计算机控制技术期末复习试题附答案

第一章 计算机控制系统概述

1、计算机控制系统的概念是什么？

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，以计算机为手段的控制系统。

2、计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。

计算机控制系统由计算机、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。

外部设备 操作台 计 算 机 输出通道 执行机构 被 控 对 象

输入通道 检测装置 3、计算机控制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、计算机控制系统的主要特点有哪些？

各项 连续控制系统 计算机控制系统 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 由模拟电路实现 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 一个控制器分时控制多个回路 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 ①操作指导控制系统 ②直接数字控制系统DDC ③监督控制系统 SCC ④计算机分级控制 ⑤集散控制系统 DCS ⑥现场总线控制系统FCS

二、按控制规律分类 ①程序和顺序控制 ② PID控制 ③最少拍控制

④复杂规律的控制 ⑤智能控制

第二章 离散控制系统及Z变换分析法

1、计算机控制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)进行连续采样，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： ωs≥2ωmax

采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现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：

?s?2?fs?2?T

3、简述信号的恢复过程。零阶保持器的作用是什么？其传递函数形式是什么？

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 ]内零价保持器的输出为常数。 零阶保持器的传递函数

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)的迭加即：h(t)=1(t)-1(t-T)。

取拉氏变换，得零阶保持器的传递函数:

H(s)?1?es?Ts

4、掌握常用信号的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 变换与离散输入信号的Z变换之比。

Y(z)

G(z)=

R(

z)

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平面上以原点为圆心的单位圆内。即|zi|<1 16、

求该系统在三种典型信号的作用下的稳态误差。

17、

G(Z)?0.368(z?0.718)(z?1)(z?0.368)T?1s

18、掌握计算机控制系统的稳定性分析：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 计算机控制系统的离散化设计

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：已知被控对象的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

法？

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：系统无误差，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设计：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）根据控制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数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体现在哪几个方面？

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，甚至引起静差和超调：

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)，系统将出现超调；

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

适用于各种输入。

6、最少拍有纹波控制器的设计

7、实例：设计最少拍有纹波控制系统。

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？消除纹波办法？

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磨损。

最小拍无纹波控制器能够消除输出纹波。 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：

有纹波设计时， ? ( z ) 包含G(z)单位圆上和单位圆外的零点； 无波纹设计时， ? ( z ) 包含G(z)单位圆内、单位圆上、单位圆外的所有零点。

(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 4．硬件的设计

(1)确定过程的输入、输出通道及其处理方式 (2)计算机系统选择 (3)过程通道及接口设计 (4)控制台设计 (5)可靠性设计 (6)硬件调试 5．软件的设计 （1）选择编程语言 ①汇编语言 ②高级语言 ③混合语言

（2）软件设计步骤 ①问题定义 ②细化设计 ③编制源程序 ④形成可执行代码

⑤调试

6．系统仿真与调试 (1) 实验室硬件联调 (2) 实验室软件联调 (3) 实验室系统仿真 7．现场安装调试

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。 计算机控制生产现场的控制通道也有两种:即模拟量输出通道及数字量输出通道。 功能？

3． 简述计算机控制系统的主要抗干扰措施。 1．接地技术

2．屏蔽技术3．隔离技术4．串模干扰的抑制 5．共模干扰的抑制 6．电源噪声的抑制 7．提高软件可靠性

13、闭环脉冲传递函数求法：

（1）

（2）

解：系统的开环脉冲传递函数：(有问题)

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