计算机控制系统清华大学出版社何克忠李伟习题参考答案Word下载.docx

1、含义：要使采样信号 （t）能够不失真地恢复原来的连续信号 y（t），必须正确选择采样角频率，使 %1.10多路巡回检测时，采样时间 【，采样周期T和通道数N之间的关系。采样时间是足够短的时间， y（kT）特y（kT+歸）,0 N o1.12设有模拟信号（05）V和（2.55）V，分别用8位、10位和12位A/D转换器，试计算并列出各自的量化单位和量化误差。量化单位q=一,量化误差根据以上公式可求得（0 5）V :. 转换位数. 8 10 | 12量化误差甕/皿丫9.762.440.61（2.5）V :转换位数81012量化单位q/mV量化误差zfinV4.881.220.301.14试述数模转

2、换器的作用？如何选择转换器的位数？数模转换器把数字量 u（kT）转换成离散的模拟量 （t）。转换的精度取决模-数转换器的位数n,当位数足够多时，转换可以达到足够高的精度。1.19计算机控制系统有哪些主要的性能指标？如何衡量？ 计算机控制系统主要有动态指标，稳态指标和综合指标1.20如何衡量系统的稳定性？用相角裕量和幅值裕量来衡量计算机控制系统的稳定程度。1.21动态特性可以由哪些指标来衡量？（1 ）超调量.（2）调节时间（ 3）峰值时间I （4）衰减比 （5）振荡次数N第二章2.3根据Z变换的定义，由 Y（z）求出y（kT）:1.已知 丫（z）=0.3+0.6 .网建+0.8 网逋+0.9 一

3、 +0.95 一 +_解：y（0）=0.3,y（T）=0.6,y（2T）=0.8,y（3T）=0.9,y（4T）=0.95,y（5T）=13 1十 , 2.已知 丫（z）= - + -y（0）=0,y（T）=1, y（2T）=-1, y（3T）=1, y（4T）=-1, y（5T）=1, y（6T）=-1 2.5已知离散系统的差分方程，试求输出量的 Z变换：1.y（kT）= u（kT）+ u（kT-T）- 幼y（kT-T） u（kT） 为单位阶跃序列丫（z）= U（z）+ U（z）- Y（z）utfc问）（讯旷）W7 Hf w* 4 oK If2.6已知时间序列，试求相应的 Z变换：1.3 （

4、kT）解: Y（z）=赂/爾潮财=3参考：蔘牌I圈爾瞬B 幽円觀 闕数瞬型剧:T頌组成, 单耨爾勵壬、齡L C5. ,|a|1” oJO 7 一 1 flf -2 ：）*1 J1T -A丫（z）=.+ 一 + +. _ +,I=.-.:2.9试求下列函数的 Z反变换:1.0.5z/（z-1）（z-0.5）=（z-1）,z=1虽=（z-0.5）Y（z）= -i-1旷站y（kT）=1-製碣】7.解：y（t）= S SvaU+EJS+Aa i I 1由： =得 A=f=-;Y（z）=代入上式中得：y（t）= （1-汽）（-）e S S4a2.14 S平面与Z平面的映射关系 z=1.S平面的虚轴，映射

5、到 Z平面为 以原点为中心的单位圆周2.19已知单位反馈系统的开环 Z传递函数，试判断闭环系统的稳定性。1:歸（z）=系统的特征方程为：1+ 一 =0;得-Z+0.632=01+fiJ 宀 _由 Z= 代入上式 2.632 +0.736 +0.632=01也劳斯表：2.632 0.6320.736 00.632劳斯表第一列元素都为正，系统稳定第三章3.1已知线性离散系统的差分方程，试导出离散状态空间表达式:1.y（kT+2T）+0.2y（kT+T）+0.5y（kT）=u（kT）参考P93页例3.13.2 已知线性离散系统的方框图，试求出对应于各 G（s）的闭环系统的离散状态空间表达式。1.G（

6、s）=K/（s+a）G（s）=-SOa HG（ z）=y（kT）:3.5已知系统的方框图，试导出系统的离散状态空间表达式，并求1.r（t）=1（t）,T=1s, -（0）= - （0）=0参考 P110 例 3.13 P112 例 3.14HG（s）=.I 二-厂3.6已知线性离散系统的状态方程，试判断系统的稳定性:1.x（kT+T）=一 x（kT）|Eo|时，也即偏差值较大时， 采用PD控制，控制算法见课本 157页式5-39当|e（kT）| |eo| 时，e （kT）=e（kT）当 |e（kT）| =|eo| 时，e （kT）=05.8数字PID调节器需整定哪些参数？数字PID调节器参数的

7、整定，除了需要确定 Kp,Ti,Td夕卜，还需要确定系统的采样周期T5.9简述PID参数Kp,Ti,Td对系统的动态特性和稳态特性的影响。1 、比例控制 Kp 对系统性能的影响（1）对动态性能的影响比例控制 Kp 加大，是系统的动作灵敏，速度加快， Kp 偏大，振荡 次数加多，调节时间加长。当 Kp 太大时，系统会趋于不稳定。若 Kp 太小，又会使 系统动作缓慢。（2）对稳态特性的影响 加大比例控制 Kp ，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差 ess, 提高控制精度，但是不能完全消除稳态误差。2 积分控制 Ti 对控制性能的影响（1） 对动态特性的影响Ti 偏小，振荡次数较多，系统会趋于不稳

8、定。 Ti 太大，对系统性能 的影响减少。当 Ti 合适时，过度特性比较理想。（2） 对稳态特性的影响Ti 能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是 Ti 太大 时，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差。4、 微分控制 Td 对控制性能的影响微分控制可以改善动态特性。当 Td 偏大时，超调量较大，调节时间较 长。当 Td 偏小时，超调量也较大，调节时间 ts 也较长。只有比较合适 时，才可以得到比较满意的过程。5.10 选择采样周期应考虑哪些因素的影响？1信号的保真性（T大T 系统的保真性J） （P20采样定理）通常选T/Tm为1/161/105.11 简述扩充临界比例度法选择 PID

9、 参数扩充临界比例度法是以模拟调节器中使用的临界比例度法为基础的一种PID 数字调节器参数的整定方法。整定步骤：1、 选择合适的采样周期 T,调节器作纯比例 Kp控制。2、 逐渐加大比例 Kp, 使控制系统出现振荡。3、 选择控制度。4、 按 “扩充临界比例度法 PID 参数计算公式” （P165 表 5.2）选择采样 T， Kp,Ti,Td 。5 、按照求得的整定参数，设数运行，观察控制效果，再适当调整参数，直到获得比较满意的控制效果5.12简述扩充响应曲线法选择 PID参数。在数字调节器参数的整定中也可以采用类似模拟调节器的响应曲线法，称 为扩充响应曲线法。应用扩充响应曲线法时，要预先在对

10、象动态响应曲线上求 出等效纯滞后时间r ,等效惯性时间常数Tm及他们的比值Tm/ r ,然后查“扩充响 应曲线法PID数字调节器参数计算公式” （P166表5.3），再利用查到的这些系数算出 T,K,T,T。p i d5.13简述PID归一参数法及其优点，试列出算式。为了减少在线整定参数的数目，根据大量实际经验的总结，人为假设约束 的条件，以减少独立变量的个数。例如取 TO.ITs ,Ti 0.5Ts, Td 0.125TS则U（kT）= Kp2.45e（kT）-3.5e（kT-T）+1.25e（kT-2T） 可见，对四个参数的整定简化成了对一个参数Kp的整定，这样可以节约整定参数的时间。5.

11、14简述自寻最优PID控制中指标和寻优方法的选择、 自寻最优PID调节器的特点。参见课本16 8-171页第八章部分习题答案8.16大林算法的要点是什么？试 G（s）=8eA（-10s）/（1+2s）为例，用大林算法设计数 字调节器D （z）.设计目标：使理想的系统的闭环传函成为“一阶惯性”加“纯滞后”环节，应 用于纯滞后较大的被控对象。即：理想的/期望的（整个）系统的闭环传函为:Tm是期望的时间常数（l 1） T / T m Ts 10s 1 （ 10 T）/Tz （1 - e ） 1- e 8e 4（1 - -z ）zGc（z）=1 e T / T m z 1 ； HG（Z）=z s 1 2s = z e 0. 5T一G c 2代入即可D8.17什么是振铃？振铃是怎样引起的？如何消除振铃？数字调节器在单位阶跃输入作用下，第 0拍输出与第1拍输出之差。产生振铃的原因是数字调节器 D（z）中含在左半平面的极点。消除振铃的办法是设法取消 D（z）在左半平面上的极点。若 D（ z）中有左半平面的极点，则令该极点的 z为1，于是振铃极点就消除了。补充题：要想形成一个稳定的没有振 铃的控制器,D（z）的极点应当分布在 z平面的什么区域？单位圆的右半圆内