计算机控制技术期末复习试题附答案

第一章 计算机控制系统概述 1、计算机控制系统的概念是什么 计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。 2、计算机系统由哪些部分组成并画出方框图。 计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。

3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些 稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性 4、计算机控制系统的主要特点有哪些 各项 连续控制系统 计算机控制系统 信号形式 都是模拟信号 模拟信号、数字信号皆有 控制规律实现 由模拟电路实现 由计算机通过程序实现 控制形式 整个过程始终连续控制 整个过程始终离散控制 控制器作用 一个控制器控制一个回路 一个控制器分时控制多个回路 功能强度 简单控制 具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能 自动化程度 自动化程度低 便于实现控制与管理的一体化

5、计算机控制系统是怎样分类的按功能和控制规律可分为几类 一、按控制系统的功能及结构特点分类 ①操作指导控制系统 ②直接数字控制系统DDC ③监督控制系统 SCC ④计算机分级控制 ⑤集散控制系统 DCS ⑥现场总线控制系统FCS

外部设备 操作台 输入通道 检测装置 输出通道 执行机构 计 算 机 被

控 对 象 二、按控制规律分类 ①程序和顺序控制 ② PID控制 ③最少拍控制 ④复杂规律的控制 ⑤智能控制

第二章 离散控制系统及Z变换分析法

1、计算机控制系统的信号形式有哪些 连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t) 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)

2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的 一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。则采样角频率只有满足下面的关系： ωs≥2ωmax 采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。否则不能从f *(t)中恢复f(t)。其中，ωmax是最高角频率，ωs是采样角频率。它与采样频率fs、采样周期T的关系为：

3、简述信号的恢复过程。零阶保持器的作用是什么其传递函数形式是什么 零阶保持器作用：将前一个采样时刻的采样值f(kT)恒定地保持到下一个采样时刻(k+1)T。也就是说在区间[ kT，(k+1)T ]内零价保持器的输出为常数。 零阶保持器的传递函数 设零阶保持器在(t)作用下的脉冲响应h(t)，而h(t)又可以看成单位阶跃函数1(t)与1(t-T)的迭加即：h(t)=1(t)-1(t-T)。 取拉氏变换，得零阶保持器的传递函数:

4、掌握常用信号的Z变换 6、Z变换的滞后定理和超前定理是如何描述的 9、脉冲传递函数定义是什么 零初始条件下，离散输出信号的Z 变换与离散输入信号的Z变换之比。

10、开环Z传递函数的求法： 15、采样系统稳定的条件是什么 采样系统稳定的条件：闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面上以原点为圆心的单位圆内。即|zi|<1 16、

17、求该系统在三种典型信号的作用下的Y(z

) R(

z) G(z)= 稳态误差。 0.368(0.718)()1(1)(0.368)zGZTszz



18、掌握计算机控制系统的稳定性分析：劳斯判据。 19、已知一采样控制系统，试求： (1)系统的闭环脉冲传递函数。 (2)判定系统的稳定性。 (3)系统对阶跃输入和斜坡输入的稳态误差。

第三、四章 计算机控制系统的离散化设计 1、D(z)的设计方法常见有哪两种 （1）离散化设计方法－－直接设计方法（重点） 思想：已知被控对象的Z传递函数G(Z) ，根据所要求的性能指标，设计数字控制器。 （2）连续化设计方法－－间接设计方法 思想：先设计控制器的传递函数D(s)，然后采用某种离散化方法，将它变成计算机算法。

2、最少拍系统概念最少拍控制中主要研究哪三种类型的设计方法 最少拍设计：就是系统在典型输入下，设计数字控制器D(z) 使闭环系统输出在最少个采样周期内能准确跟踪输入（或系统输出稳态误差为0）。 (1)最少拍控制器的设计：系统无误差，简单，但是本身缺陷多。 (2)最少拍有纹波控制器的设计：系统无误差，考虑了系统稳定性，但输出有纹波。 (3)最少拍无纹波控制器的设计：系统无误差，考虑了系统稳定性，输出无纹波。

3、简述数字控制器的离散化设计步骤。 （1）求广义对象的脉冲传递函数G(z); （2）根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需要的闭环脉冲传递函数Ф(z)和闭环误差脉冲传递函数Фe(z); （3）求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)； （4）根据D(z)求取控制算法的递推计算公式，就可编写控制算法程序。

4、不同输入时，最少拍控制器设计综合：

5、最少拍控制器的局限性体现在哪几个方面 最少拍控制器的设计只是使系统对某一典型输入的响应为最少拍，但对其他典型输入不一定为最少拍，甚至引起静差和超调： 当针对某一典型的输入函数R(z)设计的D(z)，用于次数较高的R(z)，系统将不能完全跟踪，产生稳态误差。 当针对某一典型的输入函数R(z)设计的D(z)，用于次数较低的R(z)，系统将出现超调； 显然，一种典型的最少拍控制器只适应一种特定的输入，而不能适用于各种输入。 6、最少拍有纹波控制器的设计

7、实例：设计最少拍有纹波控制系统。

8、最小拍有纹波控制器出现纹波的原因 数字控制器输出u(k)在若干拍后，不为0或常值，是震荡收敛的。 9、最小拍有纹波控制器出现纹波后对系统有什么影响消除纹波办法 输出在采样点之间有偏差；增加了执行元件的功率损耗和机械元件的磨损。 最小拍无纹波控制器能够消除输出纹波。 10、有纹波和无纹波设计唯一区别是什么 有纹波和无纹波设计唯一区别在于： 有纹波设计时， 包含G(z)单位圆上和单位圆外的零点； 无波纹设计时， 包含G(z)单位圆内、单位圆上、单位圆外的所有零点。

第五章 计算机控制系统的模拟化设计 1．模拟控制器的离散化方法有哪些各有什么特点 1、冲激不变法 2、加零阶保持器的Z变换法（常用） 3、差分变换法 4、双线性变换法 5、频率预畸变双线性变换法 6、零极点匹配法 冲激不变法的特点： ①D(z)与D(s)的脉冲响应相同。 ②若D(s)稳定，则D(z)也稳定。 ③D(z)不能保持D(s)的频率响应。（缺点） ④D(z)将ωs的整数倍频率变换到Z平面上的同一个点的频率，因而出现了混叠现象。（缺点） 加零阶保持器Z变换法的特点： ①若D(s)稳定，则D(z)也稳定。 ② D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。（缺点） 后向差分变换法的特点： ①稳定的D(s)变换成稳定的D(z)。 ②D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。（缺点） 前向差分变换法的特点： 稳定的D(s)不能保证变换成稳定的D(z)，且不能保证有相同的脉冲响应和频率响应。 双线性变换的特点： ①将整个S平面的左半面变换到Z平面的单位圆内，因而没有混叠效应。 ②稳定的D(s)变换成稳定的D(z)。 ③D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。（缺点） 2．什么叫模拟PID 调节器的数字实现它对采样周期有什么要求理由何在

3．位置式PID 算法和增量式PID 算法是什么各有什么样的优缺点 1．位置式 2、增量式 当执行机构不需要控制量的全值，而是其增量，由位置式可以导出增量PID控制算法。

利用增量型PID控制算法，可得到位置型PID控制算法的递推形式，即 两者本质相同，只是后者需要使用有附加积分作用的执行机构。但有如下优点： (1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小； (2)在k时刻的增量输出△u(k)，只需用到此时刻的偏差e(k)、以及前一时刻的偏差e(k-1)、前两时刻的偏差e(k-2)，这大大节约了内存和计算时间； (3)在进行手动——自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡； 4．试描述PID 调节器中比例系数，积分时间常数和微分时间常数的变化对闭环系统控制性能的影响（分别对动态响应性能和稳态响应性能影响）。 1、比例控制对系统性能的影响 对动态性能影响 Kp加大，使系统的动作灵敏，速度加快；但当Kp太大时，系统会趋于不稳定；当Kp太小时，使系统动作缓慢。 对稳态性能影响 加大比例控制Kp，在系统稳定的情况下，可以减少稳态误差，提高控制精度，但不能完全消除稳态误差。 2、积分控制Ti对系统性能的影响 对动态性能影响 积分控制Ti通常使系统的稳定性下降。当Ti太大时，系统会趋于不稳定；当Ti小时，对系统的性能影响减少。当Ti合适时，过渡特性比较理想。 对稳态性能影响 Ti能消除系统的稳态误差，提高控制精度，但Ti太大时，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差。 3、微分控制Td对系统性能的影响 对动态性能影响 微分可以改善动态特性，如减少超调量、调节时间缩短等。