《-计算机控制系统-》期末考试卷.doc

精品文档班号 学号 姓名 成绩 计算机控制系统 期末考试卷注意事项：1)接听手机发送短信等视同作弊 2)计算题不能只给结果,要有过程题目：一、填空 ( 30 分)1（4分）计算机控制系统主要是在 时间 和 幅值 上将连续系统离散的，影响系统的主要 因素是 采样周期 和 计算机字长 。2（2分）离散系统频率特性的主要特点是 采样频率ws 的周期函数 。3（6分）计算机控制系统中， A/D ， D/A ， 乘法 ， 右移 ， 常数存储 可能产生量化，一个量化单位是 12（b-1） ，b为计算机字长 。4（3分）零阶保持器对系统频率特性有什么影响 引起 -wT/2的相位延迟 ， 在 采样周期大 ， 系统频带高 时不可忽略。5（2分）离散系统由于量化产生的极限环振荡与系统传递函数的 极点 有关； 产生的不灵敏区与系统传递函数的 零点 有关。6（4分）量化的非线性效应是由运算的量化误差引起的，形成的本质是由于 阶梯非线性特性 。7（2分）被控对象离散化应当采用 z 变换，在离散域实现连续控制律一般应当采用 Tustin或其他差分、零极匹配 变换。8（3分）选择计算机控制的动态范围时，应当考虑 被控对象动态最大最小值 和 计算机数最大最小值 ，满足 计算机动态范围大于物理系统最大范围 的条件。9（2分）连续系统可控可观，采样系统仍然可控可观的条件是 对于相异特征根si和sj，满足：si-sjj2kp/T ，T为采样周期 。10（2分）在计算机中实现时，中哪个系数变化使根偏移量最 大 an ，特征根靠得太近会产生什么问题 离散化造成的根的偏移量增大 。二、作图题 ( 10 分)2.1（5分）试画出图1Z平面上两对极点各自对应的脉冲响应序列的大致形状。图1 图2 21解： 对于P1,2： (2分)，图形为：(1分)对于P3： (1分) ，图形为：或(1分)22（5分）连续信号幅频|F(jw)|如图2所示，试画出它的采样信号的幅频谱 |F*(jw)|,（不考虑相位）。图中，w1 = 6 rad/s, w2 = 8 rad/s, 采样频率 ws = 10 rad/s .解: 周期性2分，混叠2分，混叠后的准确图形1分三、计算题 ( 30 分)31（15分）考虑图3所示系统，采样周期T0.5秒。 图3求：（1）系统闭环传递函数W（z）=C(z)/R(z). （2）K为何值时系统稳定？ （3）K2时系统的位置误差，速度误差 解:(1) , （5分）(2) , 时系统稳定. （5分）(3) 位置误差: 速度误差: 系统为零型系统(无积分环节),其速度误差. （5分）32（15分）已知离散系统状态方程如下： 求：（1）系统是否可控？是否可观？ （2）取状态反馈u(k)=-Kx(k)+r(k)，求常值反馈阵K，使闭环极点为 z1,2 0 。 （3）设x(0) = 0, r(k) = 1, k 0，求 x(k)？ （4）闭环系统对r(k)是否可控？为什么？ （5）对于本例应如何选择观测器极点达到闭环要求？解: (1) ,系统可控 (2分) ,系统可观 (2分)(2) 设: 由,可得,得到K矩阵. (4分)(3) 由得到递推解:， k=2,3,4, （3分）（4）闭环系统对输入r(k)的可控性不变，因为状态反馈不改变系统的可控性。 （2分）（5）观测器的极点应位于z平面的原点，因为观测器收敛要快于系统收敛速度410倍，其极点应比系统闭环极点更接近原点，而系统闭环极点已经位于Z平面原点，所以观测器极点应位于原点。 （2分）四、实现综合题 ( 30 分)41（15分） 已知： ，求：（1）用Tustin方法离散，零极直接编排实现。 （2）采用截尾量化方式，分析采样周期与量化误差的关系（只考虑乘法量化）。 （3）若同时考虑A/D和乘法量化，T0.5秒，求输出端总的量化误差。 （4）计算机系统至少取多少位字长可使总量化误差 1% ?解：（1）零极直接编排实现如图：(4分)（2）截尾方式： ， 当T时，u(e)，(4分)（3）A/D量化影响： 乘法量化：T=0.5， （4分）（4）由 ，所以可以取b为12位以上字长。 （3分）42（15分）已知： 求：（1）画出零极实现框图（延迟环节最少） （2）配置比例因子、选择合适的限幅值及溢出保护点。 （3）画出减少输入输出之间计算时延的实时控制框图。解：（1）延迟环节最少的零极实现框图：（5分）（2）（5分）， 配置比例因子后的实现框图： 图中所有的加法处都应有溢出保护。（3）