計算機控制系統(tǒng)-清華大學出版社-何克忠-李偉-習題參考答案

1、第一章1.1 計算機控制系統(tǒng)是怎么樣分類的？按功能和控制規(guī)律可各分幾類？答：計算機控制系統(tǒng)可按功能分類，按控制規(guī)律分類和按控制方式分類。記為計算機控制網絡。方框圖：P115 圖1.21 輸出反饋計算機控制系統(tǒng)1.9 簡述采樣定理及其含義。答：采樣定理：如果采樣角頻率 =2 /T大于2,量化誤差1.21 動態(tài)特性可以由哪些指標來衡量？第二章2.已知Y(z)= - + -1.y(kT)= u(kT)+ u(kT-T)- y(kT-T) u(kT)為單位階躍序列)U(z)- Y(z)2.6 已知時間序列，試求相應的Z變換：1.3 (kT)=(z-1)=(z-0.5)Y(z)= -2.10 已知系統(tǒng)的

2、方框圖，試求輸出量的Z變換Y(z):15.解：Y(z)=NG(z)-2.14 S平面與Z平面的映射關系z=解：系統(tǒng)的特征方程為：1+ =0;得 -Z+0.632=0勞斯表第一列元素都為正，系統(tǒng)穩(wěn)定。第三章1.G(s)=K/(s+a)1.x(kT+T)=解：1.x(kT+T)=4.2 采樣頻率的選擇受哪些因素的影響？信號的保真性（T 大 系統(tǒng)的保真性）(P20 采樣定理)穩(wěn)定性(系統(tǒng)（T 大 P114 例3.15）非線性（P125-P126）(T 小 非線性加大)快速性（P125）(T 小 調節(jié)時間短)成本（T 小 成本高）z111=z110.5z z )12111數z 和1z z z111G

3、(z)c10.8z1e2HG(z)具有zz1 1。 z z ) ; z z ) 由 1111 z z z z )11111-0.5z ）G (z)cG (z)(z)1D(z)=10.4444z1e z Z1)-= e ) 5z553.1606z1sTs(s1ze(T)z )1-0.3679z1s111、z1-0.3679z ）11z 13.1606z1-z ）112、2z -z 1-z ）121z ,13.1606z1-z ）11 23、3z -3z z ）（1-z ）1231z ,1z1-z ）11 35.1 離散的計算機控制系統(tǒng)，在什么情況下可以近似看做連續(xù)系統(tǒng)？why?只要合理選擇計算機

4、控制系統(tǒng)的元部件，選擇足夠高的采樣角頻率 s,或足夠短的采樣周期 T,離散的計算機控制系統(tǒng)就可以近似看做連續(xù)系統(tǒng)。原因見 P147-P1485.2 試列出數字 PID 控制的位置算式、增量算式和速度算式。位置式 PID :課本 151 頁 式 5-14增量式 PID：課本 154 頁 式 5-34速度式 PID：課本 154 頁 式 5-365.3 試列出數字 PID 調節(jié)器的Z 傳遞函數。-z )z )11 2D(z)=1z1 T 5.4 為什么要引進積分分離 PID 算法，試列出積分分離PID 算式。系統(tǒng)中加入積分校正以后，會產生過大的超調量，這對某些生產過程是絕對不允許的，引進積分分離算

5、法，既保持了積分的作用，又減小了超調量，使得控制性能有了較大的改善。當|e(kT)|Eo| PD 157頁 式 5-39當|e(kT)| |eo| 時，e(kT)=e(kT)當|e(kT)| =|eo|時，e(kT)=05.8 數字 PID 調節(jié)器需整定哪些參數？數字 PID 調節(jié)器參數的整定，除了需要確定d ，還需要確定系統(tǒng)的采樣周期 T5.9 簡述 PID 參數 Kp,Ti,Td對系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性的影響。1、比例控制 Kp對系統(tǒng)性能的影響（）對動態(tài)性能的影響比例控制 Kp加大，是系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，Kp偏大，振蕩次數加多，調節(jié)時間加長。當 Kp 太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。若

6、Kp 太小，又會使系統(tǒng)動作緩慢。（）對穩(wěn)態(tài)特性的影響加大比例控制 ，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差 ss,提高控制精度，但是不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。2 積分控制 Ti 對控制性能的影響（） 對動態(tài)特性的影響Ti 偏小，振蕩次數較多，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。Ti 太大，對系統(tǒng)性能的影響減少。當 Ti 合適時，過度特性比較理想。（） 對穩(wěn)態(tài)特性的影響Ti 能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但是 Ti太大時，積分作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。4、 微分控制 Td對控制性能的影響微分控制可以改善動態(tài)特性。當 Td 偏大時，超調量較大，調節(jié)時間較長。當 Td偏小時，超調量也較大，調節(jié)時間 t

7、s也較長。只有比較合適時，才可以得到比較滿意的過程。5.10 選擇采樣周期應考慮哪些因素的影響？信號的保真性（T 大 系統(tǒng)的保真性）(P20 采樣定理)穩(wěn)定性(系統(tǒng)（T 大 P114 例 3.15）非線性（P125-P126）(T 小 非線性加大)快速性（P125）(T 小 調節(jié)時間短)成本（T 小 成本高）通常，選 T/T 為m5.11 簡述擴充臨界比例度法選擇PID 參數。擴充臨界比例度法是以模擬調節(jié)器中使用的臨界比例度法為基礎的一種PID 數字調節(jié)器參數的整定方法。整定步驟：、選擇合適的采樣周期 ，調節(jié)器作純比例 Kp控制。、逐漸加大比例 使控制系統(tǒng)出現振蕩。、選擇控制度。、按 “擴充臨

8、界比例度法 PID 參數計算公式”(P165 表 5.2)選擇采樣 T，Kp,Ti,Td。5、按照求得的整定參數，設數運行，觀察控制效果，再適當調整參數，直到獲得比較滿意的控制效果。5.12 簡述擴充響應曲線法選擇PID 參數。在數字調節(jié)器參數的整定中也可以采用類似模擬調節(jié)器的響應曲線法，稱為擴充響應曲線法。應用擴充響應曲線法時，要預先在對象動態(tài)響應曲線上求出等效純滯后時間,等效慣性時間常數 Tm 及他們的比值 Tm/, 響應曲線法 PID 數字調節(jié)器參數計算公式”(P166 表 5.3)，再利用查到的這些系數算出 T, K , T, T 。pid5.13 簡述 PID 歸一參數法及其優(yōu)點，試

9、列出算式。為了減少在線整定參數的數目，根據大量實際經驗的總結，人為假設約束的條件，以減少獨立變量的個數。例如取 0.1Ts 0.5Ts, Td0.125Ts則u(kT)= 5.14 簡述自尋最優(yōu) PID PID 調節(jié)器的特點。參見課本 168-171 頁8.16 大林算法的要點是什么？試 G(s)=8e(-10s)/(1+2s)為例，用大林算法設計數字調節(jié)器 （）.設計目標：使理想的系統(tǒng)的閉環(huán)傳函成為“一階慣性”加“純滯后”環(huán)節(jié)，應用于純滯后較大的被控對象。即：理想的期望的整個)系統(tǒng)的閉環(huán)傳函為:e sG (s ) 1 T scm 是對象的純滯后:即取采樣周期 T”的整數倍:m 是期望的時間常數。Tz 1-eT/T）1-e e(l10s z )z1(10T)/TGc(z)=D(z)=;1eT/Tmzs 12sze0.5T1G (z)cHG(z-c(z8.17 什么是振鈴？振鈴是怎樣引起的？如何消除振鈴？數字調節(jié)器在單位階躍輸入作用下，第 0 拍輸出與第 1