第三、四章计算机控制系统的离散化设计
1、D(z)的设计方法常见有哪两种?
(1)离散化设计方法--直接设计方法(重点)
思想:
已知被控对象的Z传递函数G(Z),根据所要求的性能指标,设计数字控制器。
(2)连续化设计方法--间接设计方法
先设计控制器的传递函数D(s),然后采用某种离散化方法,将它变成计算机算法。
2、最少拍系统概念?
最少拍控制中主要研究哪三种类型的设计方法?
最少拍设计:
就是系统在典型输入下,设计数字控制器D(z)使闭环系统输出在最少个采样周期内能准确跟踪输入(或系统输出稳态误差为0)。
(1)最少拍控制器的设计:
系统无误差,简单,但是本身缺陷多。
(2)最少拍有纹波控制器的设计:
系统无误差,考虑了系统稳定性,但输出有纹波。
(3)最少拍无纹波控制器的设计:
系统无误差,考虑了系统稳定性,输出无纹波。
3、简述数字控制器的离散化设计步骤。
(1)求广义对象的脉冲传递函数G(z);
(2)根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件,确定所需要的闭环脉冲传递函数Ф(z)和闭环误差脉冲传递函数Фe(z);
(3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z);
(4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式,就可编写控制算法程序。
4、不同输入时,最少拍控制器设计综合:
5、最少拍控制器的局限性体现在哪几个方面?
最少拍控制器的设计只是使系统对某一典型输入的响应为最少拍,但对其他典型输入不一定为最少拍,甚至引起静差和超调:
当针对某一典型的输入函数R(z)设计的D(z),用于次数较高的R(z),系统将不能完全跟踪,产生稳态误差。
当针对某一典型的输入函数R(z)设计的D(z),用于次数较低的R(z),系统将出现超调;
显然,一种典型的最少拍控制器只适应一种特定的输入,而不能适用于各种输入。
6、最少拍有纹波控制器的设计
7、实例:
设计最少拍有纹波控制系统。
8、最小拍有纹波控制器出现纹波的原因?
数字控制器输出u(k)在若干拍后,不为0或常值,是震荡收敛的。
9、最小拍有纹波控制器出现纹波后对系统有什么影响?
消除纹波办法?
输出在采样点之间有偏差;
增加了执行元件的功率损耗和机械元件的磨损。
最小拍无纹波控制器能够消除输出纹波。
10、有纹波和无纹波设计唯一区别是什么?
有纹波和无纹波设计唯一区别在于:
有纹波设计时,包含G(z)单位圆上和单位圆外的零点;
无波纹设计时,包含G(z)单位圆内、单位圆上、单位圆外的所有零点。
第5章计算机控制系统的模拟化设计
1.模拟控制器的离散化方法有哪些?
各有什么特点?
1、冲激不变法
2、加零阶保持器的Z变换法(常用)
3、差分变换法
4、双线性变换法
5、频率预畸变双线性变换法
6、零极点匹配法
冲激不变法的特点:
①D(z)与D(s)的脉冲响应相同。
②若D(s)稳定,则D(z)也稳定。
③D(z)不能保持D(s)的频率响应。
(缺点)
④D(z)将ωs的整数倍频率变换到Z平面上的同一个点的频率,因而出现了混叠现象。
加零阶保持器Z变换法的特点:
①若D(s)稳定,则D(z)也稳定。
②D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。
后向差分变换法的特点:
①稳定的D(s)变换成稳定的D(z)。
②D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。
前向差分变换法的特点:
稳定的D(s)不能保证变换成稳定的D(z),且不能保证有相同的脉冲响应和频率响应。
双线性变换的特点:
①将整个S平面的左半面变换到Z平面的单位圆内,因而没有混叠效应。
②稳定的D(s)变换成稳定的D(z)。
③D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。
2.什么叫模拟PID调节器的数字实现?
它对采样周期有什么要求?
理由何在?
?
3.位置式PID算法和增量式PID算法是什么?
各有什么样的优缺点?
1.位置式
2、增量式
当执行机构不需要控制量的全值,而是其增量,由位置式可以导出增量PID控制算法。
利用增量型PID控制算法,可得到位置型PID控制算法的递推形式,即
两者本质相同,只是后者需要使用有附加积分作用的执行机构。
但有如下优点:
(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k时刻的增量输出△u(k),只需用到此时刻的偏差e(k)、以及前一时刻的偏差e(k-1)、前两时刻的偏差e(k-2),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;
4.试描述PID调节器中比例系数,积分时间常数和微分时间常数的变化对闭环系统控制性能的影响(分别对动态响应性能和稳态响应性能影响)。
1、比例控制对系统性能的影响
对动态性能影响
Kp加大,使系统的动作灵敏,速度加快;
但当Kp太大时,系统会趋于不稳定;
当Kp太小时,使系统动作缓慢。
对稳态性能影响
加大比例控制Kp,在系统稳定的情况下,可以减少稳态误差,提高控制精度,但不能完全消除稳态误差。
2、积分控制Ti对系统性能的影响
积分控制Ti通常使系统的稳定性下降。
当Ti太大时,系统会趋于不稳定;
当Ti小时,对系统的性能影响减少。
当Ti合适时,过渡特性比较理想。
Ti能消除系统的稳态误差,提高控制精度,但Ti太大时,积分作用太弱,以至不能减小稳态误差。
3、微分控制Td对系统性能的影响
微分可以改善动态特性,如减少超调量、调节时间缩短等。
微分控制中允许加大比例控制,使系统的稳态误差减小,提高控制精度。
但Td太大时,超调量较大、调节时间较长。
Td偏小时,超调量也较大、调节时间也较长。
只有合适时,可以得到比较满意的过渡过程。
5.PID参数整定有些什么样的方法?
它们各自的特点和适应范围如何?
试凑法(常用)
扩充临界比例度法
归一参数整定法
扩充响应曲线法
优选法
变参数的PID控制(常用)
各自特点和适应范围:
略
第6章离散系统的离散状态空间分析法
1、线性离散系统的离散状态空间表达式的表示形式?
状态方程
输出方程
2、由差分方程导出离散状态空间表达式:
第12章计算机控制系统设计与实现
1.简述计算机控制系统的总体方案设计的主要内容?
1.研究被控对象、确定控制任务
2.确定系统整体方案
(1)确定系统的性质和结构
(2)确定执行机构方案
(3)控制系统总体“黑箱”设计
(4)控制系统层次以及硬件、软件功能划分
3.建立数学模型,确定控制算法
4.硬件的设计
(1)确定过程的输入、输出通道及其处理方式
(2)计算机系统选择
(3)过程通道及接口设计
(4)控制台设计
(5)可靠性设计
(6)硬件调试
5.软件的设计
(1)选择编程语言
①汇编语言
②高级语言
③混合语言
(2)软件设计步骤
①问题定义
②细化设计
③编制源程序
④形成可执行代码
⑤调试
6.系统仿真与调试
(1)实验室硬件联调
(2)实验室软件联调
(3)实验室系统仿真
7.现场安装调试
2.简述过程输入输出通道的分类,组成及功能。
一、过程输入输出通道的组成与功能
根据过程信息的性质及传送方向,过程通道包括:
模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。
计算机控制生产现场的控制通道也有两种:
即模拟量输出通道及数字量输出通道。
功能?
3.简述计算机控制系统的主要抗干扰措施。
1.接地技术
2.屏蔽技术3.隔离技术4.串模干扰的抑制
5.共模干扰的抑制
6.电源噪声的抑制
7.提高软件可靠性
13、闭环脉冲传递函数求法:
(1)
(2)
解:
系统的开环脉冲传递函数:
(有问题)
14、用Z传递函数分析离散系统的过渡过程特性: