中南大学2013微型计算机控制技术试题及答案(8页).doc

-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）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：试设计预报状态观测器，将其极点配置到。（10分） 六、已知被控对象在单位阶跃信号（即）作用下，输出响应如图3所示。设采样周期T=0.6s。图31、求被控对象的传递函数和广义的被控对象的脉冲传递函数；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，设定值为ph。为比例系数、为积分系数、为微分系数。控制器输出值，为最大值，由于没有进水最小设为0。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与PID控制器的输出是反比的关系。2答：二、简答题（每题5分，共25分）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：，。步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判别起点F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=0-6=-6Nxy=92F1<0+yF2=F1+xe=-6+4=-2Nxy=83F2<0+yF3=F2+xe=-2+4=2Nxy=74F3>0+xF4=F3-ye=2-6=-4Nxy=65F4<0+yF5=F4+xe=-4+4=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=0-6=-6Nxy=47F6<0+yF7=F6+xe=-6+4=-2Nxy=38F7<0+yF8=F7+xe=-2+4=2Nxy=29F8>0+xF9=F8-ye=2-6=-4Nxy=110F9<0+yF10=F9+xe=-4+4=0Nxy=0四、答：（1）由于要从1000°分辨4°即为 或 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，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。（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对应的温度为五、答：（1）可观测性检验 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 （2）极点配置到（3）预报观测器特征方程可得：有： ，可得： 即：，观测器的方程为六、答：1、根据响应曲线可得：2、由于，由于输入为单位阶跃信号有：3、可得，的序列是0, 1, 1, 1, 可得，的序列是0.28,0.18, 0.18, 0.18, 可得，的序列是1, 0, 0, 0, .-第 7 页-