计算机控制系统作业参考答案

《计算机控制系统》作业参考答案

作业一

第一章

1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。

答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件

部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。

图1.3-2 典型的数字控制系统

1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。

答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型：

①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的

参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。

②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID调节规律

外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、

自学习,最优控制等复杂的控制。

③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC计算机, 完成直接数字控制

功能；第二级SCC计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC计算

机提供最佳给定值和最优控制量等。

④分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督

计算机和CRT操作站相连。

1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？

答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。

与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点：

(1)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标.

(3)抗干扰能力强，稳定性好。 (4)可以得到比较高的控制精度。

(5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。

(6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度.

(7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。

第二章

2.1.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点?

答：在计算机控制系统中，通常既有连续信号也有离散信号，这些信号一般是信息流,而不是能量流。

可分为四种形式：⑴ 连续模拟信号：时间和信号的幅值都是连续的。

⑵ 阶梯模拟信号：时间是连续的，信号的幅值是阶梯形的。 ⑶ 采样信号：时间是离散的，信号的幅值是连续的脉冲信号。

⑷ 数字信号：信号的时间以及幅值都是离散的，且幅值经过了量化处理。

2.2.采样信号的频谱和原连续信号的频谱有何不同？

答：采样信号的频谱和原连续信号的频谱的区别：

①通常，连续信号带宽是有限的，频率的极限值wmax, 它的频谱是孤立的。采样信号的频谱是以ωs 为周期的无限多个频谱所组成。

②∣y(jw)∣和∣y*(jw) ∣形状相似。幅值只差一个比例因子1/T(又称为采样增益)。

2.3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述零阶保持器的特点。

答：保持器的原理是根据现在时刻或过去时刻输入的离散值,用常数、线性函数或抛物函数形成输出

的连续值。零阶保持器有如下特性：

①低通特性：保持器的输出随着信号频率的提高，幅值迅速衰减。

②相位滞后持性：信号经过零阶保持器会产生相位滞后，它对控制系统的稳定性是不利的。

2.4.试求下例函数的Z 变换：(采样周期为T)

答：

（1）f (t)1(t T)=- （2）9t t 0f (t)0

t 0

≥⎧=⎨

<⎩

1

()1

F z z =

- 2

9()(1)Tz F z z =- （3）k 1

a k 1,2,3,f (k)0k 0-⎧=⋅⋅⋅

=⎨

≤⎩ （4）at e sin 2t t 0

f (t)0

t 0

-⎧≥=⎨

<⎩ ()()z

F z a z a =- 22sin 2()2cos 2aT aT aT

ze T F z z ze T e ---=-+

2.5.设函数的La 氏变换如下，.试求它们的Z 变换:

答：

（1）s 3F(s)(s 2)(s 1)+=

++ （2）2

1

F(s)(s 5)=+

22()T T

z z

F z z e z e ---=+-- 552()()T T Tze F z z e --=-

（3）3

1

F(s)s

=

（4）210F(s)s (s 1)=+ 23(1)()2(1)T z z F z z +=- 21010(1)()(1)(1)()

T T

Tz e z

F z z z z e ---=---- （5）210

F(s)s 16

=

+

2

2.5sin 4()2cos 41

z T

F z z z T =-+

2.6已知函数的Z 变换如下，.试求它们的y(kT):

答：（1）2

z

Y(z)z 1

=

- （2）2z Y(z)(z 1)(z 2)=-- 1(1)()22k y kT -=- ()21k

y kT k =--

（3）22z Y(z)(z 1)(z 2)=++ （4）1

Y(z)z(z 0.2)

=-

()2(1)4(2)k k y kT =--+- ()25(0.2)k y kT =

（5）20.6z

Y(z)z 1.6z 0.6

=++ （6）1111

13z 3z Y(z)(10.5z )(10.8z )-----+=-- () 1.5(0.6) 1.5(1)k k y kT =--- 3531()0.50.836

k k

y kT =-

+ （7）412z Y(z)(1z )--=- （8）aT aT 2

Te z

Y(z)(z e )

--=- ()3y kT k =- ()akT y kT kTe -=

2.7求下列函数的初值和终值：

答：（1） 2.7z

F(z)z 0.8

=- （2）221.6z z F(z)z 0.8z 0.5-=-+

(0) 2.7

()0

y y =∞= (0) 1.6

()0y y =∞=