計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作業(yè)答案

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作業(yè)答案作業(yè)一第一章1.1什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？畫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖。參考答案：答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制. 控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)是由硬件和軟件兩部分組成的.硬件部分: 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要是由主機(jī)、外部設(shè)備、過程輸入輸出設(shè)備組成; 軟件部分: 軟件是各種程序的統(tǒng)稱，通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。1.2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪幾種典型的類型？各有什么特點(diǎn)。參考答案：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)一般可分為四種類型：數(shù)據(jù)處理、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)對(duì)被控對(duì)象不起直接控制作用,計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器產(chǎn)

2、生的參數(shù)巡回檢測(cè)、處理、分析、記錄和越限報(bào)警，由此可以預(yù)報(bào)控制對(duì)象的運(yùn)行 趨勢(shì)。直接數(shù)字控制系統(tǒng)；一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以代替多臺(tái)模擬調(diào)節(jié)器的功能，除了能實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)規(guī)律外, 還能實(shí)現(xiàn)多回路串級(jí)控制、前饋控制、純滯后補(bǔ)償控制、多變量解 藕控制，以及自適應(yīng)、自學(xué)習(xí),最優(yōu)控制等復(fù)雜的控制.監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；它是由兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：第一級(jí)DDC計(jì)算機(jī), 完成直接數(shù)字控制功能；第二級(jí)SCC計(jì)算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)過程提供的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行必要的運(yùn)算，給DDC計(jì)算機(jī)提供最佳給定值和最優(yōu)控制量等。分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。以微處理機(jī)為核心的基本控制單元，經(jīng)高速數(shù)據(jù)通道與上一級(jí)監(jiān)督計(jì)算機(jī)和CRT操作站相連. 1.3.計(jì)算機(jī)

3、控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)主要區(qū)別是什么？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？參考答案：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)主要區(qū)別：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用計(jì)算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象 進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制. 與采用模擬調(diào)節(jié)器組成的控制系統(tǒng)相比較，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)控制規(guī)律靈活，可以在線修改。(2)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，提高系統(tǒng)的性能指標(biāo).(3)抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。 (4)可以得到比較高的控制精度。(5)能同時(shí)控制多個(gè)回路，一機(jī)多用，性能價(jià)格比高。(6)便于實(shí)現(xiàn)控制、管理與通信相結(jié)合，提高工廠企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度.(7)促進(jìn)制造系統(tǒng)向著自動(dòng)化

4、、集成化、智能化發(fā)展。第二章2.1. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪四種形式的信號(hào)？各有什么特點(diǎn)?參考答案：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通常既有連續(xù)信號(hào)也有離散信號(hào)，這些信號(hào)一般是信息流,而不是能量流.可分為四種形式： 連續(xù)模擬信號(hào)：時(shí)間和信號(hào)的幅值都是連續(xù)的。 階梯模擬信號(hào)：時(shí)間是連續(xù)的，信號(hào)的幅值是階梯形的。 采樣信號(hào)：時(shí)間是離散的，信號(hào)的幅值是連續(xù)的脈沖信號(hào)。 數(shù)字信號(hào)：信號(hào)的時(shí)間以及幅值都是離散的，且幅值經(jīng)過了量化處理。2.2. 采樣信號(hào)的頻譜和原連續(xù)信號(hào)的頻譜有何不同？參考答案：采樣信號(hào)的頻譜和原連續(xù)信號(hào)的頻譜的區(qū)別：通常，連續(xù)信號(hào)帶寬是有限的，頻率的極限值wmax, 它的頻譜是孤立的. 采樣信號(hào)的頻譜

5、是以s為周期的無限多個(gè)頻譜所組成.y(jw)和y*(jw) 形狀相似。幅值只差一個(gè)比例因子1/T(又稱為采樣增 益).2.3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的保持器有何作用，簡(jiǎn)述零階保持器的特點(diǎn)。參考答案： 保持器的原理是根據(jù)現(xiàn)在時(shí)刻或過去時(shí)刻輸入的離散值,用常數(shù)、線性函數(shù)或拋物函數(shù)形成輸出的連續(xù)值。 零階保持器有如下特性：低通特性：保持器的輸出隨著信號(hào)頻率的提高，幅值迅速衰減。相位滯后持性：信號(hào)經(jīng)過零階保持器會(huì)產(chǎn)生相位滯后，它對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是 不利的2.4.試求下例函數(shù)的Z變換：(采樣周期為T) 參考答案： 參考答案： 2.5.設(shè)函數(shù)的La氏變換如下，.試求它們的Z變換:參考答案： （5） 2.6已知

6、函數(shù)的Z變換如下，.試求它們的y(kT):參考答案： 2.7 求下列函數(shù)的初值和終值：參考答案： 作業(yè)二第三章3.1 已知差分方程 ，又知.試用Z變換法求x(kT)和x(). 參考答案： 3.2 已知 ,試用長(zhǎng)除法和Z反變換法求解f(kT).參考答案：3.3已知差分方程 用遞推法求y(k)的前三項(xiàng)。 用反變換法求解y(k).參考答案： （1）（2） 3.4 用Z變換法求解下例差分方程:參考答案： 其中，且 時(shí); 其中 3.5 利用勞斯判據(jù)，決定下列單位負(fù)反饋系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)，K的取值范圍. 參考答案： (2) 參考答案： 3.6 已知下列系統(tǒng)的特征方程，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 參考答案： 系統(tǒng)不穩(wěn)

7、定。 參考答案： 系統(tǒng)不穩(wěn)定。 參考答案： 系統(tǒng)穩(wěn)定。3.7. 設(shè)離散系統(tǒng)的框圖如圖所示，試確定閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)K的取值范圍. （其中T=1s,K1=2 T1=1)參考答案： 3.8 用長(zhǎng)除法或Z反變換法或迭代法求下列閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。 參考答案： 即： 參考答案： 參考答案： 3.9 開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)如圖所示，試求Y(z)、y(0)、y().已知： 數(shù)字調(diào)節(jié)器: 被控對(duì)象： 數(shù)字調(diào)節(jié)器: 被控對(duì)象： 參考答案： （1） （2） 3.10 設(shè)系統(tǒng)如圖所示，試求系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。 參考答案： 3.11 設(shè)系統(tǒng)如圖所示，試求:系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù).判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。分別求系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入

8、和單位斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。 參考答案：（1）（2）系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）單位階躍輸入 單位斜坡輸入時(shí) 第四章4.1 已知系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，試寫出它們的狀態(tài)方程和輸出方程： 參考答案： 參考答案： 參考答案： 4.2 已知下列系統(tǒng)的傳遞函數(shù), 試寫出它們的狀態(tài)方程和輸出方程： 參考答案： 參考答案： 4.3 已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù) , 試寫出其狀態(tài)方程,使?fàn)顟B(tài)方程為對(duì)角陣。參考答案：4.4 已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù) , 試寫出其狀態(tài)方程,使?fàn)顟B(tài)方程為若當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型。參考答案：4.5已知下列離散系統(tǒng)的差分方程為： 輸出為y(k), 試分別寫出它們的狀態(tài)方程和輸出方程.參考答案：（1） （2） 4.6 已知離散系統(tǒng)脈沖

9、傳遞函數(shù) ,試分別用直接程序法和分式展開法求系統(tǒng)的離散狀態(tài)方程.參考答案：直接程序法 分式展開法 4.7 求解下系統(tǒng)的時(shí)間相應(yīng)。已知： , 初始狀態(tài)X(0)=0參考答案： 4.8 設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程： 已知輸入：u(k)=1 ,(k0) 初始狀態(tài): 試求：（1）系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Fk (2) 狀態(tài)方程的解X(k); (3) 系統(tǒng)的輸出y(k).參考答案： （1） （2） （3） 4.9 已知離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式， 初始狀態(tài)X(0)=0 試求系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù): 參考答案： 4.10 已知離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程: 試判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。參考答案： 系統(tǒng)穩(wěn)定。作業(yè)三 第五章5.1 已知連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

10、: (1) ; (2) 試用沖擊不變法階躍不變法零極點(diǎn)匹配法雙線性變換法、差分變換法，將上述傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為等效的Z傳遞函數(shù). 取采樣周期T=0.1s. 參考答案：（1） 沖擊不變法 （2） 階躍不變法 5.2 已知比例積分模擬調(diào)節(jié)器D(s)=Kp+Ki/s ,試用后向差分法和雙線性變換法求數(shù)字調(diào)節(jié)器D（z）及其控制算法。參考答案：后向差分法 雙線性變換法 5.3 已知Z傳遞函數(shù) ,試分析其頻率特性，并判斷它是低通濾波器還是高通濾波器.參考答案： 具有高通特性。5.4 已知系統(tǒng)的差分方程為: , 其中x (k)為輸入序列，y (k) 為輸出序列. 試分析其頻率特性.參考答案： 具有高通特性。5.

11、5 已知低通濾波器 , 求D（z）的帶寬m. 取采樣周期T=2ms.參考答案： 5.6 已知廣義對(duì)象的Z傳遞函數(shù) ,試設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器 D(z)=Kp+Ki/(1-z-1)，使速度誤差ess=0.1 ，取采樣周期T=0.1s.參考答案： 5.7 已知,寫出與它相對(duì)應(yīng)的PID增量型數(shù)字控制算法。參考答案： 第六章6.1 試述在最少拍設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)Gc(z)和誤差Z傳遞函數(shù)Ge(z)的選擇原則。參考答案：最少拍設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)Gc(z)和誤差Z傳遞函數(shù)Ge(z)的選擇原則：(1)為了保證D(z)的可實(shí)現(xiàn)性，應(yīng)選擇Gc(z)含有HG(z)的Z-r因子.(2)為了保證D(z)的

12、穩(wěn)定性，應(yīng)選擇Gc(z)具有與HG(z)相同的單位圓上(除Zl 外)和單位圓外的零點(diǎn)。(3)為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇Ge(Z)含有 的因子，pi是HG(z)的 不穩(wěn)定的極點(diǎn)。 因?yàn)椋?只能用Ge(z)的零點(diǎn)來抵消HG(z)中不穩(wěn)定的極點(diǎn).為了使調(diào)節(jié)時(shí)間最短(最少拍)，應(yīng)選擇Ge(z)中含有(1-Z-1)m因子 (ml，2，3)是典型輸入信號(hào)Z變換R(z)中分母的因子。保持Ge(z)與Gc(Z)有相同的階次. 6.2 最少拍控制系統(tǒng)有哪幾種改進(jìn)設(shè)計(jì)方法。參考答案：最少拍控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)方法有：調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法的改進(jìn):慣性因子法，延長(zhǎng)節(jié)拍法，換接程序法.6.3 已知不穩(wěn)定的廣義對(duì)象：, 試設(shè)計(jì)單位階躍作用下的最少拍調(diào)節(jié)器。參考答案： 6.4 已知的廣義對(duì)象Z傳遞函數(shù): 試設(shè)計(jì)單位階躍作用下的最少拍無波紋調(diào)節(jié)器.參考答案： 6.5 設(shè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，被控對(duì)象 ,采樣周期T=0.2s , 試設(shè)