1、计算机控制系统试卷一答案班级： 姓名： 学号： 成绩：一、简答题（每小题 5 分，共 20 分）1、 画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。(1) 周期采样 指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。(2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。(3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。(4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是
2、周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。(5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。3、 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。答：(1) 比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数 KP。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数 KP 可以减小静差，但是 KP 过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有
3、累积成分，只要偏差 e不为零，它将通过累积作用影响控制量 u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数 TI 大，则积分作用弱，反之强。增大 TI 将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。4、 采样保持器 LF398 工作原理图如下图，试分析其工作原理。答：LF398 的电路原理：放大器 A2 作为比较器来控制开关 K 的通断，若 IN+的电压高于 IN-的电
4、压，则 K 闭合，由 A1、A 3 组成跟随器，并向 CH 端外接的保持电容充电；IN +的电压低于 IN-的电压时，则K 断开，外接电容保持 K 断开时刻的电压，并经 A3 组成的跟随器输出至 Aout。二、已知系统的差分方程为 （10 分） )2()1()kryk输入信号是 0)(kr初始条件为 ，试写出输出脉冲序列 。1)0(y ()y解： )()(1yry2)1(0)2(yry3)3()4(yry15三、设被控对象传递函数为 ，在对象前接有零阶保持)1()sKGp器，试求广义对象的脉冲传递函数。 （10 分）解：广义对象传递函数 )1()(sKesGT对应的脉冲传递函数为 )1)(1(
5、 1)()()(1)1 ()( 12112 zezTTeK zezzKsZzesGz TTs四、已知被控对象传递函数为 )1.0)(82)(ssG试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器 Gc(s)，并用后向差分法给出等效的数字控制器形式。 （10 分）解：经动态校正后系统的开环传递函数为 )1.0)(82()()0 ssGscc应选择 Gc(s)为 PI 控制器，其基本形式为sTGIc1)(为使 PI 控制器能抵消被控对象中较大的时间常数，可选择 8则有)1.0(2)1.0)(1)()(0 sTssTs IIc根据二阶工程最佳设计法则，应有 21.0TI解之得 4I于是得到模拟控制器的传递函
6、数为 )81(2)1(8)( ssKsGIPc 对以上的模拟 PI 控制器，根据后向差分近似的等效变换方法，得等效的数字控制器： 1)8(2)(1zTsGzDTzc五、已知广义被控对象: , 给定 T=1s (20 分)()(se针对单位斜坡输入设计最小拍有纹波控制系统, 并画出系统的输出波形图。解：由已知条件，被控对象含有一个积分环节，有能力产生单位斜坡响应。求广义对象脉冲传递函数为)368.01)(7. 1)1()()( 1)1 1221 zz zezzsZeGzTs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 u=0,v=0(单位圆上除外 ),m=1。根据稳定性要求，G(z)中 z=1 的极点应包含在 e(z)的零点中，由于系统针对等速输入进行设计，故 p=2。为满足准确性条件另有 e(z)=(1-z-1)2F1(z),显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设 )()101zcz2)(1解得 。1,20c闭环脉冲传递函数为 2111)()(2zze则 )78.0)(365.43.)()( 11GzDe（图略） 。1122342()()YzRzzz
