《-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)-》期末考試卷(共9頁(yè))

1、班號(hào) 學(xué)號(hào) 姓名 成績(jī) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 期末考試卷注意事項(xiàng)：1)接聽(tīng)手機(jī)發(fā)送短信等視同作弊 2)計(jì)算題不能只給結(jié)果,要有過(guò)程題目：一、填空 ( 30 分)1（4分）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要是在 時(shí)間 和 幅值 上將連續(xù)系統(tǒng)離散的，影響系統(tǒng)的主要 因素是 采樣周期 和 計(jì)算機(jī)字長(zhǎng) 。2（2分）離散系統(tǒng)頻率特性的主要特點(diǎn)是 采樣頻率ws 的周期函數(shù) 。3（6分）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中， A/D ， D/A ， 乘法 ， 右移 ， 常數(shù)存儲(chǔ) 可能產(chǎn)生量化，一個(gè)量化單位是 12（b-1） ，b為計(jì)算機(jī)字長(zhǎng) 。4（3分）零階保持器對(duì)系統(tǒng)頻率特性有什么影響 引起 -wT/2的相位延遲 ， 在 采樣周期大 ， 系統(tǒng)頻帶

2、高 時(shí)不可忽略。5（2分）離散系統(tǒng)由于量化產(chǎn)生的極限環(huán)振蕩與系統(tǒng)傳遞函數(shù)的 極點(diǎn) 有關(guān)； 產(chǎn)生的不靈敏區(qū)與系統(tǒng)傳遞函數(shù)的 零點(diǎn) 有關(guān)。6（4分）量化的非線性效應(yīng)是由運(yùn)算的量化誤差引起的，形成的本質(zhì)是由于 階梯非線性特性 。7（2分）被控對(duì)象離散化應(yīng)當(dāng)采用 z 變換，在離散域?qū)崿F(xiàn)連續(xù)控制律一般應(yīng)當(dāng)采用 Tustin或其他差分、零極匹配 變換。8（3分）選擇計(jì)算機(jī)控制的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮 被控對(duì)象動(dòng)態(tài)最大最小值 和 計(jì)算機(jī)數(shù)最大最小值 ，滿足 計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)范圍大于物理系統(tǒng)最大范圍 的條件。9（2分）連續(xù)系統(tǒng)可控可觀，采樣系統(tǒng)仍然可控可觀的條件是 對(duì)于相異特征根si和sj，滿足：si-sjj2kp/

3、T ，T為采樣周期 。10（2分）在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)時(shí)，中哪個(gè)系數(shù)變化使根偏移量最 大 an ，特征根靠得太近會(huì)產(chǎn)生什么問(wèn)題 離散化造成的根的偏移量增大 。二、作圖題 ( 10 分)2.1（5分）試畫(huà)出圖1Z平面上兩對(duì)極點(diǎn)各自對(duì)應(yīng)的脈沖響應(yīng)序列的大致形狀。圖1 圖2 21解： 對(duì)于P1,2： (2分)，圖形為：(1分)對(duì)于P3： (1分) ，圖形為：或(1分)22（5分）連續(xù)信號(hào)幅頻|F(jw)|如圖2所示，試畫(huà)出它的采樣信號(hào)的幅頻譜 |F*(jw)|,（不考慮相位）。圖中，w1 = 6 rad/s, w2 = 8 rad/s, 采樣頻率 ws = 10 rad/s .解: 周期性2分，混疊2分，

4、混疊后的準(zhǔn)確圖形1分三、計(jì)算題 ( 30 分)31（15分）考慮圖3所示系統(tǒng)，采樣周期T0.5秒。 圖3求：（1）系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)W（z）=C(z)/R(z). （2）K為何值時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定？ （3）K2時(shí)系統(tǒng)的位置誤差，速度誤差 解:(1) , （5分）(2) , 時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定. （5分）(3) 位置誤差: 速度誤差: 系統(tǒng)為零型系統(tǒng)(無(wú)積分環(huán)節(jié)),其速度誤差. （5分）32（15分）已知離散系統(tǒng)狀態(tài)方程如下： 求：（1）系統(tǒng)是否可控？是否可觀？ （2）取狀態(tài)反饋u(k)=-Kx(k)+r(k)，求常值反饋陣K，使閉環(huán)極點(diǎn)為 z1,2 0 。 （3）設(shè)x(0) = 0, r(k) = 1, k 0

5、，求 x(k)？ （4）閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)r(k)是否可控？為什么？ （5）對(duì)于本例應(yīng)如何選擇觀測(cè)器極點(diǎn)達(dá)到閉環(huán)要求？解: (1) ,系統(tǒng)可控 (2分) ,系統(tǒng)可觀 (2分)(2) 設(shè): 由,可得,得到K矩陣. (4分)(3) 由得到遞推解:， k=2,3,4, （3分）（4）閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)輸入r(k)的可控性不變，因?yàn)闋顟B(tài)反饋不改變系統(tǒng)的可控性。 （2分）（5）觀測(cè)器的極點(diǎn)應(yīng)位于z平面的原點(diǎn)，因?yàn)橛^測(cè)器收斂要快于系統(tǒng)收斂速度410倍，其極點(diǎn)應(yīng)比系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)更接近原點(diǎn)，而系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)已經(jīng)位于Z平面原點(diǎn)，所以觀測(cè)器極點(diǎn)應(yīng)位于原點(diǎn)。 （2分）四、實(shí)現(xiàn)綜合題 ( 30 分)41（15分） 已知： ，求：（1）用

6、Tustin方法離散，零極直接編排實(shí)現(xiàn)。 （2）采用截尾量化方式，分析采樣周期與量化誤差的關(guān)系（只考慮乘法量化）。 （3）若同時(shí)考慮A/D和乘法量化，T0.5秒，求輸出端總的量化誤差。 （4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)至少取多少位字長(zhǎng)可使總量化誤差 1% ?解：（1）零極直接編排實(shí)現(xiàn)如圖：(4分)（2）截尾方式： ， 當(dāng)T時(shí)，u(e)，(4分)（3）A/D量化影響： 乘法量化：T=0.5， （4分）（4）由 ，所以可以取b為12位以上字長(zhǎng)。 （3分）42（15分）已知： 求：（1）畫(huà)出零極實(shí)現(xiàn)框圖（延遲環(huán)節(jié)最少） （2）配置比例因子、選擇合適的限幅值及溢出保護(hù)點(diǎn)。 （3）畫(huà)出減少輸入輸出之間計(jì)算時(shí)延的實(shí)時(shí)控制框圖。解：（1）延遲環(huán)節(jié)最