宁夏大学物理电气信息学院计算机控制系统试题五答案

宁夏大学物理电气信息学院计算机控制系统试题五答案一、简答题（每小题4分，共40分）1、简述采样定理的基本内容。答：采样定理: 如果连续信号 )(tf 具有有限频谱，其最高频率为 max ,则对 )(tf 进行周期采样且采样角频率 max2 s 时，连续信号 )(tf 可以由采样信号 )(* tf 唯一确定，亦即可以从 )(* tf 无失真地恢复 )(tf 。2、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？答：线性离散控制系统稳定的充要条件是： 闭环系统特征方程的所有根的模z i1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。3、脉冲响应不变法的基本思想是什么？答：脉冲响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的脉冲响应gD(kT)是模拟控制器的脉冲响应采样值g(kT)的T倍4、写出增量型PID的差分控制算式。答：增量型PID控制算式可以写为 )2( 2111 iiiDiIiiPii eeeTTeTTeeKuu5、如何消除比例和微分饱和现象？答：“积分补偿法”。其中心思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能再补充执行。这样，动态过程也得到了加速。 即，一旦u超限，则多余的未执行的控制增量将存储在累加器中；当控制量脱离了饱和区，则累加器中的量将全部或部分地加到计算出的控制增量上，以补充由于限制而未能执行的控制。6、给出线性定常离散系统的能控性定义。答：对于n阶线性定常离散系统 )()()1( kBkAk uxx ； 0)0( xx ，若存在有限个输入向量序列 )1(),1(),0( luuu nl 能将某个初始状态0)0( xx 在第l步控制到零状态，即 0)( lx ，则称此状态是能控的。若系统的所有状态都是能控的，则称此系统 ),( BA 是状态完全能控的，或简称系统是能控的。7、给出线性定常离散系统的能观性定义。 答：若系统 )()()( )()()1( kkCk kBkAk Duxy uxx 若已知输入序列 )1(),1(),0( nuuu 和有限个采样瞬间测量到的输出序列 )(ky ，即 )1(),1(),0( nyyy ，可以唯一地确定出系统的任意初始状态 0)0( xx ，则称系统是状态能观测的，或简称能观测。8、简述计算机网络的功能及特点。答：（1）数据信息的快速传输和处理，以实现实时管理和实时监控。（2）可共享计算机系统资源。（3）提高了计算机的可靠性。（4）能均衡负载、互相协作。（5） 能进行分布处理。在计算机网络中，可根据具体要求选择网内最合适的资源来处理。（6） 计算机网络的智能化，提高了网络的性能和综合的多功能服务，并能更加合理地进行应用，以提高综合信息服务的水平。 9、基于Internet网络的控制在控制领域的应用中有着怎样的优势？答：基于Internet网络的控制在控制领域的应用中有着如下优势：（1）能够远程遥监测、控制被控对象的特性和行为；（2） 能使世界各地的专家足不出户、协同作业对被控对象进行控制；（3）从商业角度来说，由于员工的地理可分散性，大大提高了企业或公司的经营效率，从而降低了企业或公司的经营成本。10、为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取的措施有哪些？答：为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取以下几种措施：（1）提高元器件和设备的可靠性；（2）采取抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力；（3）采用可靠性设计技术；（4）采用故障诊断技术。 二、已知 )5( 1)( sssF 求 )(zF （10分）解： 1 5 15 -11 5 11 1 1 1( ) ( ) ( 5) 5 1 10.2(1- ) = (1 )(1 ) TT TF z Z F s Z s s z e ze zz e z 三、已知系统框图如下所示： T=1s (10分) 判别系统稳定性。解：系统开环传递函数为 1 1 11 11 1 1 21( ) ( ) ( 1)1 1 1 ( 1) 1 10.632 0.632 (1 )(1 0.368 ) 1 1.368 0.368G z Z G s Z s sZ s s z e zz zz z z z 系统闭环特征方程21 ( ) 0.736 0.368 0G z z z 采用双线性变换 11 wz w 得w平面特征方程为 22.104 1.264 0.632 0w w 建立劳斯表 w2 2.104 0.632w1 1.264w0 0.632由劳斯判据可知系统稳定。四、用后向差分法求下列模拟滤波器D(s)的等效数字滤波器，并给出差分递推算式，设T=1s, (10分)2( ) ( 1)( 2)D s s s 解：使用后项差分离散化方法，令 11 zs T ，则 1 2 11( ) 2( ) ( )( ) 5 6s zU zD z D sE z z z 可得其差分递推算式为 )1(1ssr(t) y(t)- T 5 1 1( ) ( 1) ( 2) ( )6 6 3u k u k u k e k 五、已知广义被控对象: 111)( ssesG Ts , 给定T=1s (20分)针对单位阶跃输入设计最小拍无纹波控制系统, 并画出系统的输出波形图。解：广义对象脉冲传递函数为 11 11 1( ) ( ) 11 0.632 (1 ) ( 1) 1 0.368TseG z Z G s Z s s zz Z s s z 可以看出，G(z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内)，故w=0,v=0(单位圆上除外), m=1。针对阶跃输入进行设计，故p=1。于是可设 1 0( )z z c 0(1) 1c 解得 0 1c 。闭环脉冲传递函数为 1 1( )( ) 1 ( ) 1ez zz z z 则 11( ) 1 0.368( ) ( ) ( ) 0.632(1 )e z zD z z G z z 1 1 2 31( ) ( ) ( ) 1 zY z R z z z z zz （图略）六、采用逐点比较法插补直线OP，起点坐标O(0，0)，终点坐标P(5，-4)，要求以表格形式给出插补计算过程，并画出插补运动轨迹。（10分）解：插补运算过程如下步数 误差判别 坐标进给 误差计算 终点判别初始化 F=0 =5+4=9 1 F=0 +x F=F-yp=-4 =-1=82 F0 +x F=F-yp=-3 =-1=6 4 F0 +x F=F-yp=-2 =-1=46 F0 +x F=F-yp=-1 =-1=28 F0 +x F=F-yp=0 =-1=0 End（图略）