1、計算機控制系統課程復習資料一、簡答題：1.什么是計算機控制系統？它由哪幾部分組成？各有什么作用。2.計算機控制系統與連續控制系統主要區別是什么？計算機控制系統有哪些優點？3.計算機控制系統中的保持器有何作用，簡述保持器的特點? 4.簡述PID調節器的作用，有哪幾種改進型數字PID算法？5.計算機控制系統有哪四種形式的信號？各有什么特點?6.簡要說明什么是計算機控制系統？模擬調節器與數字調節器有何區別?二、分析和計算題：1.已知一系統的閉環脈沖傳遞函數為,其中輸入為單位階躍信號,求輸出y(KT)。2.已知一系統的閉環脈沖傳遞函數為當輸入為單位階躍信號時,求輸出y(KT)及y()。3.用長除法或Z

2、反變換法或迭代法求閉環系統的單位階躍響應。4.已知低通數字濾波器,求D（z）的帶寬m;并求當輸入E(z)為階躍信號時數字濾波器的控制算法。取采樣周期T=2ms。5.設系統如圖所示，試求:系統的閉環脈沖傳遞函數。判定系統的穩定性。分別求系統對單位階躍輸入和單位斜坡輸入時的穩態誤差。6.設函數的La氏變換為，試求它的Z變換F(z)。7.數字控制系統如圖所示,求當K=10,T=1s,a=1時，分別求當輸入為單位階躍、單位斜單位拋物線函數時的穩態誤差。8.已知單位負反饋系統的開環脈沖傳遞函數為 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/(z-1)(z-0.7),問當K為何值時系統穩定。9.已知系統單位負反

3、饋的開環傳遞函數為:問:K為何值時系統穩定?10.已知單位反饋系統的廣義對象的Z傳遞函數為: ,試按最少拍無波紋設計原則設計單位階躍輸入時,計算機的調節模型D(z),并求其控制算法。11.已知連續系統的傳遞函數G(s)=(s+1)/s(s+2)試用沖擊不變法求其等效的Z傳遞函數.12.已知離散系統的Z傳遞函數：,試求離散系統的狀態方程和輸出方程。13.已知離散系統的Z傳遞函數：,試求離散系統的狀態方程和輸出方程。14.已知離散系統的差分方程為 輸出為y(k)，試寫出它們的狀態方程和輸出方程.15.已知離散系統的狀態空間表達式，初始狀態X(0)=0試求系統的Z傳遞函數:。16.已知,寫出與它相對

4、應的PID增量型數字控制算法。(T=1s)17.已知廣義對象的z傳遞函數： HG(z)=(z+0.5)/(z-0.9)(z-0.4),取采樣周期T=1s,試設計PI調節器D(z)=Kp+Ki/(1-z-1),使速度誤差ess=0.1,取采樣周期T=1s。并求控制算法u(kT)？D（z）=U(z)/E(z)。18.已知被控對象的傳遞函數;G(s)=1/s(s+2),采用零階保持器,取采樣周期T=0.1,試設計單位階躍作用下的最少拍調節器。19.已知單位負反饋系統被控對象的傳遞函數：G(s)=2/ (s+2),采用零階保持器,取采樣周期T=1s,試設計單位階躍作用下的最少拍調節器D(z),并求其調

5、節時間ts,控制算法u(kT)。參考答案一、簡答題：1.答：計算機控制系統又稱數字控制系統,是指計算機參與控制的自動控制系統,既:用算機代替模擬控制裝置,對被控對象進行調節和控制。控制系統中的計算機是由硬件和軟件兩部分組成的.硬件部分:計算機控制系統的硬件主要是由主機、外部設備、過程輸入輸出設備組成；主機:通常包括中央處理器(CPU)和內存儲器(ROM，RAM)，它是控制系統的核心。內存儲器中預先存入了實現信號輸入、運算控制和命令輸出的程序，這些程序就是施加被控對象的調節規律。外部設備:操作臺，又稱為人機聯系設備, 通常包括CRT顯示器和鍵盤、專用的操作顯示面板或操作顯示臺等。打印和制表裝置：

6、主要包括有打印機相繪圖機。磁盤設備：一般稱為外存儲器，它兼有輸入和輸出兩種功能，用來存放程序和數據存儲器的后備存儲設備。通信設備；報警設備：用來顯示被控對象的非正常工作狀態。過程輸入輸出設備計算機與被控對象是用過程輸入輸出，它在兩者之間進行信息傳遞和變換。二、軟件部分：軟件是各種程序的統稱，通常分為系統軟件和應用軟件。2.解：計算機控制系統又稱數字控制系統,是指計算機參與控制的自動控制系統,既:用計算機代替模擬控制裝置,對被控對象進行調節和控制。計算機采用的信號是數字信號，因此為了信號匹配，在計算機與被控對象之間采用模數轉換器(AD)和數模轉換器(DA)，以實現兩種信號之間的相互轉換。計算機控

7、制系統的優點(1)控制規律靈活，可以在線修改。(2)可以實現復雜的控制規律，提高系統的性能指標.(3)抗干擾能力強，穩定性好。(4)可以得到比較高的控制精度。(5)能同時控制多個回路，一機多用，性能價格比高。(6)便于實現控制、管理與通信相結合，提高工廠企業生產的自動化程度.(7)促進制造系統向著自動化、集成化、智能化發展。3.解：保持器的原理是，根據現在時刻或過去時刻輸入的離散值用常數、線性函數或拋物函數形成輸出的連續值。它的插值公式:m代表階保持器。通常m0和m1分別稱為零階保持器和一階保持器。零階保持器的幅頻特性和相頻特性有如下特性：(1)低通特性：保持器的輸出隨著信號頻率的提高，幅值迅

8、速衰減。(2)相位滯后持性：信號經過零階保持器會產生相位滯后，它對控制系統的穩定性是不利的。4.解：PID調節器的控制作用有以下幾點：(1)比例系數Kp，直接決定控制作用的強弱，加大Kp可以減少系統的穩態誤差，提高系統的動態響應速度。過大會使動態質量變壞，引起被控制量振蕩甚至導致閉環系統不穩定(2)在比例調節的基礎上加上積分控制可以消除系統的穩態誤差，因為只要存在偏差，它的積分所產生的控制量總是用來消除穩態誤差的，直到積分的值為零，控制作用才停止。但它將使系統的動態過程變慢，而且過強的積分作用會使系統的超調量增大，從而使系統的穩定性變壞；(3)微分的控制作用是跟偏差的變化速度有關的。微分控制能

9、夠預測偏差產生超前的校正作用。它有助于減少超調，改善系統的動態性能。改進型數字PID有：積分分離算法，遇限停止積分法,不完全微分算法，微分項的輸入濾波，不對設定值產生微分作用,具有不靈敏區的PID算法5.解：在計算機控制系統中，通常既有連續信號也有離散信號，這些信號一般是指信息流,而不是能量流。既:(1)連續模擬信號：時間和信號的幅值都是連續的。(2)階梯模擬信號：時間是連續的，信號的幅值是階梯形的。(3)采樣信號：時間是離散的，信號的幅值是連續的脈沖信號。(4)數字信號：信號的時間以及幅值都是離散的，且幅值經過了量化處理。6.答：計算機控制系統又稱數字控制系統,是指計算機參與控制的自動控制系

10、統,既:用算機代替模擬控制裝置,對被控對象進行調節和控制. 控制系統中的計算機是由硬件和軟件兩部分組成的.硬件部分.內存儲器中預先存入了實現信號輸入、運算控制和命令輸出的程序，這些程序就是施加被控對象的調節規律。計算機采用的信號是數字信號，因此為了信號匹配，在計算機與被控對象之間采用模數轉換器(AD)和數模轉換器(DA)，以實現兩種信號之間的相互轉換。模擬調節器一般可以是電氣的，機械的，氣動的，液壓的等元器件組成；其控制量均為時間的連續函數。二、分析和計算題：1.解：K=0 y(0)=0K=1 y(T)=0.1K=2 y(T)=0.142.解：Y(kT)=0.37y(kT-T)+0.53r(k

11、T)+0.1R(kT-T)r(kT)=1 k0y()=lim(z-1)(0.53z+0.1)/(z-0.37)z/(z-1)=1 Z1 3.解： 4.解：令： D(z)頻率特性： 零頻值： 由此得： 5.解： 系統穩定。 a. b. 6.解：7.解： 1)單位階躍輸入：ess=0 2)單位斜坡階躍輸入：ess=0.1 3)單位拋物線輸入：ess= 8.解： 9.解：特征方程： 由舒爾科恩得：系統不穩定。10.解： 11.解： .12.解： 13.解： 14.解：15.解：16.解：用雙線性變換：17.解：Kp=3.6 Ki=0.4 18.解： 19.解：HG(z)= ZH（s）G(s)=(1-z-1 )Z2/(s(s+2)=0.865 z-1/(1