機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制復(fù)習(xí)題(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制復(fù)習(xí)題機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制題庫 一、 概念題 1、單位階躍序列的z變換： Y(z)= zz?1 2、最少拍系統(tǒng)： 使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間最短的控制系統(tǒng)。 3、有限拍無紋波設(shè)計(jì)與有限拍有紋波設(shè)計(jì)唯一不同之處：有限拍無紋波要求Gc的零點(diǎn)包含HG(z)的全部零點(diǎn) (有紋波：只要求包含HG(z)單位圓上/圓外零點(diǎn)) 4、振鈴現(xiàn)象：數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出u(kT)以2T為周期上下擺動(dòng)。 二、計(jì)算題 1. 1. 試求下列函數(shù)的z變換: f(t)? e5at 2. 試求下列函數(shù)的z反變換:(若用長除法,取前5項(xiàng)) F(z)= 三、分析題。 1、 如何采用擴(kuò)充臨界比例度法整定PID

2、參數(shù)？ 步驟： 選合適的采樣周期，調(diào)節(jié)器只用比例Kp Kp小到大直到出現(xiàn)等幅振蕩，記下臨界振蕩周期Ts和此時(shí)臨界振蕩增益Ks 選擇控制度 (z?1)(z?)控制度?min?e2dt數(shù)字調(diào)節(jié)器0?min?e2dt模擬儀表0? 控制度= 兩者相等 控制度= 數(shù)字調(diào)節(jié)器要差一些 按 “擴(kuò)充臨界比例度法PID參數(shù)計(jì)算公式”(P165表)，選擇T, Kp, Ti, Td 。 投運(yùn)并微調(diào)一下。 2、 采樣周期過大、過小分別有什么不利影響？ 采樣周期過大：信號(hào)的保真性下降，系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)變?cè)?，快速性也自然?huì)變壞。 采樣周期過?。赫{(diào)節(jié)過程非線性加大。 3、 積分分離PID算法有何優(yōu)點(diǎn)?如何實(shí)現(xiàn)? 優(yōu)點(diǎn)：既保持了

3、積分作用，又減小了超調(diào)量。 利用一個(gè)系數(shù)Kl乘到積分項(xiàng)上： 偏差較小時(shí)：K=1有積分 偏差較大時(shí)：K=0無積分 u(kT)?Kkpe(kT)?KlKi?e(jT)?j?05?37)K?1,e(kT)?E0l?0,e(kT)?E(5?38) 0 d?e(kT)?e(kT?T)?K( 四、綜合題 用計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一單閉環(huán)原料油加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)，參考圖4-1。圖4-1是用溫度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)。要求回答以下問題： 1、 畫出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖(包括采樣保持)，簡(jiǎn)述系統(tǒng)工作原理。 2、 簡(jiǎn)述：整定PID參數(shù)時(shí)，穩(wěn)定裕量為什么不能過大過小？ 答：穩(wěn)定裕量過大，系統(tǒng)響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)緩慢爬升并

4、且有較大的穩(wěn)態(tài)誤差，從而影響系統(tǒng)快速性和準(zhǔn)確性； 穩(wěn)定裕量過小，系統(tǒng)響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)較長時(shí)間、較劇烈的衰減振蕩，這樣不光超調(diào)量大而且回到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間變長，從而也會(huì)影響系統(tǒng)快速性和準(zhǔn)確性。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試卷一答案 一、簡(jiǎn)答題 1、 畫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖。答：典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖如下： 2、 根據(jù)采樣過程的特點(diǎn)，可以將采樣分為哪幾種類型？ 答：根據(jù)采樣過程的特點(diǎn)，可以將采樣分為以下幾種類型。 (1) 周期采樣 指相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等，也稱為普通采樣。 (2) 同步采樣 如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同且同時(shí)進(jìn)行采樣，則稱為同步采樣。 (3) 非同步采樣 如果一個(gè)

5、系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同但不同時(shí)開閉，則稱為非同步采樣。 (4) 多速采樣 如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，每個(gè)采樣開關(guān)都是周期采樣的，但它們的采樣周期不相同，則稱多速采樣。 (5) 隨機(jī)采樣 若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔不相等，則稱為隨機(jī)采樣。 3、 簡(jiǎn)述比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的作用。 答：(1)比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對(duì)偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)KP。比例調(diào)節(jié)器雖然簡(jiǎn)單快速，但對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對(duì)象存在靜差。加大比例系數(shù)KP可以減小靜差，但是KP過大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引

6、起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (2)積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)具有累積成分，只要偏差e不為零，它將通過累積作用影響控制量u，從而減小偏差，直到偏差為零。積分時(shí)間常數(shù)TI大，則積分作用弱，反之強(qiáng)。增大TI將減慢消除靜差的過程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。 (3)微分調(diào)節(jié)器：為加快控制過程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 4、 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？ 答：線性離散

7、控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是： 閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根的模zi5、 為什么會(huì)出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象？ 答：當(dāng)給定值發(fā)生很大躍變時(shí)，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分計(jì)算出的控制增量可能比較大(于積分項(xiàng)的系數(shù)一般小得多，所以積分部分的增量相對(duì)比較小)。如果該計(jì)算值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度，那么，控制作用必然不如應(yīng)有的計(jì)算值理想，其中計(jì)算值的多余信息沒有執(zhí)行就遺失了，從而影響控制效果。 6、 什么是振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？ 答：所謂振鈴(Ringing)現(xiàn)象，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振蕩。有兩種方法可用來消除振鈴現(xiàn)象。第一種方法是先找出D(z)中引起振鈴現(xiàn)

8、象的因子(z=-1附近的極點(diǎn))，然后令其中的z=1，根據(jù)終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)態(tài)值。第二種方法是從保證閉環(huán)系統(tǒng)的特性出發(fā)，選擇合適的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)間常數(shù)Tc，使得數(shù)字控制器的輸出避免產(chǎn)生強(qiáng)烈的振鈴現(xiàn)象。 二、已知系統(tǒng)的差分方程為 y(k)?y(k?1)?r(k?2) 輸入信號(hào)是 ?1k?0r(k)? ?0k?0初始條件為y(0)?1，試寫出輸出脈沖序列y(k)。 解：y(0)?1 y(1)?r(?1)?y(0)?1 y(2)?r(0)?y(1)?2 y(3)?r(1)?y(2)?1 y(4)?r(2)?y(3)?2 y(5)?r(3)?y(4)?1 三、設(shè)被控對(duì)象傳遞函數(shù)為

9、Gp(s)?Ks(s?1)，在對(duì)象前接有零階保持器，試求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)。 解：廣義對(duì)象傳遞函數(shù) G(s)?對(duì)應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為 1?e?TsKss(s?1) ?1?e?Ts?KG(z)?Z?G(s)?Z?ss(s?1)?1?1Tz11?1?1 ?K(1?z)Z?2?K(1?z)? ?12?1?T?1?1?z1?ez?s(s?1)?(1?z)?T?T?Te?e?1?1?T?1K(e?T?1)z?1?z?Te?T?1?(1?z?1)(1?e?Tz?1)四、已知被控對(duì)象傳遞函數(shù)為 20G(s)? (8s?1)(?1)試用“二階工程最佳”設(shè)計(jì)法確定模擬控制器Gc(s)，并用后向差分法給出等效的

10、數(shù)字控制器形式。 解：經(jīng)動(dòng)態(tài)校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 20?0(s)?Gc(s)G(s)?Gc(s) (8s?1)(?1)應(yīng)選擇Gc(s)為PI控制器，其基本形式為 ?s?1Gc(s)? TIs為使PI控制器能抵消被控對(duì)象中較大的時(shí)間常數(shù)，可選擇 ?8 則有 ?0(s)?Gc(s)G(s)?根據(jù)二階工程最佳設(shè)計(jì)法則，應(yīng)有 8s?1TIs201? TI(8s?1)(?1)s(?1)20?TI?20?2T2 ?12T2?2解之得 TI?4于是得到模擬控制器的傳遞函數(shù)為 8s?111Gc(s)?KP(1?)?2(1?) 4sKIs8s對(duì)以上的模擬PI控制器，根據(jù)后向差分近似的等效變換方法，得等效的

11、數(shù)字控制器： (1?TD(z)?Gc(s)s?1?zT?1?28z?1)z?1 1?e?Ts1五、已知廣義被控對(duì)象:G(s)?, ss(s?1) 給定T=1s(20分) 針對(duì)單位斜坡輸入設(shè)計(jì)最小拍有紋波控制系統(tǒng), 并畫出系統(tǒng)的輸出波形圖。 解：已知條件，被控對(duì)象含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，有能力產(chǎn)生單位斜坡響應(yīng)。 求廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為 ?1?e?Ts1?G(z)?Z?G(s)?Z?ss(s?1)?1z?111?1? ?(1?z)Z?2?(1?z)?12?1?1?1?s(s?1)(1?z)1?z1?ez?1(1?1)?(1?z?1)(1?1)?1可以看出，G(z)的零點(diǎn)為-(單位圓內(nèi))、極點(diǎn)為1(單位

12、圓上)、(單位圓內(nèi))，故u=0,v=0(單位圓上除外),m=1。根據(jù)穩(wěn)定性要求，G(z)中z=1的極點(diǎn)應(yīng)包含在e(z)的零點(diǎn)中，于系統(tǒng)針對(duì)等速輸入進(jìn)行設(shè)計(jì)，故p=2。為滿足準(zhǔn)確性條件另有e(z)=(1-z-1)2F1(z),顯然準(zhǔn)確性條件中已滿足了穩(wěn)定性要求，于是可設(shè) 解得 c0?2,c1?1 。 閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為則D(z)?(z)(1?1)(1?0.?(z)G(z)?368z?1)(1?z?1)(1?1) e(z)?R(z)?(z)?z?1Y?1?2?2?3?4(1?z?1)2(2z?z)?2z?3z?4z? 。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試卷二答案 班級(jí)： 姓名：學(xué)號(hào)：一、 簡(jiǎn)答題 二、已知系統(tǒng)框圖

13、如下所示： T=1s(15分) 試確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)K的取值范圍。 解：廣義對(duì)象傳遞函數(shù) ?(z)?z?1(c0?c1z?1) ?(1)?c0?c1?1?(1)?c?2c 1?0?(z)?z?1(2?z?1)?2z?1?z?2?e(z)?1?(z)?(1?z?1)2 s)?1?e?TsG(Kss(s?1) 對(duì)應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為 成績(jī)： (z)?Z?G(s)?Z?1?e?TsGK?ss(s?1)?1?z?1 ?K(1?z?1)Z?s(s?1)?K(1?z?1)?112?(1?z?1)2?1?z?1?1?e?1z?1? ?1(1?1?)?0.(1?z?1)(1?1)?K264z2?此時(shí)系統(tǒng)的特征方

14、程為 1?G(z)?1?K(?)z2? 采用雙線性變換z?1?(T/2)w?1?(T/2)w1? 可得等效的特征方程為 (1?)w2?(?)w?0 此時(shí)，勞斯表為 w2 K 0 故K的變化范圍為 0三、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為D(s)?2ns2?2?2 n?s?n試用雙線性變換法求出相應(yīng)的數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)，并給出控制器的差分形式。其中T?1s。 解：令s?2z?121?z?11?z?1Tz?1?T1?z?1?21?z?1 D(z)?U(z)?2nE(z)?s2?2?2?2?2n(z?2z?1?1)n?s?n1?z?1s?2(?2?22?12控制n?4n?4)z?(2?n?8

15、)z?n?4?n?41?z?1器的差分形式為 u(k)?2?222n?8?n?4?n?4?n?24u(k?1)?2u(k?2)?2?4(e(k)?2e(k?1)?e(k?2)n?4?n?n?4?n?4?n?4?n 四、已知離散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下所示，采樣周期T?，輸入信號(hào)r(t)?1?t?1t22，求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 解：系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 G(z)?Z?G(s)?Z?1?e?Ts10(?1)?ss2? ?(1?z?1)Z?5s?10?s3?(1?z?1)?z?1(1?z?1)?(1?z?1)2?2(1?z?1)3? ?z?1(?1)(1?z?1)2則誤差脈沖傳遞函數(shù)為 )?E(z)1(1?z?1)2?e(zR(z)?1?G(z)?1?1?2 ?1(1?z?1)?1?2R(z)1?z?1?(1?z?1)2?2(1?z?1)3?(1?z?1)3 穩(wěn)態(tài)誤差為 e(?)?lim(1z?1?z?1)E(z)?e(z)R(z)? 五、已知廣義被控對(duì)象為G(s)?1?e?Ts1?2sss?1e 波形圖。 解：廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為 ?1?e?Ts1?G(z)?Z?G(s)?Z