计算机控制技术作业3.doc

1、1计算机控制技术作业 1连续控制系统分析 (第 1-3 章)一、填空题1闭环负反馈控制的基本方法是 。2自动控制系统通常是由被控对象和 两大部分构成的。而后者是由指令生成、综合比较、 等六个部件构成的。3连续系统传递函数定义为在零初始条件下,输出量与输入量的 。传递函数只取决于 ，与输入信号特性无关。4系统传递函数 的分布状况决定了系统的动态响应特性。5积分环节的输出量 c(t)与输入量 r(t)的 成正比。微分环节的输出量 c(t)与输入量 r(t)的 成正比。6在一个闭环控制系统中，不同输入与输出量的传递函数 相同，而 是不同的。7连续系统稳定的充分必要条件是它的特征根应全部位于 S 平面

2、的 。8稳态误差定义为系统误差响应的 ，即 ess= 。9一个线性系统，若其输入信号为一定幅值及频率的正弦信号，则它的稳态输出是 的正弦信号。10对数幅频特性 L()定义为 L()= 。11截止频率 c 定义为 L(c)= 时的频率。12通常，系统的相稳定裕度 M 的大小反映了系统的 ，而截止频率 c反映了系统的 。二、单项选择题1图 21 所示的有源 RC 网络是一种 环节。A 积分；B 微分；C 惯性。22若以电机轴的转速为输入量，电机轴的转角为输出量，则它的传递函数为 环节 。A 积分；B 微分；C 惯性。3图 22 是二阶系统的单位阶跃响应曲线，从该曲线的形状可知它的阻尼比 。 A 1

3、 0； B 1； C = 0 。4图 23 是一阶惯性环节的单位阶跃响应曲线，从一阶惯性环节特性可知，曲线中H 等于 。A 0.6；B 0.632；C 0.707。 5某系统的零极点分布如图 24 所示，从中可知该系统是 的。A 稳定；B 临界稳定；C 不稳定。CR scusruR图 2.10.1 0.3 0.510)(tcst/图 2.236某系统的传递函数为 G(s) = 0.5(s-0.5) / (0.5s+1) ，可知该系统是 。A 稳定的；B 临界稳定的；C 不稳定的。7在单位闭环负反馈控制系统里，通常若增大系统的开环放大系数，则系统的稳定程度 。A 减弱；B 不变；C 增强。8单位

4、闭环负反馈控制系统常常按其开环传递函数中所含 环节个数，分为“0” 型、“I” 型系统。A 积分；B 微分；C 惯性。9系统的结构图如图 25 所示，可知它的稳态误差 ess 为 。A 0 ；B 1/ K ；C 。10稳定的线性连续控制系统，其相稳定裕度 M 应 。A 大于零；B 等于零；C 小于零。11某环节的渐近对数幅频特性曲线如图 26 所示，由该图可知该环节为 。A 积分环节；B 惯性环节；C 振荡环节。0 T 2T 3T 4T 5T)(th1H t图 2.3oj* P2P3图 2.4k1e-)(tc)(tr 1(2Ts图 2.5412某系统的开环渐近对数幅频特性曲线如图 27 所示，

5、由该图可知系统的开环放大系数 。A K=1 ；B K=2 ；C K=5 。三、简答题1试列举 2 个日常生活中闭环负反馈控制的系统，画出其示意图，说明其工作原理。2图 31 是高炮自动控制系统，试说明其工作原理，画出信号传递方块图。如将其改造为计算机控制系统，试画出结构示意图。 3控制系统动态指标常用单位阶跃响应曲线上的 tp、t s， %表示，试在图 32 上标dBL/)(srad/-40dB/decn0图 2.6-201dBL/ srad/5-40-602图 2.7Ri1指 令电 位 计测 量电 位 计M功 放校 正装 置RfCfRi2r c-+-图 3.15出上述三个指标。4依微分环节的

6、特性，试说明为什么在闭环控制系统的正向通道中不能串联纯微分环节。5已知某系统的单位斜坡响应如图 33 所示，试确定该系统的类型及开环放大系数。6试求图 34 所示系统的总误差 e(t)=r(t)-c(t) 的稳态值(不必计算) ，并说明原因 。四、计算题1 已知系统微分方程x1(t)=y(t)-c(t)x2(t)=k1x1(t)x3(t)=x2(t)-x4(t)Tdx4(t) / dt =x3(t)d2c(t) / dt2 +dc(t) / dt=kox4(t)式中 k1,k0,T 为常数, 且系统初始状态为零。t)(tco1图 3.2t)(tcotr)(tc1.0es图 3.3- )15.0

7、(2s图 3.4)(1tr(tc)(.tnte61) 试求各式拉氏变换式;2) 画出系统动态结构图,3) 求系统闭环传递函数 C(s) / Y(s) 2已知单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s) = K/s(0.1s+1) , 试计算 K=10 和 K=20时, 闭环系统的阻尼比 、自然频率 n、超调量 % 、tp 及 ts, 并讨论 K 对响应特性的影响。3 已知系统开环传递函数为G(s)=n2/s(s+2n)实测求得单位反馈系统的单位阶跃响应的%=4.3% ，t s=1.24 秒，试求 n，为多少。4已知单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s) = K /(s+1)(0.1s+1), 试

8、确定使系统稳定的 K 值范围。5已知单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s) = 50 /(2s+1)(0.1s+1), 试求系统的静态位置、速度误差系数。6已知系统开环渐近对数幅频特性曲线如图 41 所示。试求静态误差系数、截止频率 C和相位稳定裕度 M 。五、综合题已知某单位反馈系统的开环对数渐近幅频特性曲线如图 51 所示。1 试求系统的开环及闭环传递函数；2 试根据所求闭环传递函数判断系统的稳定性；3 试求系统的静态误差系数。-201dBL/)(srad/-4020 c图 4.1157计算机控制技术作业 2计算机控制系统分析 (第 4-6 章)一、 填空题1采样周期 T 与采样角频率

9、s 的关系是 。2连续信号 f(t) 的采样信号 f*(t) 可以表示为 。3在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中 、 、等三种变换最重要。4若连续信号的最高频率为 max，按采样定理要求采样频率 s 应大于。如不满足采样定理，一个高频连续信号采样后将会变成。5从相频特性上可见，零阶保持器是一个 环节，其相频特性 h()= 。 6脉冲传递函数定义为在零初始条件下系统输出与输入量的 之比。7s 平面的虚轴，通过 z 变换将其映射为 z 平面上的 。8离散系统稳定性的充分必要条件是，系统特征方程所有的特征根均应位于 。9离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的

10、 有关。10在采样系统里，由于 位置不同，所得闭环脉冲传递函数也不同。二、 单项选择题1一个连续系统改造为计算机控制系统后，当系统的控制算法及参数都保持不变时，-200.1dBL/)(srad/-4020图 5.15 10c-608与原连续系统相比，计算机控制系统的稳定性将 。A 变好；B 变坏；C 保持不变。 2当系统中含有零阶保持器时，系统的稳态误差与采样周期 T 。A 无关；B 有关；C 的关系不定。 3连续系统传递函数的一个极点 P=-5，Z 变换后将映射到 Z 平面的 。A 单位园外；B 单位园上；C 单位园里。 4双线性变换的一个特性是，连续传递函数经过双线性变换后所得 Z 传递函

11、数的稳态增益 。A 增大；B 不变；C 减小。 5控制算法并联实现与直接实现和串联实现相比，有限字长所引起的量化误差 。A 较大； B 较小；C 相当。三、 简答题 1 如图 31 所示，已知 A 点信号 x(t)=sin(t),试画出 A、B 、C 点的信号图形，设采样周期 T=/2。2若图 31 上 A 点信号为 x(t)=cos(2t) ，采样周期 T=，试画出 A、B、C 点的波形图，并讨论说明之。 3已知 x(t)=(0.5+5sin3t)，采样周期 T=2/3，试求采样信号 x*(t)。4已知计算机控制系统的信号变换结构图如图 32 所示，试说明 A、B、C、D、G、H 各点信号特

12、征。5试简述零阶保持器的时域响应和频域响应的特点。6已知系统方块图如图 33 所示。试写出 C(z) 的表达式。ZOHTABC图 3.1C)(tfA采 样B量 化 编 码 计 算 机 解 码 保 持DEFGH)(tu图 3.297已知系统方块图如图 34 所示，试求它的静态位置误差系数和速度误差系数。若 n(t)=1(t) 时，它能引起多大误差(不必计算) 。8已知闭环系统的特征方程为(z+1)(z-0.5)(z+2)=0，试问该系统稳定吗？9试简单比较控制器三种编排实现方法的优缺点。10PID 增量算法与位置算法比较各有何优缺点。四、计算题1 已知采样周期 T=0.5 秒，试求在 c =2r

13、ad/s 处，零阶保持器产生的相移 h(c)=？若使该相移 h(c)=-5 0，试问应取多大的采样周期 T。2 已知连续信号 x(t)=sin(2t) ，y(t)=sin(8t) ，若采样频率=6rad/s，试分别写出 x(kT) 及 y(kT) 的最终表达式，并讨论所得结果。3 已知图 41 所示系统，求系统开环及闭环传递函数，并求误差传递函数 E(z)/R(z) 。设 T=1 秒，K=1。4已知图 41 所示系统，试求 T=1 秒及 T=0.5 秒时使系统稳定的临界放大系数 K 值，并说明采样周期对稳定性的影响。5已知图 41 所示系统，设 T=0.1 秒，K=1，输入 r(t)=1(t)

14、+t，试用静态误差系数法求稳态误差。T TT 1/s 1/s )(*tC)(trTT 1/s 1/s )(tt图 3.32T_ T ZOH)(tr)(tn+ )(tc图 3.4s1- T)(krseT1)(tc1(sK图 4.1106已知连续控制器的传递函数为Gc(s)= 1/(s+2) 试用一阶向后差分法及双线性变换法离散化，求 Gc(z) 。设 T=0.1 秒。7已知 Gc=(z+1) / (z2-1.5z+0.5) ，将其用串联编排及并联编排实现，画出实现结构图，写出迭代方程。8已知系统如图 42 所示，G h(s) 零阶保持器传递函数，G 0(s)=1/s, GC(s)=K。1）试确定

15、使系统稳定的 K 的范围；2）若将该系统改为连续系统（即取消采样开关及 ZOH）；试问使系统稳定的 K 值范围。3）比较两个 K 值，得出结论。五、综合应用题1数字惯性滤波器是 RC 模拟滤波器数字化，T f=RC)1/()(sEUsGff1）试用一阶向后差分法将其离散化，求 Gf(z)；2）将该 Gf(z)用直接程序实现法编排实现，写出 u(k)表达式，画出实现框图。2已知离散系统结构如图 51 所示，其中G(z)=0.75(z+0.72) / z(z-1) GC(z)=KC1) 求使系统稳定的 KC 值范围；2) 若要求速度误差系数 KV4，试确定 KC 值。设 T=0.2 秒。 T_ T

16、)(tr )(tc图 4.2Gh(s) Go(s)Gc(s)_)(zR)(z图 5.1Gc(z) G(z)11计算机控制技术作业 3计算机控制系统分析 (第 7-9 章)一、填空题1若已知系统的调节时间为 ts，经验上采样周期 T 应取 。2若信号的动态范围为 N，计算机字长 n 。3常用的数字滤波方法有惯性滤波、限幅滤波、中值滤波和 。4产生共模干扰的主要原因是 之间存在共模电压。5D/A 变换器的精度主要由线性误差、偏置误差和 的大小决定的。6平均值滤波是对信号 y 进行 m 次采样，滤波器的输出 y(k)= 。7为使传感器特性与 A/D 变换器特性相匹配，通常应在传感器与 A/D 之间加

17、入 。8通常把 的干扰信号称为串模干扰。9采用差分放大器作为信号前置放大是抑制 的方法之一。二、单项选择题1小的采样周期 T，在计算机字长有限时，系统的量化误差 。A 将增大； B 将减小；C 保持不变。 2在确定 D/A 变换器字长时，应保证它的最小输出信号 后续的执行机构的死区。 A 大于； B 小于；C 等于。 3计算机控制系统与连续系统相比，在系统结构与参数不变的条件下，抑制干扰的能力 。12A 增强； B 减弱； C 不变。 4在计算机控制系统接地设计时，对低频电路应按 接地的原则进行设计。A 一点； B 多点； C 任意。 三、简答题1画出计算机控制系统的计算机机系统硬件组成框图，

18、说明各部分的主要作用。2设计计算机控制系统时应考虑选择哪些部件的字长，应根据什么原则来选择，这些部件的字长有什么关系。3试说明 A/D 变换器精度与分辨率的含义以及两者的关系。4为了使系统输出响应比较光滑，通常应怎样选用采样周期。5 A/D 前采用的某传感器的最大输出为 10 伏，其精度为 0.1%，试选择 A/D 板的字长位数及精度。 6试简述在计算机系统中加入看门狗电路的作用。四、计算题1现已知某炉温变化范围为 01500，要求测试时，分辨率为 3，试确定 A/D 变换器的字长应选为多少？若 A/D 字长 n 不变，通过变送器将测试起点迁移到 600，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。2 已知控制器 的结构图如图 41 所示，若该控制器采用21z6.04.2)z(D定点计算机实现，试为其配置比例尺，并画出配置比例尺后的结构图。图 41C0.2z-1z-11.4-0.60.60.4e (k) u (k)13五、综合应用题已知 PI 调节器 ， T=1 秒)(6(2)sEUsGc1）试用双线性变换法，将其离散，求 Gc(z)=？2）将 Gc(z)用第一种直接程序法编排实现，试求 u (k)表达式，并画出结构图；3) 为该算法配置比例因子；4）将该算法分成算法 I 与算法 II，并画出编程的流程图。