计算机控制系统A卷-答案

1、一、填空（每空1分，共13分）1. 如果将连续控制系统的_控制器_用计算机来实现，就构成了计算机控制系统， 该系统由计算机系统和生产过程两大部分组成。2. 按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量 过程通道 。3. 总线是一组信号线的集合。这些线是系统的各插件间（或插件内部芯片间）、各系统之间_传送规定信息的公共通道，有时也称数据公路，通过它们可以 把各种数据和命令传送到各自要去的地方。4. 线性离散系统的脉冲传递函数定义为零初始条件下，系统或环节的输出采样函数z变换 和 输入采样函数z变换 之比。5. 控制度以误差平方积分作为评价函数，反映了 数字控制的控制效果对模拟

2、控制的控制效果的相当程度。通常，当控制度为1.05时，两者的控制效果相当。6. 最小拍控制是指系统在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等） 作用下，经过最少个采样周期使系统输出的稳态误差为零。因此，最小拍控制实 际上是时间最优控制 。二、简答题（8题，共40分）1、连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？答:与连续控制系统相比,计算机控制系统U冇以下特点:（2）在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的（数字控制器）， 修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。（4）（5）.（6）采用计算机控制，如分级计算机控制、 集散控制系统、计算机网络等，便

3、于 实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。2. 简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。答：（1）连续信号连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的、也可以是断续的。（2）模拟信号模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者 等同起来，均指模拟信号。(3) 离散信号离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。(4) 采样信号采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。(5) 数字信号数字信号是幅值整

4、量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。3. 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器 立即产生控制作用，控制作用的强弱取决于比例系数 Kp。系统响应为有限值的控 制对象存在静差。加大比例系数 Kp可以减小静差，但是Kp过大时，会使系统的 动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。(2) 积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，积分时间常数Ti大，则积分作用弱，反之强。增大Ti将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定 性。弓I入积分调节的代价是降低系统的快速性。(3) 微分调节器：为加快控制过程，

5、有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变 化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用 的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。4. 何为最少拍设计？答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信 号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。5. 计算机控制系统中主机有那些？答：工业计算机，可编程序控制器，单片机，嵌入式控制器，数字信号处理器，ARM处理器6. 干扰的作用途径是什么？答：无论是内部干扰还是外部干扰，都是从以下几个途径作用于系统的。1) 传导耦合2) 静电耦合3) 电磁耦合4) 公共阻抗耦合7某加热炉温度

6、变化范围为01600C,经温度变送器和调理电路输出电压为 1 5V，再经ADC0809转换(ADC0809的输入范围15V)，使计算当采样数值为9BH 时，所对应的加热炉温度是多少？ (6分)解：FFH= (255) 109BH= (155) 10丫0“丫0养=16吩73C8.某加热炉温度变化范围为01600C,经温度变送器和调理电路输出电压为 1 5V，再经ADC0809转换(ADC0809的输入范围15V),使计算当采样数值为9BH 时，所对应的加热炉温度是多少？ (6分)解：FFH= (255) 109BH= (155) 10Yx 弋YmY。丄 6002197 3NmN。25 5三、计算

7、题(4题，30分)1.用双线性变换法求模拟控制器D(s)=ss 2等效的数字控制器,设采样周期T=0.5s。(5 分)解:D(z)= D(s)1 21_0.0417(1+z)2 1z 了 2 1z 二二刀0.3333Z)+ 22.设被测温度变化范围为少位的A/D转换器？( 5分)0C1200C,如果要求误差不超过0.4C,应选用分辨为多解：n兰log 121200、+0.4丿122.已知系统的差分方程为y(k) y(k -1) = r (k - 2)输入信号是1 k 色 0r(k) =0 k0初始条件为y(0) = 1，试写出输出脉冲序列y(k)解：y(0) =1y(1) =r(-1)-y(0

8、) 一1y(2) =r(0) -y(1) =2y(3) = r(1) -y(2) 1y(4) =r(2) -y(3) = 2y(5)訂(3)-y(4) =-13.已知GJs) J 0.15s，写出等效的增量型数字PID控制器的差分形式。0.05s120T+3-3z，U(z)解: D虫皿h1二EZU =u+(20T +3)e 3e 被控对象的传递函数为Gc s =s4.采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，设计:(1) 最少拍控制器D(z);( 6分)(2) 画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的输出曲线。(6 分)解：(1)最少拍控制器 可以写出系统的广义对象的脉冲传递函数第8

9、页，共5页1- e-Ts 1ss21 T2z-11 zJ 21z2将T=1S代入，有Gcz11*2(1系统闭环脉冲传递函数Ge Z = 1 一 Z-1 2DzfZVzj由于输入r(t)=t，则 z = 2z J _ z-2则当输入为单位速度信号时，系统输出序列Z变换为1Y(z )= R(z 直(z )=(2z)_z)-2Tz，+3Tz +4Tz + (1 -$y(0)=0,y(1)=0,y(2)=2T,y(3)=3T,四、说明题（17分）如下图所示，为A/D转换器ADC0809的原理框图ADDC!-* ADDB!-* ADDA_j1ALEIDOVREF( + )VREF(-)START EOC CLKOE士丰十工-T7 O N NI I8人通這D7请说明：1）该转换器是多少位的转换器？2）其实现A/D转换的方法是什么?3）说明各引脚功能 答：1）该转换器是8位的转换器2）逐次逼近法3） IN7 IN0: 8个模拟量输入端。 START：启动信号。 EOC:转换结束信号