机电系统计算机控制复习资料(DOC).docx

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1、计算机过程控制系统1.一、概念题(每小题5分，共20分)1、单位阶跃序列的z变换：ZY(z)= Z-12、最少拍系统：使系统的调节时间最短(使用最少几个采样周期就能完成过渡过程)的控制 系统。3、有限拍无纹波设计与有限拍有纹波设计唯一不同之处：有限拍无纹波要求1、Gc (z)的零点包含HG(z)的全部零点(有纹波：只要求包含HG(z)单位圆上/圆外零点)4、振铃现象：(虽然闭环系统输出较快地趋向于稳态值)数字调节器输出u(kT) 以2T为周期上下摆动。二、计算题(每小题10分，共30分)1.试求下列函数的Z变换:八 /、5 at.fQ)= e2.试求下列函数的z反变换:（若用长除法，取前5项）

2、F(z)=F(z)=F(z)=0.5z(z-l)(z-0.5)3.已知线性离散系统的状态方程:3.已知线性离散系统的状态方程:x(kT+T) =1.21x(kT)+1.2O.8_+ u(kT)判断其稳定性.由 zI-F=(z-1.2)(z-0.6)-0.7=z2 -1.8z +0.02 = 0得：Z=0.9+l.78V|z|l系统不稳定。阅卷人(2)模拟信号模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。 模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模 拟信号。(3)离散信号离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。(4)采样信号采

3、样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中, 我们提及离散信号就是指采样信号。(5)数字信号数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。4、线性定常离散系统的稳态误差是否只与系统本身的结构和参数有关？答：线性定常离散系统的稳态误差，不但与系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列 的形式及幅值有关。除此之外，离散系统的稳态误差与采样周期的选取也有关。5、增量型PID控制算式具有哪些优点？答：(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i时刻的输出此只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差em, 82和前

4、一次的输出值um,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。6、如何利用试凑法调整PID算法的参数？答：(1)先整定比例部分：将比例系数Kp由小调大，并观察相应的系统响应趋势，直到得 到反映快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围之内，同时响应 曲线已较令人满意，那只须用比例调节器即可，最优比例系数也由此确定。(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计耍求，则须加入积分环节。整 定时一般先置一个较大的积分时间系数同时将第一步整定得到的比例系数Kp缩小一些 (比如取原来的80%),然后减小积分时间系数使在保持系统较好的动态

5、性能指标的基础上, 系统的静差得到消除。在此过程中，可以根据响应曲线的变化趋势反复地改变比例系数 Kp和积分时间系数Ti,从而实现满意的控制过程和整定参数。(3)如果即使有比例积分控制器消除了偏差，但动态过程仍不尽满意，则可以加入微分 环节，构成PID控制器。在整定时，可先置微分时间系数Td为零，在第二步整定的基础 上，增大微分时间系数Td,同时相应地改变比例系数Kp和积分时间系数Ti,逐步试凑， 以获得满意的调节效果和控制参数。7、简述对偶原理的基本内容。答：对偶原理：设S1=(A.B,C)、S2=(AT, CT, BT)是互为对偶的两个系统，则S1的能控性 等价于S2的能观测性；S1的能观

6、测性等价于S2的能控性。或者说，若SI是状态完全能 控的(完全能测观的)，则S2是状态完全能观测的(完全能控的)。8、与应用了传统的通用计算机的数字产品相比，嵌入式系统有哪些特点？答：系统内核小；系统精简；高实时性和高可靠性：智能化和网络化；专用性强；需要有 专用的开发工具和环境。9、尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，如何防治尖峰脉冲 干扰？答：尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，其幅度可达几千伏,宽度只有几个毫微秒或几个微秒，出现的位置也无规律，因此采用常规的抑制办法是无效 的，而必须采取综合治理办法：(1) “远离”干扰源。(2)用硬件设备抑制

7、尖峰干扰的影响较常用的抑制方法有三种：在交流电源的输入端并联压敏电阻；采用铁磁共振原理， 如采用超级隔离变压器；在交流电源输入端串入均衡器。(3)在大功率用电设备上采取措施抑制尖峰干扰的产生(4)采用“看门狗”(Watchdog)技术1()、 么是硬件故障冗余系统？答：硬件故障冗余系统的定义是：如果一个系统在出现一定的运行性故障时，依靠系统冗 余硬件的内驻能力，仍能保持系统连续正确地执行其程序和输入、输出功能，则称这一系 统为硬件故障冗余系统。二、已知系统框图如下所示：T=ls (15分)/V)/V)/V)试确定闭环系统稳定时K的取值范围。 解：广义对象传递函数G(s)=方 长s s(s +

8、l)对应的脉冲传递函数为G(z) = zg(5) = Z对应的脉冲传递函数为G(z) = zg(5) = ZG(z) = zg(5) = ZG(z) = zg(5) = Z八 Ks s(s + l)= K(1-zT)Z52(s + 1)z- ,+ 1GI、2i 1i -I -1z )I z1 ez0.368Kz(1 + 0.718zT)二长 0.368z + 0.264(1 z)(10.368/) - z2-I.368z + 0.368此时系统的特征方程为1 + G(z) = l +1 + G(z) = l +K().368z + 0.624)z2 -1.368 z +0.368采用双线性变换

9、片冷器1 + 0.5 卬10.5 卬可得等效的特征方程为(1-0.0381 K)w2 + (0.924 - 0.386 /)vv+0.924 K = 0此时，劳斯表为M (1-0.0381K)0.924K-* K 26.2vv1 0.924-O.386K- Kv00.924Kf K 0故K的变化范围为0Kv2.39。三、已知某连续控制器的传递函数为(10分)D3= ,.-7S + 2congs + (D试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数。(z),并给出控制器的差分形式。其中丁 二 15。解：令2 Z-12 1-Z-,=2T z + T + z-1 + z-1_ U(z) _ 或

10、E(z)+s_2-z-l+z-13：(Z-2+2zF)(成-+ 4)z-2 + (2m；, -8)z-1 + 4渥 + 4控制器的差分形式为四一4“ + 4_。；+4。,后 + 4纥+4遍 + 4(e(k) + 2e(k-l) + e(k-2)四、已知离散控制系统的结构如下所示，采样周期2,输入信号，+兴求该系统的稳态误差。(10分)解：系统开环脉冲传递函数为G(z) = ZG(s) = Z-e-Ts 10(0.55 + 1)= (l-z-，)Z5.V + 10= (t)O4z7(1 + z)2(1-z-1)3则误差脉冲传递函数为R(z) 1 + G(z) l-1.2z-, -0.2z-:m

11、、10.2z-0.04z-1 (l + z-1) 1.02-1.78z- + 0.8z-2R(z) =r +j-r + . , =l-z- (1-z-1)22(1 z )3(1-z-1)3稳态误差为e(oo) =z-, )E(z) =(D,.(z)A(z) = ().1五、已知广义被控对象为(15分)G(s) =G(s) =G(s) =S 5+1其中，7Ms。期望的闭环脉冲传递函数中的时间常数取为K=0.5,s，应用史密斯预估器 方法确定数字控制器。解：不含纯滞后的广义对象脉冲传递函数为 - eTs IG0(z) = ZG0Cv) = Z -0-z-l)Z0-z-l)Z0-z-l)Zs(s +

12、1)0.632Z-1l-0.368z-广义对象脉冲传递函数为、，、t 0.632z-5= G(z” = 77K不考虑纯滞后，闭环系统理想脉冲传递函数为)=由，进而R(z) = Z)=由，进而R(z) = Z)=由，进而R(z) = Zs 0.5s +10.865zTl-0.135zT求得2(z) =。1-0 o(z)G()(z)1.3691-0.368Z-11-z-于是得史密斯预估器如下。二4(z)l + (l z“)4(z)Go(z)六、采用逐点比较法法插补圆弧OP,起点坐标0(0, 5),终点坐标P(5, 0),圆心在 原点。要求以表格形式给出插补计算过程，并画出插补运动轨迹。(10分)

13、解：步数误差判 别坐标进给下一步误差计 算进给后动点坐 标终点判别初始化F=0x=0,y=5E = 101F=0-yF=F-2y+l=-9x=0, y=y-l=4E=-l=92F0+xF=F+2x+l=-8x=x+l = l,y=4S = E-1=83F()+xF=F+2x+l=-5x=x+l=2,y=4Z = Z-1=74F0+xF=F+2x+l=0x=x+l=3,y=4E = E-1=65F=()-yF=F-2y+l=-7x=3, y=y-I=3L = E-1=56F0+xF=F+2x+l=0x=x+l=4,y=3E = E-1=47F=0-yF=F-2y+l=-5x=4, y=y-1 =

14、2m=38F()-yF=F-2y+l = lx=5, y=y-l=l10F0-yF=F-2y+l=0x=5, y=y-l=Ozz-l=0End(图略)计算机控制系统试卷三答案班级：姓名：学号：成绩：一、简答题(每小题4分，共4()分)1、简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转 换功能。2、回答下述电路中克服共模干扰的工作原理。注意:开关应为一蛆高质地继电翳的 触点，电卉G(ni,2.,)为泄漏小的 高质量电容地.答:平时，开关Kii(i=l,2,.,n)处于闭合状态，Ci的电压跟踪Vi的输入值，开 关K2i(i=1,2

15、,.,n)处于断开状态。需检测Vi时，则令Kh断开,K2i闭合，放大器 K的输出经采样保持器送至A/D转换器化为数字量，然后开关再恢复平时的 状态。在采样、转换过程中，放大器K不与任何模拟量信号输入共地，电容 G的电压均为差模电压，这样就克服了共模电压的影响。3、 什么是采样或采样过程？答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有 时也称为离散化过程。4、 线性离散系统的脉冲传递函数的定义是什么？答：线性离散系统的脉冲传递函数定义为零初始条件下，系统或环节的输出 采样函数z变换和输入采样函数z变换之比。5、 何为积分饱和现象？答：在标准PID位置算法中，控制系统在启动、停

16、止或者大幅度提降给定值 等情况下，系统输出会出现较大的偏差，这种较大偏差，不可能在短时间内 消除，经过积分项累积后，可能会使控制量u(k)很大，甚至超过执行机构的 极限Umax。另外，当负误差的绝对值较大时，也会出现UVUmin的另一种极端 情况。显然，当控制量超过执行机构极限时，控制作用必然不如应有的计算 值理想，从而影响控制效果。这类现象在给定值突变时容易发生，而且在起 动时特别明显，故也称“起动效应二等效离散化设计方法存在哪些缺陷？答：等效离散化设计方法存在以下缺陷：(1)必须以采样周期足够小为前提。在许多实际系统中难以满足这一要 求。(2)没有反映采样点之间的性能。特别是当采样周期过大

17、，除有可能造成 控制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。因此，系统的 调节品质变坏。(3)等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原 连续系统(只有当采样周期T=()时，计算机控制系统才能完全等同于连续系 统)，而不可能超过它。因此，这种方法也被称之为近似设计。6、 何为最少拍设计？答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度 信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。7、 给出单输入一单输出线性定常离散系统的能控性和能观性与其脉冲传递函数之间的关系。答：单输入一单输出线性定常离散系统完全能控和完全能观的充分必要条

18、件 是脉冲传递函数不存在着零、极点相消。如果存在着零、极点相消，系统或 者是不完全能控，或者是不完全能观，或者既不完全能控又不完全能观。8、 嵌入式处理器可分为哪几种类型？答：嵌入式处理器又可以分为以下四类(I)嵌入式微控制器 MCU (MicrocontrollerUnit)(2)嵌入式微处理器 MPU (MicroProcessor Unit)(3)数字信号处理器 DSP (Digital Signal Processor)(4)嵌入式片上系统(System On Chip, SOC)10、针对实际系统可能发生的故障，通常从哪几个方面对故障进行分类？答：实际系统可能发生的故障是多种多样的，

19、可以从下面几个方面对故障进 行分类：(1)从故障发生的部位看，分为传感器故障、执行器故障和受控对象故 障；(2)根据故障性质，分为突变故障和缓变故障；(3)从建模角度出发，可分为乘性故障和加性故障；(4)从故障间的相互关系，分为单故障和多故障、独立故障和局部故障。二、已知系统框图如下所示：T=ls(15 分)v*(r)试写出离散系统的动态方程。解：所给系统的脉冲传递函数为G(z) = = ZG(5) = Z -!R(z) S 5(5 + 1)i 1rIi= (1-Z-，)Z =(1-Z-) ,r + _r(5 + l)JL(I-z-1)2 l-z-,-e-lz-1_ 0.368z- (14-

20、0.718z-) _ 0.368Z-1 4- 0.26422 (l-z-,)(l-0.368z-1) - l-1.368z-+0.368z-2令 X(z)=宇进而 X(z)-1.368z-,X(z) + 0.368z-2X(z) = U1 l.368z +0.368z 则 Y(z) = (0.368z-, +0.264z-2)X(z)取X(z) = z：X(z)于是得如下状态方程X2(z) = z-X(z) = zXl(z)%(4+ 1)=(幻 x2(k + I) = -0.368.Vj(k) +1.368x,(k) + u(k)yk) = 0.264% /)+ 0.368/伏)写成矩阵形式为

21、1.368北王伏）1.368北王伏）y(k) = 0.264 0.368西伏）一三、已知广义被控对象为（15 分）G(s) =s (s + 1)，丁(攵 + 1)_10 土 伏+ 1)_|一-().368其中，7=15。期望的闭环脉冲传递函数中的时间常数取为7；=0.5s,应用大 林算法确定数字控制器。解：广义对象脉冲传递函数为G(z) = ZG(5) = ZG(z) = ZG(5) = ZG(z) = ZG(5) = Z-7515(5 + 1)0.632z-5l-0.368z_,=Z0.865z-5l-0.135z-,D(z)=(z)l-(P(z)G(z)= 1.3691-0.368Z-1l

22、-O.I35z-, -0.865z-5四、已知被控对象（15 分）x(k + 1)=0.51-0.25 0x(A) +2-2_i(k)闭环系统理想脉冲传递函数为1-7：vc-47I -e es0.5.s +1得大林控制器如下设计一个特征值为与2 =05土川.25的全维状态观测器。并画出相应的状 态变量结构图。解：能观性矩阵2, = ca = o5 1满秩，故系统能观测，可设计状态观测 器。令输出误差反馈矩阵”=圉观测器期望特征方程为(z-z1)(z-z2) = (z-0.5 - j0.25)(z -0.5 + yO.25) = z2-z + 0.3125 = 0观测器特征方程为zI-(A-HQ

23、| = z2 + (/?, -0.5)z + 4 + 0.25 = 0比较上面两式，可得匕 =-0.5,均=0.0625 五、已知某系统连续控制器的传递函数比较上面两式，可得匕 =-0.5,均=0.0625 五、已知某系统连续控制器的传递函数比较上面两式，可得匕 =-0.5,均=0.0625 五、已知某系统连续控制器的传递函数（15 分）(5+ 1)(5+ 2)试分别用阶跃响应和脉冲响应不变法求。的等效数字控制器，并写出相应的差分方程表达式。其中采样周期丁 = 15。解：1、阶跃响应不变法-eTs,O(z) = ZfD(5) = (1-z-)Zs0.399Z-1 +0.148z-2s (s +

24、1)(5 + 2)1-e 2z1-1.503/ +0.553z-2-0.05z-3* =鬻可推得数字控制器的差分方程形式如下n(k) = 1.503伏-1)-0.553L-2) + 0.05伏-3) + 0.399e 伏-1) + 0.148 式 -2)2、脉冲响应不变法D(z) = TZD(s) = Z(s +1)(5 + 2)0.233Z-1l-0.503z* +0.05z-2由。（z） = K 可推得数字控制器的差分方程形式如下 4Z）伏)=0.503 (左 一 1) 一 0.()5伏-2) + 0.23 %伙-1)计算机控制系统试卷四答案班级:姓名:学号:成绩:一、简答题（每小题3分，

25、共30分）使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离?答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。1、 给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。答:微型计莫机什么是信号重构？答：把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样的逆过程。2、 写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传递函数的 极点有何影响？答：零阶保持器的传递函数为4g)= T。零阶保持器的引入并不影响开环 系统脉冲传递函数的极点。3、 阶跃响应不变法的基本思想是什么？答：阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟控制器的阶跃响 应的采样值一致。4、 如何消除积分饱和现象

26、？答：减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。因此当偏差大于某个 规定的门限值时，删除积分作用，PID控制器相当于一个PD调节器，既可以 加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致使系统产生过大的超调和振 荡。只有当误差e在门限，之内时，加入积分控制，相当于PID控制器，则 可消除静差，提高控制精度。5、 给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下：(1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件, 确定理想的闭环脉冲传递函数中(z)；(2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法程序。6、 采

27、用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是什么？答：采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是系统状态完全能控。7、 说出实施信号隔离的主要方法。答：信号隔离方法主要有变压器隔离和光电隔离，变压器隔离适用于模拟信号隔离，光电隔离则特别 适合数字信号的隔离。8、 故障诊断中的状态估计方法的基本思想是什么？答：故障诊断中的状态估计方法的基本思想是：首先重构被控过程的状态， 通过与可测变量比较构成残差序列，再构造适当的模型并用统计检验法，从 残差序列中把故障诊断出来。因此，这就要求系统可观测或部分可观测，通 常用各种状态观测器或滤波器进行状态估计。二、已知系统框图如下所示：T=ls (15

28、分)v(/)v(/)v(/)试求闭环离散系统的闭环脉冲传递函数，并判别系统的稳定性。解：广义对象脉冲传递函数为G(z) = ZGGs)=Z= d-2-)1(l-z-1)2 - 1-Z-10.368z7(1 + 0.718zT) (1-2-1)(1-0.3682_,)系统闭环脉冲传递函数为小/ 、 G(z) 0.368z-, +0.632z-2(z)=二一=：l + G(z) l-z-l +0.632z-2则闭环系统的特征方程为VV(z) = z2-z+ 0.632 = 0由z域直接判据 I W(0) I =0.6320 W(-l)=l + l+0.6320知闭环系统稳定。三、已知某被控对象的传

29、递函数为(15分)要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为T = ls要求闭环特征根为0.4和0.6。试求数字控制器。解：广义对象脉冲传递函数为G(z) = ZG(5) = ZG(z) = ZG(5) = ZG(z) = ZG(5) = Z一F 1S 5(5 + 1)Z-11+ (1-z-1)2 l-z-l l-e-lz-1O368z7(1 + O718z-i) (i-z-I)(l-0.368z_,)根据要求设定闭环脉冲传递函数为=!=三r(z -0.4)(z -0.6)(1- o.4z-, )(1- 0.6z-)(z)_ 2.718zT(1-zT)(l-0.368z-i)

30、z - (1 - (D(z)G(z) - (1 - z-1 - 0.76z-2 )(1 + 0.718z-1)四、已知控制系统的被控对象的传递函数为G(s) = k-采样周期T=ls,若选闭环系统的时间常数(=0.5s,试用大林算法设计数字控制器D(z)。若出现振铃现象，修正数字控制器，消除振铃现象。(20分)解：采样周期片1s,期望闭环脉冲传递函数为e-s 2es(s)=0.5s +1 5 + 2进而、IV 210.865z-2(z) = Z=7s s + 2 1-0.368Z-1被控装置广义脉冲传递函数=I /1=。/542丫 +。.6|)s (2s +1)(5 +1)(1- o.368z

31、-, )(l-0.607z-)I(z)5.617(1- 0.368z-1 )(1- 0.607z)G(z) 1-(z) (1 + 0.610z-1 )(1 - 0.368z-1 - 0.865z-2)5.617(1- 0.3683 )(1- 0.607z,)(1+ 0.610z-1 )(1 + 0.763z-1 )(1-1.131z-,)由振铃现象产生的原理知，用常规大林算法设计的被控对象为二阶的系统必产生振铃现象。在D(z)中的靠近z= -1的两个因子中令z=l来消除振铃现 象，即、 I (z)5.617(1 - 0.368z-, )(1 - 0.607z)D(z)=G(z) 1 - (1

32、+ 0.610)(1 + 0.763)(1-1.13 Iz-1)1.979(1 - ().368z/)(1-0.607z)五、求出双积分系统控制对象的离散状态方程，假设系统所有的状态皆不可 直接测量，设计全维状态观测器实现状态反馈，并把闭环两个极点都配置在0.1,观测器特征方程的两个根配置在原点。(T=ls) (20分) 解：系统的广义对象脉冲传递函数为G=”中洋0.1,观测器特征方程的两个根配置在原点。(T=ls) (20分) 解：系统的广义对象脉冲传递函数为G=”中洋G=”中洋G=”中洋0.5 + 0.5zz2 -2z + 1可写其能控标准型实现为%(4 + 1)x、(k +1)0-11卜

33、(幻2_|工2伏)，(幻=0.5 0.5：2L人2 1代人对应的能观性矩阵为Q J：1?：。:满秩，故系统能观可设计观测器。叼 CA -0.5 1.5先求状态观测器增益矩阵”4状态观测器特征多项式为z +0.5/?,0.5/?, -11 + 0.5为 z + 0.5/?2 - 2=z2 + (0.54 + 0.5/72 - 2)z +(-1.54 + 0.5/1, +1)观测器期望特征多项式为(z + 0)(z + 0) = z2比较上面两式Z各次事项系数得，=九铮, =1.5 2.5再求状态反馈增益矩阵K = % k2 期望闭环特征方程为(z -0.l)(z -0.1) = z2 -0.2z

34、 + 0.01 = 0则引入状态反馈后系统闭环特征方程为 z 1zl-A + BK =1 勺+1 z + k2-2=z2 + (k2 - 2)z + (Z + 1) = 0比较上面二方程z各次某项系数，得K = K e= -0.99 1.8一、简答题(每小题4分，共4()分)1 .简述采样定理的基本内容。答：采样定理：如果连续信号/具有有限频谱，其最高频率为助 对了进行周期采样且采样角频率4 2 2%寸，连续信号/可以由采样信号 广唯一确定，亦即可以从广无失真地恢复/。2 .线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根 的模I z,-|

35、1,即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。3 .脉冲响应不变法的基本思想是什么？答：脉冲响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的脉冲响 应gD(H)是模拟控制器的脉冲响应采样值g伏7)的7倍。4 .写出增量型PID的差分控制算式。答：增量型PID控制算式可以写为T Tui = ui- + Kpq - e2i + 彳4 + *(e, - 2ei_l + e,._2)5 .如何消除比例和微分饱和现象？答：“积分补偿法”。其中心思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息 积累起来，一旦有可能再补充执行。这样，动态过程也得到了加速。即，一 旦超限，则多余的未执行的控制增量将存储在累加器中

36、；当控制量脱离了 饱和区，则累加器中的量将全部或部分地加到计算出的控制增量上，以补充 由于限制而未能执行的控制。6 .给出线性定常离散系统的能控性定义。答：对于n阶线性定常离散系统M4 + l) = Ar(k) + 3(k) ; x(O) = Xo,若存在 有限个输入向量序列，,(/-1)(/。)能将某个初始状态x() = /在第1 步控制到零状态，即M/) = 0,则称此状态是能控的。若系统的所有状态都是 能控的，则称此系统(A3)是状态完全能控的，或简称系统是能控的。7 .给出线性定常离散系统的能观性定义。答：若系统；二)蔡若已知输入序列如,和有限个采样瞬间测量到的输出序列NQ,即M0),

37、N1),，兴-1),可以唯一地 确定出系统的任意初始状态x(O) = x。，则称系统是状态能观测的，或简称能观 测。8 .简述计算机网络的功能及特点。答：数据信息的快速传输和处理，以实现实时管理和实时监控。(2)可共享计算机系统资源。(3)提高了计算机的可靠性。(4)能均衡负载、互相协作。(5)能进行分布处理。在计算机网络中，可根据具体要求选择网内最合 适的资源来处理。(6)计算机网络的智能化，提高了网络的性能和综合的多功能服务，并 能更加合理地进行应用，以提高综合信息服务的水平。10.为提高计算机控制系统的可.靠性，通常采取的措施有哪些？答：为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取以下几种措施

38、：(1)提高元器件和设备的可靠性。(2)采取抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力。采用可靠性设计技术。(4)采用故障诊断技术。(10 分)二、已知 F(5)= !，求 Az)。 s(s + 5)解:1s(s + 5)5 1-z1l-e-57z_0.2(l-e-)z(1-z_|)(l-e-5rz,)三、已知系统框图如下所示:_0.2(l-e-)z(1-z_|)(l-e-5rz,)三、已知系统框图如下所示:T=ls (10 分)v(r)v(r)v(r)判别系统稳定性。解：系统开环传递函数为G(z) = /G(s) 二 G(z) = /G(s) 二 G(z) = /G(s) 二 s(s + l)_

39、0.632Z-15(5 + 1)1 10.632z-(1-z-,)(l-0.368z-,) 1-1.368Z-1 +0.368z-2 系统闭环特征方程1 + G(z) = z2 - 0.736z + 0.368 = 0采用双线性变换z =但得卬平面特征方程为1 - W2.104 炉 +1.2641 v+0.632 = 0建立劳斯表2.1040.6321.2640.632由劳斯判据可知系统稳定。四、用后向差分法求下列模拟滤波器0（，）的等效数字滤波器，并给出差分递推算式，设T=ls,(10 分)O(s)=(5+ 1)(5+ 2)解：使用后项差分离散化方法，令”三，则2Z-2-5Z +6可得其差分

40、递推算式为五、已知广义被控对象:G(s)JyF ,给定T=ls (20分)S 5 + 1针对单位阶跃输入设计最小拍无纹波控制系统，并画出系统的输出波形 图。解：广义对象脉冲传递函数为13一乙 1G(z) = G =才|_55 + 1=(一”-32：s(s + l)_| l-0.368z_,可以看出，G(z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单 位圆内)，故=(),V=0(单位圆上除外),2=1。针对阶跃输入进行设计，故二1。 于是可设(fi(z) = zc00(1) = CO =1解得Co = I O闭环脉冲传递函数为(P(z) = zl0.(Z)= 1-0(

41、Z)= 1-Z-，则叫一J上空68口0c (z)G(z) 0.632(1-z-1)V(z) = R(z)3(z) =- = z +z-2 + z-3 +1 z六、采用逐点比较法插补直线OP,起点坐标。()，0),终点坐标P(5, -4), 要求以表格形式给出插补计算过程，并画出插补运动轨迹。(10分)解：插补运算过程如下（图略）步数误差判别坐标进给误差计算终点判别初始化F=0=5+4=91F=0+xF=F-yp= -4L = E-I=82F0+xF=F-yP= -3L = E-1=64F0+xF=F-yP= -2Z = -l=46F0+xF=F-yP= -1S = E-1=28F0+xF=F-

42、yP=OL = S-1=O End1、 如何采用扩充临界比例度法整定PID参数?步骤：(1)选合适的采样周期，调节器只用比例KpKp由小到大直到出现等幅振荡，记下临界振荡周期T,和此时临界振荡增益Ks选择控制度控制度=min：，数字调节器(计算机) min厂/模拟仪表控制度=1.()5两者相等控制度二2.0数字调节器要差一些 按“扩充临界比例度法PID参数计算公式”(P165表5.2),选择T, Kp, Tj, T(i .投运并微调一下。2、 采样周期过大、过小分别有什么不利影响?采样周期过大：信号的保真性下降，系统稳定性会变糟，快速性也自然会 变坏。采样周期过小：调节过程非线性加大。3、 积

43、分分离PID算法有何优点?如何实现？优点：既保持了积分作用，又减小了超调量。利用一个系数Ki乘到积分项上：偏差较小时:K=1有积分偏差较大时：K=0无积分T) = Kpe(kT) + K/K, e() + Kde(kT) e(kT T)j=o(5-37)K/ =K/ =K/ =1,e(kT)EQ0,忸()阅卷入阅卷入阅卷入四、综合题（每小题10分，共20分）用计算机过程控制系统设计一单闭环原料油加热炉出口温度控制系统，参考图41。图4-1是用温度调节器实现的温度控制系统。要求回答以下问题:画出计算机控制系统框图（包括采样保持），简述系统工作原理。1、 简述：整定PID参数时，稳定裕量为什么不能过大过小？答：稳定裕量过大，系统响应会出现缓慢爬升并且有较大的稳态误差，从而影响系统快速性和准确性；稳定裕量过小，系统响应会出现较长时间、较剧烈的衰减振荡，这样不光超 调量大而且回到稳态的时间变长，从而也会影响系统快速性和准确性。机电系统计算机控制一、单项选择题1、计算机控制系统中研究线性系统的重要工具是：（）（A）传递函数（B）脉冲传递函数（C）脉冲响应函数（D）微分方程2、已知人.) = )一e3)z/(z-l)(za为常数，T为采样周期,求八( )(A) 1 + L (B) 1-L(C) L (D)13、两个连续环节GG)和G2。)串联，