计控考试参考答案

1、.1.1 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？答：可以按照系统的功能、控制规律、控制方式进行分类。 按功能可分为：a.数据处理系统b.直接数字控制（DDC）c.监督控制（SCC） d.分级控制e.集散型控制（DCS）f.计算机控制网络 按照控制规律可分为：a.程序和顺序控制b.PID控制c.有限拍控制 d.复杂规律的控制e.智能控制1.2 计算机控制系统由哪些部分组成？并画出方框图。答：由数字控制器、D/A转换器、保持器、执行器、被控对象、测量元件、变送单元、A/D转换器组成。1.12 设有模拟信号（0-5）V和（2.5-5）V，分别用8位、10位和12位A/D转换器，使计

2、算并列出各自的量化单位和量化误差。1.19 计算机控制系统由哪些主要的性能指标？如何衡量？答：计算机控制系统的性能跟连续系统类似，可以用稳定性、能控性、能观测性、稳定特性、动态特性来表征，相应地用稳定裕量（相角裕量和幅值裕量）、稳态指标（稳态误差）、动态指标（超调量、调节时间、峰值时间、振荡次数）和综合指标（积分型指标、末值型指标、复合型指标）来衡量一个系统的好坏或优劣。1.26 计算机控制将向哪些方向发展？答：a.最优控制b.自适应控制c.系统辨识d.分级控制e.集散型控制2.8 已知拉氏变换式，试求离散化后的Z变换式：1.1/s解:1/s的拉氏反变换是1，故Z变换式是z/z-1。2.9 试

3、求下列函数的Z反变换;2.12 已知系统的方框图，G(s)=K/s(s+a)，试求系统（见习题2.17）的闭环Z传递函数Gc（z）。所有牵扯到求闭环传递函数的题目，将a,T代入上式即可。2.13 T=1s,G(s)=1/s（s+0.3），试分析系统在典型输入作用下的输出响应和稳态误差。1. 单位阶跃响应 2.单位速度输入 3.单位加速度输入解：带入a=0.3 T=1s K=1得闭环传递函数（单位阶跃响应）2.20 已知系统反方框图如2.12中，G(s)=K/s(s+1)，试求系统的临界放大倍数。解：将已知给定的T带入Gc（z）中，见2.12Gc（z），其中a=1，求得Gc（z）。其他见下例。这

4、里取T=1s求得Gc(z)建立劳斯列表有欲使系统稳定，必须使劳斯列表你第一列个元素为正。故有解得0K2.4，故临界放大倍数Kc=2.4。例2.34 设线性离散系统如2.12图，a=1/s,K=1,T=1s,输入序列位单位节约序列。试分析系统的过渡过程。解：将已知参数带入得闭环传递函数Gc(z)由Z变换的定义，离散系统输出时间序列为y(0)=0 y(T)=0.368 y(2T)=1 y(3T)=1.4 y(4T)=1.4 y(5T)=1.147 y(6T)=0.895y(7T)=0.802 y(8T)=0.868 y(9T)=0.993 y(10T)=1.077 y(11T)=1.081 y(1

5、2T)=1.032 y(13T)=0.981 y(14T)=0.961 y(15T)=0.973 y(16T)=0997线性离散系统在单位阶跃响应下，调节时间约12s，超调量约为40%，峰值时间为3s，振荡次数为1.5次，衰减比约为2:1，稳态误差ess=0。3.1 已知线性系统的差分方程，试导出离散状态空间表达式：解：1.由差分方程知;n=2,m=0,p=1(输出向量维数) a0=1,a1=0.2,a2=0.5,b0=1 离散状态空间表达式：2. 线性离散系统的阶数n=2 a0=1,a1=0.5,a2=0.2,a3=1,b0=0,b1=0,b2=1,b3=1.2 h0=b0=0;h1=b1-

6、a1h0=0;h2=b2-a1h1-a2h0=1;h3=b3-a1h2-a2h1-a3h0=0.73.3 已知线性离散系统的离散状态方程;1. 使用迭代法，求解x(kT);2. 试用Z变换法求解x(kT);解：1.令k=0,1,2,.,及初始条件代入离散状态空间表达式，可以得到2.好复杂，自己求吧，然后再求Z反变换即可。4.5 设有限拍系统如图，试设计单位阶跃输入时的有限拍D(z)。1. 有限拍有纹波调节器 2.有限拍无纹波调节器解;1.广义对象的Z传递函数HG（z）的分子含有z-1因子，因此闭环传递函数Gc（z）应包含z-1，可选择2. 闭环传递函数Gc（z）应选择包含z-1和HG（z）的全

7、部零点，所以解得a=0.556 b0=1 b1=0.445有限拍无纹波调节器为4.7 设有限拍系统如图，是设计在各种典型输入时的有限拍尤文吧调节器D(z)。1. 单位阶跃输入 2.单位速度输入 3.单位加速度输入解：1.广义对象的Z传递函数2. 单位速度输入时3. 单位加速度输入时代入D(z)式中即可。4.8 设有限拍系统如上图，试设计在单位阶跃输入时，不同采样周期的有限拍有纹波调节器D(z)。1. T=10s 2.T=1s 3.T=0.1s 4.T=0.01s解：广义对象的Z传递函数为HG（z）这里取T=1s得出同理将其他T代入。5.2 试列出数字PID控制的位置算式、增量算式和速度算式。位

8、置算式：增量算式：速度算式：5.3. 试列出数字PID调节器的Z传递函数。5.8. 数字PID调节器需整定哪些参数？答： Kp、Ti、Td、采样周期T。5.9 简述PID参数Kp、Ti、Td对系统的动态特性和稳态特性的影响。答：（1）比例控制Kp对系统性能影响动态特性比例控制Kp加大，使系统的动作灵敏，速度加快，Kp偏大，振荡次数加多， 调节时间加长。当Kp太大时，系统会趋于不稳定。若Kp太小，又会使系统的动作缓慢；稳态特性加大比例控制Kp，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差ess,提高控制精度，但是加大Kp只是减少ess，却不能完全消除稳态误差。（2） 积分控制Ti对控制性能的影响动态特性

9、通常使系统的稳定性下降。Ti太小系统将不稳定。Ti偏小，振荡次数较多，Ti太大，对系统性能的影响减少。当Ti合适时，过渡特性比较理想。稳态特性能消除系统的稳态误差，提高控制系统 的控制精度。但是若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对控制性能的影响微分控制可以改善动态特性，如超调量p减少，调节时间ts缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。当Td偏大时，超调量p较大，调节时间较长。当Td偏小时，超调量p也较大，调节时间ts也较长。只有合适时，可以得到比较满意的过渡过程。5.11 简述扩充临界比例度法选择PID参数。答：扩充临界比例度法是以模拟调节器

10、中使用的临界比例度法为基础的一种PID数字调节器参数的整定方法。整定步骤：（1） 选择合适的采样周期T，调节器作纯比例Kp控制；（2） 逐渐加大比例Kp，使控制系统出现临界振荡；（3） 选择控制度；（4） 查表选择采样周期T，Kp，Ti和Td。7.1 已知线性离散状态方程，试判断系统的能观性。7.2 已知线性离散状态方程和输出方程，试判断系统的能观测性。10.1 计算机控制的总体方案设计通常包含哪些内容？答：（1）工艺设备、工艺流程、环境条件；（2）总体设计要求；（3）工艺控制要求及技术指标；（4）经费估算；（5）制定工程进度。10.4 如何提高工业控制机的可靠性?答：（1）系统的结构设计；（2）元器件的选择，老化筛选；（3）信号、电源接地的抗干扰措施；（4）感性负载回路的抗干扰措施；（5）多重化结构技术；（6）信号隔离技术；（7）看门狗及电源掉电检测技术；（8）提高软件设计的可靠性。10.9 简述提高软件设计可靠性的措施。答：（1）程序高速循环法；（2）输出反馈、表决和周期刷新；（3）灵活使用存储器；（4）实时诊断技术；（5）数字滤波技术。10.14 计算机辅助设计、计