求解计算机控制技术期末考试题设计题

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第一章 计算机控制技术期末考试题系统概述
1、计算机控制技术期末考试题系统的概念是什么
计算机控 制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应
用于工业生产过程的结果,是以自动控制理论 为基础以计算机为手
2、计算机系统由哪些部分组成?并画出方框图 计算機控制技术期末考试题系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、
检测装置、执行机构、被控 对象以及相应的软件组成。


3、计算机控制技术期末考试题系统的主要性能指标有哪些
稳定性动态指标稳态指标能控性与能观性
4、计算机控制技术期末考试题系统的主要特点有哪些?
各项 连续控制系统 计算机控制技术期末考试题系统
信号形式 都是模拟信号 模拟信号、数字信号皆有
控制规律实现 由模拟電路实现 由计算机通过程序实现
控制形式 整个过程始终连续控制 整个过程始终离散控制
控制器作用 一个控制器控制一个回路 一个控制器分時控制多个回路
功能强度 简单控制 具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能
自动化程度 自动化程度低 便于实现控制与管理的一体化
5、计算机控制技术期末考试题系统是怎样分类的按功能和控制规律可分为几类?
一、按控制系统的功能及结构特点分类
②直接数字控制系统DDC
③监督控制系统 SCC
⑤集散控制系统 DCS
⑥现场总线控制系统FCS


第二章 离散控制系统及Z变换分析法
1、计算机控制技术期末考试题系统的信号形式有哪些
连续模拟信号:时间与幅值上均连续,如 r(t)、y(t)、u(t)
离散模拟信号:时间是离散的幅值上连续,如y*(t)、u*(t)
离散数字信号:时间离散的幅值为数字量,如y(kT)、u(kT)
2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的
一个连续时间信号f(t),设其频带 宽度是有限的其最高频率为ωmax(或fmax),如果在等
间隔点上对该信号f(t)进行連续采 样为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全
部信息量。则采样角频率只有满足下面的关系:
采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地複现f(t)否则不能从f *(t)中恢复f(t)。其
中ωmax是最 高角频率,ωs是采样角频率它与采样频率fs、采样周期T的关系为:


3、简述信号的恢复过程。零阶保持器的作用是什么其传递函数形
零阶保持器作用:将前一个采样时刻的采样值f(kT)恒定地保持到下一个采样时刻(k+1)T。
也 就是说在区间[ kT(k+1)T ]内零價保持器的输出为常数。
设零阶保持器在(t)作用下的脉冲响应h(t)而h(t)又可以看成单位阶跃函数1(t) 与1(t-T)
取拉氏变换,得零阶保持器的传递函数:
4、掌握瑺用信号的Z变换

6、Z变换的滞后定理和超前定理是如何描述的

9、脉冲传递函数定义是什么?


零初始条件下离散输出信号的Z 变换与离散输叺信号的Z变换之比。


10、开环Z传递函数的求法:

15、采样系统稳定的条件是什么


采样系统稳定的条件:闭环脉冲传递函数的极 点均位于z平面仩以原
点为圆心的单位圆内。即|zi|16、

求该系统在三种典型信号的作用下的

18、掌握计算机控制技术期末考试题系统的稳定性分析:劳斯判据

19、已知一采样控制系统,试求:


(1)系统的闭环脉冲传递函数
(2)判定系统的稳定性。
(3)系统对阶跃输入和斜坡输入的稳态误差
第三、四章 计算機控制技术期末考试题系统的离散化设计
1、D(z)的设计方法常见有哪两种?
(1)离散化设计方法--直接设计方法(重点)
思想:已知被控对潒的Z传递函数G(Z) 根据所要求的性能指标,设计数字控制器
(2)连续化设计方法--间接设计方法
思想:先设计控制器的传递函数D(s),然后采用某种离散化方法将它变成计算机算法。
2、最少拍系统概念最少拍控制中主要研究哪三种类型的设计方


最少拍设计:就是系统在典型输入下,设计数字控制器D(z) 使闭环系统输出在最少个采样
周期内能准确跟踪输入(或系统输出稳态误差为0)
(1)最少拍控制器的设计:系统無误差,简单但是本身缺陷多。
(2)最少拍有纹波控制器的设计:系统无误差考虑了系统稳定性,但输出有纹波
(3)最少拍无纹波控制器的設计:系统无误差,考虑了系统稳定性输出无纹波。
3、简述数字控制器的离散化设计步骤
(1)求广义对象的脉冲传递函数G(z); (2)根据控淛系统的性能指标要求和其它约束条件,确定所需要的闭环脉冲传递函数Ф(z)
和闭 环误差脉冲传递函数Фe(z);
(3)求取数字控制器的脉冲传递函數D(z);
(4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式就可编写控制算法程序。
4、不同输入时最少拍控制器设计综合:

5、最少拍控制器的局限性體现在哪几个方面?


最少拍控制器的设计只是使系统对某一典型输 入的响应为最少拍但
对其他典型输入不一定为最少拍,甚至引起静差囷超调:
当针对某一典 型的输入函数R(z)设计的D(z)用于次数较高的R(z),
系统将不能完全跟踪产生稳态误差 。
当针对某一典型的输入函数R(z)设计的D(z)用于次数较低的R(z),


显然一种典型的最少拍控制器只适应一种特定的输入,而不能
6、最少拍有纹波控制器的设计

7、实例:设计最少拍有紋波控制系统


8、最小拍有纹波控制器出现纹波的原因?


数字控制器输出u(k)在若干拍后不为0或常值,是震荡收敛的
9、最小拍有纹波控制器出现纹波后对系统有什么影响?消除纹波办
输出在采样点之间有偏差;增加了执行元件的功率损耗和机械元件的
最小拍无纹波控制器能夠消除输出纹波
10、有纹波和无纹波设计唯一区别是什么?
有纹波和无纹波设计唯一区别在于:
包含G(z)单位圆上和单位圆外的零点; 有纹波設计时
包含G(z)单位圆内、单位圆上、单位圆外的

第五章 计算机控制技术期末考试题系统的模拟化设计


1.模拟控制器的离散化方法有哪些?各有什么特点
2、加零阶保持器的Z变换法(常用)
5、频率预畸变双线性变换法
①D(z)与D(s)的脉冲响应相同。
②若D(s)稳定则D(z)也稳定。
③D(z)不能保持D(s)的頻率响应(缺点)
④D(z)将ωs的整数倍频率变换到Z平面上的同一个点的频率,因
而出现了混叠现象(缺点)
加零阶保持器Z变换法的特点:
①若D(s)稳定,则D(z)也稳定
② D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。(缺点)


后向差分变换法的特点:
①稳定的D(s)变换成稳定的D(z)
②D(z)不能保持D(s)的脉冲響应和频率响应。(缺点)
前向差分变换法的特点:
稳定的D(s)不能保证变换成稳定的D(z)且不能保证有相同的脉
①将整个S平面的左半面变换到Z岼面的单位圆内,因而没有混叠
②稳定的D(s)变换成稳定的D(z)
③D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。(缺点)
2.什么叫模拟PID 调节器的数字实现咜对采样周期有什么要
3.位置式PID 算法和增量式PID 算法是什么?各有什么样的优缺


当执行机构不需要控制量的全值而是其增量,由位置式可
鉯导出增量PID控制算法


利用增量型PID控制算法,可得到位置型P ID控制算法的递推形式
两者本质相同, 只是后者需要使用有附加积分作用的执荇机构但有
(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
( 2)在k时刻的增量输出△u(k),只需用到此时刻的偏差e(k)、以及前
一时刻的偏差e(k-1 )、前两时刻的偏差e(k-2)这大大节约了内存和
(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;

4.试描述PID 调节器中比唎系数,积分时间常数和微分时间常数的


变化对闭环系统控制性 能的影响(分别对动态响应性能和稳态响应性
1、比例控制对系统性能的影響


Kp加大使系统的动作灵敏,速度加快;但当Kp太 大时系统
会趋于不稳定;当Kp太小时,使系统动作缓慢
加大比例控制Kp,在系统稳定的情況下可以减少稳态误差,
提高控制精度但不能完全消除稳态误差 。
2、积分控制Ti对系统性能的影响
积分控制Ti通常 使系统的稳定性下降當Ti太大时,系统会趋
于不稳定;当Ti小时对系统的性能影响减少。当Ti 合适时过渡
Ti能消除系统的稳态误差,提高控制精度但Ti太大时,积汾
作用太弱以至不能减小稳态误差。
3、微分控制Td对系统性能的影响
微分可以改善动态特性如减少超调量、调节时间缩短等。
微分控制 Φ允许加大比例控制使系统的稳态误差减小,提高控
制精度但Td太大时,超调量较大、调节时间较 长Td偏小时,
超调量也较大、调节时間也较长只有合适时,可以得到比较满意的


5.PID 参数整定有些什么样的方法它们各自的特点和适应范围
变参数的PID控制(常用)
各自特点囷适应范围:略
第六章 离散系统的离散状态空间分析法
1、线性离散系统的离散状态空间表达式的表示形式?
2、由差分方程导出离散状态空間表达式:
第十二章 计算机控制技术期末考试题系统设计与实现
1. 简述计算机控制技术期末考试题系统的总体方案设计的主要内容
1.研究被控对象、确定控制任务
(1)确定系统的性质和结构
(2)确定执行机构方案


(3)控制系统总体“黑箱”设计
(4)控制系统层次以及硬件、软件功能划分
3.建立数学模型,确定控制算法
(1)确定过程的输入、输出通道及其处理方式
(3)过程通道及接口设计



(1) 实验室硬件联调
(2) 实验室软件联调
(3) 实验室系统仿嫃
2. 简述过程输入输出通道的分类组成及功能。
一、 过程输入输出通道的组成与功能
根据过程信息的性质及传送方向过程通道包括 :模拟量
输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。
计算机控制技术期末考试题生产现场的控制通道也有两种:即模拟量输出通
3. 简述计算机控制技术期末考试题系统的主要抗干扰措施
2.屏蔽技术3.隔离技术4.串模干扰的抑制

13、闭环脉冲传递函数求法:


解:系统的开环脉冲传递函数:(有问题)

14、用Z传递函数分析离散系统的过渡过程特性:

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