計算機控制系統(tǒng)課后作業(yè)

2.5說明光電耦合器的作用、用法及注意事項。光電耦合器的作用：

從工業(yè)現(xiàn)場獲取的開關(guān)量或數(shù)字量的信號電平往往高于計算機系統(tǒng)的邏輯電平

，

即使輸入開關(guān)量電壓本身不高

，

也有可能從現(xiàn)場引入意外的高壓信號

，因此必須采取電隔離措施

，

以保障計算機系統(tǒng)的安全

。常用的隔離措施是采用光電耦合器件實現(xiàn)的。光電耦合器的用法：

下圖為原理圖

。

當(dāng)輸入側(cè)(即發(fā)光二極管)流過一定的電流IF

時

，

發(fā)光二極管開始發(fā)光

，

它觸發(fā)

光敏三極管使其導(dǎo)通；

當(dāng)撤去該電流時

，

發(fā)光二極管熄滅、

三極管截止

。這樣

，

就實現(xiàn)了以光路來傳遞信號

，

保證了兩側(cè)電路沒有電氣聯(lián)系

，

從而達(dá)到了隔離的目的。2.5光電耦合器的注意事項:①輸入側(cè)導(dǎo)通電流要使光電隔離器件導(dǎo)通，必須在其輸入側(cè)提供足夠大的導(dǎo)通電流，以使發(fā)光二極管發(fā)光。不同的光電隔離器件的導(dǎo)通電流也不同，典型的導(dǎo)通電流IF=10mA。②頻率特性受發(fā)光二極管和光敏元件響應(yīng)時間的影響，光電隔離器件只能通過一定頻率以下的脈沖信號。因此，在傳送高頻信號時，應(yīng)該考慮光電隔離器件的頻率特性，選擇通過頻率較高的光電隔離器。③輸出端工作電流光電隔離器輸出端的灌電流不能超過額定值，否則就會使元件發(fā)生損壞。一般輸出端額定電流在mA量級，不能直接驅(qū)動大功率外部設(shè)備，因此通常從光電隔離器至外設(shè)之間還需設(shè)置驅(qū)動電路。④輸出端暗電流這是指光電隔離器處于截止?fàn)顟B(tài)時,流經(jīng)輸出端元件的電流,此值越小越好。在設(shè)計接口電路時,應(yīng)考慮由于輸出端暗電流而可能引起的誤觸發(fā),并予以處理。⑤隔離電壓它是光電隔離器的一個重要參數(shù),表示了其電壓隔離的能力。⑥電源隔離光電隔離器件兩側(cè)的供電電源必須完全隔離。無論是輸入隔離還是輸出隔離,只要采取光電隔離措施,就必須保證被隔離部分之間電氣完全隔離,否則就起不到隔離作用了。從而:T1＝0.25秒，1＝0.04秒，1＝2/32秒0.196秒。得min=0.04秒。2.15已知連續(xù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試求采用計算機閉環(huán)控制時采樣周期的選擇范圍。解:將系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)寫成3.6

求下列脈沖傳遞函數(shù)的終值⑴

(2)(3)3.7用z變換求解差分方程其中初始條件為y(0)=0,y(1)=1。解:對y(k+2)-8y(k+1)+12(k)=0進行z變換得(平移定理)查表得第三章習(xí)題3.8用部分分式法求下列脈沖傳遞函數(shù)的z反變換(1)(3)(5)(2)(4)(6)3.8解:查表求逆z變換得第三章習(xí)題答案查表求逆z變換得查表求逆z變換得第三章習(xí)題答案查表求逆z變換得查表求逆z變換得查表求逆z變換得第三章習(xí)題3.11設(shè)被控對象傳遞函數(shù)為在對象前接有零階保持器,試求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)。第三章習(xí)題3.12設(shè)線性離散系統(tǒng)的差分方程為試求其脈沖傳遞函數(shù)。由差分方程有y(k)+2y(k-1)+1.4y(k-2)=4r(k-1)+r(k-2)求z變換得第四章習(xí)題4.7設(shè)閉環(huán)離散系統(tǒng)如圖4.18所示,其中采樣期,試求系統(tǒng)穩(wěn)定時K的取值范圍。z2+(0.0368k-1.368)z+(0.368+0.0264k)=

0由二次項特征方程z域直接判別法有第四章習(xí)題答案4.7解:由特征方程即

?！磌〈24有要求:(1)當(dāng)時，分別在z域和w域中分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(2)確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。4.8設(shè)離散系統(tǒng)如圖4.19所示,采樣周期階保持器,而第四章習(xí)題為零,第四章習(xí)題答案4.8解:Z變換得由直接判別法知

時系統(tǒng)不穩(wěn)定

當(dāng)

時系統(tǒng)穩(wěn)定。 特征方程為整理得第四章習(xí)題4.17設(shè)離散控制系統(tǒng)如圖4.21所示,且a=1,K=1,T=1s求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。先求脈沖傳函,4.17解:采樣周期T=1s,試分別采用前向差分法和后向差分法求其等效的數(shù)字控制器,并畫出s域和z域?qū)?yīng)的極點位置,說明其穩(wěn)定性。第五章習(xí)題5.2

已知模擬控制器的傳遞函數(shù)為后向差分法前向差分法第五章習(xí)題答案5.2解:前向差分法不穩(wěn)定。后向差分法穩(wěn)定。試分別用階躍響應(yīng)和脈沖響應(yīng)不變法求D(z)的等效數(shù)字控制器，其中采樣周期T=1s。脈沖響應(yīng)不變法:離散近似后的數(shù)字控制器的脈沖響應(yīng)gD(kT)是模擬控制器的脈沖響應(yīng)采樣值g(kT)的T倍。D(Z)=TZ[GC(S)]階躍響應(yīng)不變法:離散近似后的數(shù)字控制器的階躍響應(yīng)序列與模擬控制器的階躍響應(yīng)的采樣值一致。第五章習(xí)題5.9

已知某系統(tǒng)連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)第五章習(xí)題答案5.9解:第五章習(xí)題5.12已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為現(xiàn)用數(shù)字PID算法實現(xiàn)它,試寫出其相應(yīng)的增量型PID算法輸出表達(dá)式。設(shè)采樣周期T=1s。第六章習(xí)題答案6.1什么是最少拍系統(tǒng)?最少拍系統(tǒng)有什么不足之處?解:最少拍控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)在典型輸入信號作用下，經(jīng)過最少拍使系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)誤差為零。不足之處:只針對某種典型輸入進行設(shè)計，當(dāng)輸入形式改變時，系統(tǒng)性能變壞，輸出響應(yīng)不一定理想。其中，m為廣義對象G(z)的瞬變滯后，該滯后只能予以保留（不包括延遲環(huán)節(jié)時m=1）；bi為G(z)在z平面的不穩(wěn)定零點；u為G(z)不穩(wěn)定零點數(shù)；v為G(z)不穩(wěn)定的極點數(shù)(z=1極點除外)；q分別取1，2，3；ci為q+v個待定系數(shù)，ci(i=0,1,2,…,q+v－1)應(yīng)滿足下式:6.2

設(shè)不穩(wěn)定對象試對單位階躍輸入設(shè)計最少拍有紋波控制器。第六章習(xí)題答案6.2解:由知則6.10大林算法與PID算法之間有什么關(guān)系?解:如果被控對象存在純時間滯后，則對其控制的難度往往較大。如果在這種情況下，對系統(tǒng)的要求是無超調(diào)量或超調(diào)量很小，并且允許有較長的調(diào)節(jié)時間，則大林算法的控制效果往往比PID等控制算法具有更好的效果。用飛行曲線法測得電阻爐的有關(guān)參數(shù)如下:ka=1.16,c=30s,Ta=680s若采用零階保持器，取采樣周期T＝6s，要求閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)TC=350S用大林算法求取對電阻爐實現(xiàn)溫度控制的數(shù)字控制器的算式第六章習(xí)題6.12某電阻爐,其傳遞函數(shù)可近似為帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)不論是對一階慣性對象還是對二階慣性對象,大林算法的設(shè)計目標(biāo)都是使閉環(huán)傳遞函數(shù)Φ(s)相當(dāng)于一個純滯后環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián),其中純滯后環(huán)節(jié)的滯后時間τ與被控對象的純滯后時間完全相同。這樣就能保證使系統(tǒng)不產(chǎn)生超調(diào),同時保證其穩(wěn)定性。因此式中,Tc為理想閉環(huán)系統(tǒng)的一階慣性時間常數(shù)。大林(Dahlin)算法29第六章習(xí)題答案6.12解:第七章習(xí)題7.2求下述脈沖傳遞函數(shù)所述系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式,并畫出系統(tǒng)的方塊圖。第七章習(xí)題答案7.2解:設(shè)

x1(k)=y(k)

k9得動態(tài)方程得系統(tǒng)差分方程:第七章習(xí)題答案狀態(tài)空間表達(dá)式為:確定狀態(tài)反饋增益矩陣K，使系統(tǒng)具有閉環(huán)極點:z1=0.6+j0.4,z2=0.6-j0.4第七章習(xí)題7.10給定被控對象