2023年计算机控制技术试卷最新版.pdf

1 电脑控制技术试题 一、填空题每空 2 分，共 20 分 1闭环控制系统是使被控量有较高的 精度 。2 控制系统常常按其开环传送函数中所含 积分 环节个数来分类，分为“0”型，“I”型系统等。3在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母 相同 。4控制系统开环对数频率特性中的截止频率c的大小通常反映系统的 快速性 ，而相位裕度M反映了系统运动的 。5系统的稳态误差与 运动平稳度 有关。6 在电脑控制系统中存在有五种信号形式变换，其中 等三种信号变换最重要。7假设已给闭环系统的自然频率为n，经验上，采样频率s应取为 。8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之间加入 。9平均值滤波是对信号 y 进行 m 次采样；滤波器的输出)k(y 。二、简答题每题 6 分，共 30 分 1.简述积分饱和的作用及抑制方法。2.说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围。3.说明数字 PID 中积分单元参数对控制性能的影响及 PID 调整的简单思想。4.说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围。5.简单说明大林算法及使用场合。简述常态干扰的抑制方法。简述电脑控制系统的典型形式。2 1已知闭环系统如图 1 所示，试问：1假设 R(s)为单位斜坡函数时，其稳态误差为多少？2假设 N(s)为单位阶跃函数时，其稳态误差为多少？3R(s)、N(s)同时作用时，总误差为多少？不必进行具体计算 2已知 A 点信号如图 2 所示，试画出 B 点、C 点的信号图形，设采样周期 T=/2。3电脑控制系统在选择 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？4已知如下两种串联环节，试写出其输出与输入之间的传递函数 G(z)。已知 Z1/s=)1z(z Z1/s2=Tz/(z-1)2 图 3 5已知 x(t)=(0.5+5sin3t)采样周期 T=2 /3，试求 采样信号 x*(t)。1/s 1/s G(z T T c*(t)r(t)1/s T c*(t)1/s T r(t)G(z _)(sR)(sC图 111ss10)(sN对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法 3 三、12 分已知系统开环对数渐近幅频特性曲线如图 4 所示，试求：1静态误差系数；2截止频率c；3相稳定裕度M 图 5 五、13 分假设已知电脑控制系统结构如图 6 所示 图 6 1试确定使系统稳定的 K 的范围；2假设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)六、15 分数字惯性滤波器是 RC 模拟滤波器数字化，)1/(1)()()(sTsEsUsGff，Tf=RC 1试用一阶向后差分法将其离散化，求 Gf(z)；2将该 Gf(z)用直接程序实现法编排实现，写出 u(k)表达式，画出实现框图；3将该算法分成算法 I 及算法 II，并画出程序流程图。电脑控制技术2 评分标准参考 L()1/T c-20 1 20 dB K ZOH 1s1 c*(t)c(t)T=1 秒 T T r(t)对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法 4 一、填空题每空 2 分，共 20 分 1精度；2积分；3相同；4快速性；5运动平稳性；6系统本身特性；外作用；7采样、量化、零阶保持器；8n)104(；9调理电路；10miiym1)(1 二、简答题每题 6 分，共 30 分 1 01；0；01 31精度：应高于传感器的精度一个数量级；2 分 2分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定；2 分 3转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率。2 分 4122)1(1)(zTzsZzG，3 分 222)1()1()1(11)(zzzzzzsZsZzG，3 分 5000*)(5.0)()323sin(55.0)()()(kkkkTtkTtkkTtkxtx 假设仅写出5.0)(kx，只能给 3 分 三、12 分 110K，1.0/1 KKv；4 分 210c；4 分 3)1(10)(TsssG，故Ttgoc1090)(1 TtgooM10901801 4 分 五、13 分 1)368.0(632.0)1(1)1(111)(1zKssZzKsseZKzGsT，3 分 0632.0368.0)(1)(KzzGz 要求：1|632.0368.0|Kz 1)632.0368.0(K，16.2 K 1)632.0368.0(K，1 K 取 0K由于系统均为负反馈，所以 16.20K 5 分 2该系统为一阶系统，0K均稳定；3说明系统变为采样系统后系统的稳定性降低。评分：1第 1 小题总分值为 8 分，如果方法正确，计算有误，可给 4 分；对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法 5 2第 2 问总分值为 2 分；3第 3 问总分值为 3 分。数字控制器的直接设计算法是以 为基础的 系统。常用的数字滤波方法最少四种：。一、填空题(每空 2 分，共 20 分)1在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母相同 2系统的稳定性仅与系统本身固有特性有关。3在电脑控制系统中存在有五种信号形式的变换，其中采样、量化、零阶保持(信号恢复)等三种信号形式变换最重要。4假设连续信号的最高频率为max，按采样定理要求采样频率s应大于 2max 5脉冲传递函数定义为在零初始条件下系统输出量 Z 变换与输入量 Z 变换之比。6假设已给闭环系统的自然频率为n，经验上，采样频率s应取为(4-10)n 7通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。8平均值滤波是对信号 y 进行 m 次采样；滤波器的输出)k(y 9系统传递函数零极点的分布状况决定了系统的动态响应特性。10假设信号的动态范围为 N，电脑字长n lgN/lg2 二、单项选择题(每题 2 分，共 10 分2在单位闭环负反馈控制系统里，通常假设增大系统的开环放大系数，则系统的稳定程度 A 。A 减弱；B 不变；C 增强。3 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。4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 B 。A 增大；B 不变；C 减小 5电脑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。三、简答题每题 5 分，共 25 分 1试简单说明如何根据系统开环对数频率特性来判断闭环系统是否稳定。答：依相稳定裕度进行判断，假设相稳定裕度大于零，闭环系统稳定 2已知 A 点信号如图 2 所示，试画出 B 点、C 点的信号图形，设采样周期 T=t)(txo122ZOHABCT图 2对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法 6 3电脑控制系统在选择 A/D 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：(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。4试简单说明控制器直接编排实现方法的优缺点。答：优点：简单、直接。但字长有限时量化误差较大，对参数变化的灵敏度较高；缺点：对电脑的速度及内存要求较高 5 已知某系统的单位斜坡响应如图 3 所示，试确定该系统的类型及开环放大系数。答：I 型系统，开环放大系数 K=1/0.2=5。五、15 分假设已知电脑控制系统结构如下图 1试确定使系统稳定的 K 的范围；2假设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)答：)606.0(394.0)1(1)1(111)(1zKssZzKsseZKzGsT，5 分 0394.0606.0)(1)(KzzGz 要求：1|394.0606.0|Kz 1)394.0606.0(K，076.4K，1)394.0606.0(K，1 K取 0K系统均为负反馈，所以 06.40K 5 分 2连续系统为一阶系统，0K均稳定；K ZOH 11s c*(t)c(t)T=T T r(t)t)(tco)(tr)(tc2.0ess图 3对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法 7 3说明连续系统变为采样系统后系统的稳定性降低。一、填空题:20 分，每题 02 分 1、连续系统稳定的充要条件是系统特征方程所有根均为_。2、通常，系统的相稳定裕度反映了系统的_。3、比例+微分校正的主要应用是_。4、在电脑控制系统中存在多种信号形式的变换，其中_ 三种变换最重要。5、与连续系统不同，采样系统由于_ 的位置不同，所得闭环系统脉冲传递函数不同。6、当系统的极点位于 z 平面单位园的正实轴上时，其响应呈_。7、当系统的极点 p-1，其响应呈_。9、集成 D/A 转换器的输入方式有不带缓冲寄存器和_ 两种。10、共模干扰产生的主要原因是_ 之间存在共模电压。二、单项选择题:20 分，每题 02 分 11、已知系统的开环传递函数为，可知该环节由_ 环节组成 13、某系统的零极点分布如下列图所示，从中可知该系统是_ 的。A:稳定 B:临界稳定 C:不稳定 16、已知离散系统脉冲传递函数为：可知该系统是_。A:稳定的 B:不稳定的 C:中性稳定的 17、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_。对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法 8 A:单位园外 B:单位园内 C:单位园上 18、控制算法串联实现与直接实现相比，有限字长所引起的量化误差_。A:较大 B:较小 C:相当 19、连续传递函数 D(s)，采用双线性方法离散，所得 D(z)的稳定性与采样周期 T A:有关 B:无关 C:不一定 20、为了减少有限字长产生的量化误差，采样周期_。A:应增大 B:应减小 C:可以不变 三、简答题:30 分，每题 05 分 四、综合题:30 分，每题 10 分 27、已知单位负反馈的二阶系统的单位阶跃响应曲线如下列图所示，试确定其开环传递函数。一、填空题:20 分，每题 02 分 1、闭环负反馈系统结构如下列图所示，其中环节 1 及 2 分别为_ 环节。对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法 9 2、频率特性定义为_ 复数比。3、比例+微分校正的主要缺点是_。4、当系统的极点 p=_.4、假设连续系统为 Gc(s)稳定，采用一阶向前差别离散化方法离散，所得 Gc(z)_C_.A.也是稳定的 B。是不稳定的 C。稳定性不一定 5、已知离散系统脉冲传递函数为：GZ=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 6、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 7、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_.8,在单位闭环负馈控制系统里,增大开环放大系数 K,则系统的稳态误差能常 A A，减少 B，不变，C，增大 9，确定 A/D 变换器精度时，能常要求它的精度应 A 传感器的精度。A，高于 B，小于 C，等于 10，单位闭环负反馈控制系统里，在下向能首中加入一积分环节，则系统工程的稳定程度 增大 11，一阶系统单位阶跃响应调节时间近似为 ts=_C_按误差带为 5%计算 A，3.5T B,4T C,3T1模拟量输入通道一般由信号处理装置1 分、多路转换器1 分、采样保持1 分和 A/D 转换器1 分等组成。模拟量输出通道主要由 D/A 转换器1 分和输出保持器1 分组成。对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法 12 2把时间连续的信号变成一连串不连续的脉冲时间序列的过程为采样过程2 分。采样信号是时间上离散而幅值上连续的信号，该信号不能直接进入微型电脑。必须经量化后成为数字信号，才能为微型电脑接受3 分。3电脑与外设交换数据的种类:数字量1 分、模拟量1 分和开关量1 分。传送方式有三种：程序查询方式 1 分；中断控制方式 1 分；直接存贮器存取(DMA)方式1 分。对数频率特性中的截止频率的大小通常反映系统的快速性而相位裕度反映了系统运动的系统的稳态误差与运动平稳度上采样频率应取为为使传感器特性与变换器特性相匹配通常应在传感器与之间加入平值滤波是对信号进行次采样滤波字中积分单元参数对控制性能的影响及调整的简单思想说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围简单说明大林算法