计算机控制系统复习题及答案

《计算机控制系统》课程复习资料《计算机控制系统》课程复习资料 一、简答题：一、简答题： 1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？各有什么作用。 2.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述保持器的特点? 4.简述 PID 调节器的作用，有哪几种改进型数字PID 算法？ 5.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? 6.简要说明什么是计算机控制系统？模拟调节器与数字调节器有何区别? 二、分析和计算题：二、分析和计算题： 1.已知一系统的闭环脉冲传递函数为Gc(z)= y(KT)。 2.已知一系统的闭环脉冲传递函数为Gc(z)= 求输出 y(KT)及 y(∞)。 3.用长除法或 Z 反变换法或迭代法求闭环系统Gc(z)= 4.已知低通数字滤波器D(z)= 0.5266z z-0.4734 z+0.5 8(z +0.1z-0.12) 2 0.1z -1 -1 -2 1- 0.4z +0.8z -1 = Y(z) R(z) ,其中输入为单位阶跃信号 ,求输出 0.53+0.1z 1- 0.37z-1 当输入为单位阶跃信号时, 的单位阶跃响应。 ,求 D（z）的带宽 ωm;并求当输入 E(z)为阶跃信号时数字滤波器 的控制算法。取采样周期T=2ms。 5.设系统如图所示，试求: ①系统的闭环脉冲传递函数。 ②判定系统的稳定性。 ③分别求系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入时的稳态误差。 _ 6.设函数的 La 氏变换为F(s)= 5 s (s+ 4) 2 ，试求它的 Z 变换 F(z)。 7.数字控制系统如图所示,求当 K=10,T=1s,a=1 时，分别求当输入为单位阶跃、单位斜单位抛物线函数时 的稳态误差。 8.已知单位负反馈系统的开环脉冲传递函数为 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/[(z-1)(z-0.7)],问当K为何值时系 统稳定。 第 1 页共 7 页 9.已知系统单位负反馈的开环传递函数为:Gk(z)= 问:K 为何值时系统稳定? z+0.8 z(z-1)(z -0.7) 10.已知单位反馈系统的广义对象的Z 传递函数为: W1(z)= 0.26z (1+ 2.78z )(1+ 0.2z ) (1- z )(1- 0.286z ) -1-1 -1-1-1 ,试按最少拍无波纹设计原则设计单位阶跃输入时 ,计算机的 调节模型 D(z),并求其控制算法。 11.已知连续系统的传递函数G(s)=(s+1)/[s(s+2)]试用冲击不变法求其等效的Z 传递函数. z22z 1Y(z)  12.已知离散系统的 Z 传递函数：G(z)  2 ,试求离散系统的状态方程和输出方程。 z 5z6U(z) 13.已知离散系统的Z传递函数：G(z)  14.已知离散系统的差分方程为 2z 1Y(z)  ,试求离散系统的状态方程和输出方程。 2z 6z8U(z) y(k+2)+5y(k+1)+ 3y(k)= u(k+1)+ 2u(k) 输出为 y(k)，试写出它们的状态方程和输出方程. X(kT+T)= 15.已知离散系统的状态空间表达式， 10.9 X(kT)+2u(kT)  0.41 初始状态 X(0)=0 y(kT)=  10X(kT) 试求系统的 Z 传递函数:G(z)  Y(z) 。 U(z) 16.已知D(s)  10.24s ,写出与它相对应的PID增量型数字控制算法。(T=1s) 0.08s -1 17.已知广义对象的 z 传递函数： HG(z)=(z+0.5)/〔(z-0.9)(z-0.4)〕,取采样周期 T=1s,试设计 PI 调节 器 D(z)=Kp+Ki/(1-z ),使速度误差 ess=0.1,取采样周期 T=1s。 并求控制算法 u(kT)？D （z） =U(z)/E(z)。 18.已知被控对象的传递函数;G(s)=1/〔s(s+2)〕,采用零阶保持器,取采样周期T=0.1,试设计单位阶跃作 用下的最少拍调节器。 19.已知单位负反馈系统被控对象的传递函数：G(s)=2/ (s+2),采用零阶保持器,取采样周期 T=1s,试设计 单位阶跃作用下的最少拍调节器D(z),并求其调节时间 ts,控制算法 u(kT)。 第 2 页共 7 页 参考答案参考答案 一、简答题：一、简答题： 1.答：计算机控制系统又称数字控制系统 ,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制 装置,对被控对象进行调节和控制。控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的 .硬件部分:计算 机控制系统的硬件主要是由主机、 外部设备、 过程输入输出设备组成； 主机:通常包括中央处理器(CPU) 和内存储器(ROM，RAM)，它是控制系统的核心。内存储器中预先存入了实现信号输入、运算控制和命 令输出的程序，这些程序就是施加被控对象的调节规律。外部设备 :操作台，又称为人机联系设备, 通 常包括 CRT 显示器和键盘、专用的操作显示面板或操作显示台等。打印和制表装置：主要包括有打印 机相绘图机。磁盘设备：一般称为外存储器，它兼有输入和输出两种功能，用来存放程序和数据存储 器的后备存储设备。通信设备；报警设备：用来显示被控对象的非正常工作状态。过程输入输出设备 计算机与被控对象是用过程输入输出，它在两者之间进行信息传递和变换。二、软件部分：软件是各 种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。 2.解：计算机控制系统又称数字控制系统 ,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控 制装置,对被控对象进行调节和控制。计算机采用的信号是数字信号，因此为了信号匹配，在计算机与 被控对象之间采用模／数转换器(A／D)和数／模转换器(D／A)，以实现 两种信号之间的相互转换。计算机控制系统的优点 (1)控制规律灵活，可以在线修改。 (2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标. (3)抗干扰能力强，稳定性好。 (4)可以得到比较高的控制精度。 (5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。 (6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度. (7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。 3.解：保持器的原理是，根据现在时刻或过去时刻输入的离散值用常数、线性函数或抛物函数形成输出 的连续值。它的插值公式: m 代表阶保持器。通常 m＝0 和 m＝1 分别称为零阶保持器和一阶保持器。 零阶保持器的幅频特性和相频特性有如下特性： (1)低通特性：保持器的输出随着信号频率的提高，幅值迅速衰减。 (2)相位滞后持性：信号经过零阶保持器会产生相位滞后，它对控制系统的稳定性是不利的。 4.解：PID 调节器的控制作用有以下几点： (1)比例系数 Kp，直接决定控制作用的强弱，加大 Kp 可以减少系统的稳态误差，提高系统的动态响应 速度。过大会使动态质量变坏，引起被控制量振荡甚至导致闭环系统不稳定 (2)在比例调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生 的控制量总是用来消除稳态误差的，直到积分的值为零，控制作用才停止。但它将使系