计算机控制技术习题参考复习资料

1、?计算机限制技术?(机械工业出版社范立南、李雪飞)习题参考答案第1章1.填空题(1)闭环限制系统,开环限制系统(2)实时数据采集,实时决策限制,实时限制输出(3)计算机,生产过程(4)模拟量输入通道,数字量输入通道,模拟量输出通道,数字量输出通道(5)系统软件,应用软件2 .选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3 .简做题(1)将闭环自动限制系统中的模拟限制器和和比拟环节用计算机来代替,再加上A/D转换器、D/A转换器等器件,就构成了计算机限制系统,其根本框图如下图.计算机计算机限制系统由计算机(通常称为工业限制机)和生产过程两大局部组成.工业限制 机是指按生产过程

2、限制的特点和要求而设计的计算机,它包括硬件和软件两局部. 生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置.(2)操作指导限制系统： 其优点是限制过程简单, 且平安可靠.适用于限制规律不是很清楚 的系统,或用于试验新的数学模型和调试新的限制程序等.其缺点是它是开环限制结构,需要人工操作,速度不能太快,限制的回路也不能太多,不能充分发挥计算机的作用.直接数字限制系统： 设计灵活方便,经济可靠.能有效地实现较复杂的限制,如串级控 制、自适应限制等.监督计算机限制系统： 它不仅可以进行给定值的限制, 还可以进行顺序限制、 最优限制、 自适应限制等.其中 SCC+模拟调节器的限制系统,特别适合

3、老企业的技术改造,既用上了 原有的模拟调节器,又可以实现最正确给定值限制.SCC+DDC的限制系统,更接近于生产实际,系统简单,使用灵活,但是其缺点是数学模型的建立比拟困难.集散限制系统：又称分布式限制系统,具有通用性强、系统组态灵活,限制功能完善、 数据处理方便,显示操作集中,调试方便,运行平安可靠,提升生产自动化水平和治理水平, 提升劳动生产率等优点.缺点是系统比拟复杂.计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的限制和优化任务,还能完成整个生产过程的综合治理、指挥调度和经营治理的任务.但是计算机集成制造系统所要解决的不仅是局1 / 23 部最优问题,而是一个工厂、一个企业乃至一个区域的总目

4、标或总任务的全局多目标最优, 即企业综合自动化问题.现场总线限制系统：本钱低、可靠性高,而且在同一的国际标准下可以实现真正的开放 式互联系统结构.嵌入式限制系统：嵌入式限制系统是面向特定应用而设计的、对功能、可靠性、本钱、体积、功耗等进行严格要求的专用计算机限制系统,具有软件代码小,高度自动化,响应速度快等特点,制作本钱高,但系统开发投入低,应用灵活.(3)操作台是一个实时的人机对话的联系纽带.通过它人们可以向计算机输入程序,修 改内存的数据,显示被测参数以及发出各种操作命令等.它主要包括以下4个局部：作用开关、一组功能键、屏幕或显示器、一组数字键.(4)可靠性高和可维修性好、限制的实时性好、

5、环境适应性强、输入和输出通道配套好、 系统的扩充性好、限制软件包功能强、系统通信功能强(5)具有实现全数字化、开放性、智能化、互操作性、风险分散性、适应性强等优点.(6)嵌入式限制系统具有以下几个特点：嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物.嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的.嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,其升级换代也是和具体产品同步进行的.为了提升执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单 片机中,而不是存贮于磁盘等载体中.嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的水平.在设计完成以后,用户如果

6、需要修改其中的程序功能,也必须借助于一套开发工具和环境.要求嵌入式系统所支持的开发工具易学、易用、可靠、高效.第2章1 .填空题(1) s 2 max(2)信号调理电路,多路开关,前置放大器,采样保持器,A/D转换器(3)用来切换模拟电压信号的关键元件(4)脉冲启动,电平限制(5)中断,查询,延时(6)查询,延时,中断(7)双缓冲,单缓冲,直通,单极性,双极性2 .选择题1 1) A (2) C (3) B (4) D (5) A (6) C (7) B (8) D3 .简做题(1)在计算机限制系统中,常用的信号有 3种类型,即模拟信号、离散模拟信号和数字 信号.(2)如果连续信号X(t)具有

7、有限频谱,其最高频率为max,那么对X(t)进行周期采样且采样角频率 s 2 max时,连续信号x(t)可以由采样信号x*(t)惟一确定,亦即可以从 x*(t)不 失真地恢复x(t).(3)不是.如果输入信号变化很慢(如温度信号)或者A/D转换时间较快,使得在 A/D转换期间输入信号变化很小,在允许的A/D转换精度内,不必再选用采样 /保持器.(4)信号调理电路是把传感器输出的信号或变送器输出的信号中,较小的电压信号经过2 / 23 模拟量输入通道中的放大器放大后, 变换成标准电压信号 (如05V, 15V, 070V , -5+5V 等),再经滤波后才能送入 A/D转换器.而对于电流信号应该

8、通过I/V (电流/电压)变换电路, 将电流信号转换成标准电压信号,再经滤波后送入 A/D转换器.当有多个输入信号需要检测时,利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接 到公用放大器或A/D转换器上,实现对各个输入通道的分时限制.多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件.前置放大器的任务是将模拟小信号放大到A/D转换器的量程范围内(如 05V).A/D转换器需要一定的时间才能完成一次A/D转换,因此在进行 A/D转换时间内,希望输入信号不再变化,以免造成转换误差.这样,就需要在A/D转换器之前参加采样/保持器 S/H.A/D转换器的作用就是把模拟量转换为数字量,以便于计算机进行处理.(5)

9、模拟量输入通道,数字量输入通道,模拟量输出通道,数字量输出通道.(6)当转换结束时,A/D转换器芯片内部的转换结束触发器置位,并输出转换结束标志电平,以通知主机读取转换结果的数字量.根据该信号在I/O限制中的连接方式,A/D转换器有查询、延时和中断限制方式.采用查询方式时,转换结束引脚通常连接到数据线或I/O 口线上.这种方法程序设计比较简单,且可靠性高,但实时性差.但由于大多数限制系统对于这点时间都是允许的,所以,这种方法用得最多.采用延时方式时,转换结束引脚悬空.在这种方式中,为了保证转换完成,必须把时 间适当延长,因此,其速度比查询方式还慢,故应用较少.采用中断方式时,转换结束信号通常与

10、计算机的外部中断引脚连接(如80C51的祈或INTi ).在中断方式中,CPU与A/D转换器是并行工作的,因此,其工作效率高.在多回 路数据采集系统中一般采用中断方式.(7)数字量输入通道中常用的信号调理电路有：在小功率输入调理电路如采用RC滤波电路消除开关抖动白方法.采用RS触发器消除开关两次反跳的方法.大功率调理电路如高压与低压之间,用光电耦合器进行隔离.交流输入信号检测电路如电感、压敏电阻和光耦合器配合使用的电路.(8)在数字量输出通道中的驱动电路,对于低电压情况下开关量限制输出,可采用晶体 管、OC门或运放等方式输出.在驱动大型设备时,往往利用继电器作为限制系统输出到输 出驱动级之间的

11、第一级执行机构,通过第一级继电器输出,可以完成从低压直流到高压交流的过渡.固态继电器是计算机测控系统中作为输出通道的限制元件的新型的电子继电器.4 .设计题(1)产生三角波的程序MOV A, #00HDA1 : MOV DPTR , #0DFFFH MOVX DPTR , ADA2 : INC AJNZ DA1DEC ADA3 : DEC AMOV DPTR , #0DFFFHMOVX DPTR , A3 / 23JNZ DA3AJMP DA2 产生梯形波DA0 : MOV A, #00HDA1 : MOV DPTR , #FF7CH MOVX DPTR , A INC A JNZ DA1 D

12、EC A ACALL DL6msDA2 : MOV DPTR , #FF7CH MOVX DPTR , A DEC A JNZ DA2MOV DPTR , #FF7CH MOVX DPTR , A ACALL DL6msAJMPDA0DL6ms：MOVR1 ,#0CHDL1MOVR2,#0FFHDL2DJNZR2,DL2DJNZR1 ,DL1RET(2)1)米用直通工作方式2)单极性输出方式3)MOV DPTR , #0FF7FHMOVA, #80HMOVX DPTR , ADA0 : MOV A , #0FFHDA1 : MOV DPTR , #0FF7CH MOVX DPTR , A DE

13、CAJNZDA1MOVXDPTR , AAJMPDA0(3)计算如下： U=10/256=0.039V/ 步下限对应的数值：1.5V/ U=38.4步,取38步上限对应的数值：8.5V/ U=217.9步,取 程序清单如下：MOV DPTR, #0FF7FH MOV A, #80H MOVX DPTR , ADA0 :MOV R0, #26H218步;(38)D=(26) H4 / 23DA1 :MOVDPTR, #0FF7CHMOVA, R0MOVXDPTR, AINCR0MOVDPTR, #0FF7CHMOVA , R0MOVXDPTR , ACJNER0, #0DAH , DA1AJMP

14、DA0RET限制口地址为 FF7FH , C 地址为;(218) D=(0DA) H2)米用查询方式3)MOVDPTR, #0FF7FH;8255A初始化MOVA, #83HMOVXDPTR , AMOVR0, #60HAD0 :MOVDPTR , #0FF7EH;选择IN0 ,且启动转换MOVA, #80HMOVXDPTR , AAD1 :MOVXA , DPTR;从C 读取数据ANLA, #04H;屏蔽PC73 , PC10位JNZAD1;A=0说明PC2=0,开始转换AD2 :MOVXA , DPTR;A=1 ,再读C 口数据ANLA, #04HJZAD2；假设 A=1表不'转换

15、结束MOVDPTR , #0FF7DH;读A/D转换结果MOVXA , DPTRMOVR0, AFF7EH, B 地址为 FF7DH , A 地址为 FF7CH1)RET4) 0-5V5) CBA=111(5)将 ADC0809ORG0000HLJMPINTADCORG0003HLJMPADINT0ORG0300HMOVDPTR , #0FF7FH;8255A初始化MOVA , #83HMOVXDPTR , AMOVR0, #60H;设置存储单兀SETBIT0；选择INTo为边沿触发方式INTADC :的EOC引脚通过反相器连接到 80C51的INTo ,并设置为边沿触发5 / 23SETBE

16、A；开中断INT.SETBEX0AD0 :MOVDPTR , #0FF7EH;选择IN0 ,且启动转换MOVA, #80HMOVXDPTR, AADINT0 :MOVDPTR , #0FF7DH;读A/D转换结果MOVXA , DPTRMOVR0 , AMOVDPTR , #0FF7EH;再次选择IN0,且启动转换MOVA , #80HMOVXDPTR , ARETI(6)MOVP1,#0FFH；P1为准输入口LOOP :MOVA,P1;读入开关状态MOVDPTR , #7FFFH;输出灯亮的模型MOVXDPTR , A第3章1 .填空题(1) 1(2)中间值(3)软件报警,直接报警(4)扫描

17、法,线反转法(5)编程扫描,定时扫描,中断扫描(6)静态显示,动态显示(7)静态,时分割2 .选择题1 1) B (2) B (3) C (4) C (5) B (6) B (7) D (8) D (9) B3 .简做题(1)常用的数字滤波方法有程序判断滤波、算术平均值滤波、加权平均值滤波、中值滤 波、去极值平均滤波、滑动平均滤波、低通数字滤波.程序判断滤波适合于对随机干扰进行滤波,算术平均值滤波、加权平均值滤波、去极值平均滤波、滑动平均滤波主要适合于对压力、流量等周期脉动的干扰进行滤波,中值滤波对应去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳当而造成的误差所引起的脉动干扰比拟有效, 低通数字滤波适

18、用于对高频和低频的干扰信号进行滤波.(2)在程序判断滤波方法中,丫通常根据经验数据得到,必要时,可由实验得出.其值不是越大越好.(3)传感器或变送器检测的参数都需要换成A/D转换器所能接收的 05V统一电压信号,又由A/D转换成00FFH (8位)的数字量.为进一步显示、记录、打印以及报警等,6 / 23必须把这些数字量转换成不同的单位,以便操作人员对生产过程进行监视和治理,必须进行标度变换.(4)报警程序的设计方法主要有两种.一种是软件报警.这种方法的根本作法是把被测 参数如温度、压力、流量、速度、成分等参数,经传感器、变送器、A/D转换送入计算机后,再与规定的上、 下限值进行比拟,根据比拟

19、的结果进行报警或处理,整个过程都由软件 实现.另一种是直接报警.根本作法是被测参数与给定值的比拟在传感器中进行,如果被测参数超过给定值,就会通过硬件向 CPU提出中断请求,CPU响应中断后,会产生报警信号.(5)键盘实际上是一组按键开关的集合,其中一个按键就是一个开关量输入装置.由于 机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合或断开时不会马上稳定下来,会有瞬间的抖动, 抖动时间的长短由按键的机械特性决定,一般为510ms.为了能使键盘给系统提供准确的数据和命令,必须设法消除抖动.消除按键抖动的举措有两种：硬件方法和软件方法.硬件方法可以采用 RC滤波消抖电 路或RS双稳态消抖电路.软件方法是在第一

20、次检测到有按键闭合时,首先执行一段延时 10ms的子程序,然后再确认该按键电平是否仍保持闭合状态电平,如果保持闭合状态电平 那么确认为真正有按键按下,从而消除了抖动的影响.(6) LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式.所谓静态显示方式,是由单片机一次输出显示后,就能保持该显示结果,直到下次送 新的显示字型码为止.LED工作于静态显示方式时,各位的共阴极(或共阳极)连接在一起并接地(或接+5V);每位的段选线分别与一个 8位的锁存输出相连.静态显示方式中, 由于显示器中的各位相互独立,故在同一时间里,每一位显示的字符可以各不相同.这种显示方式的优点是显示器的亮度都较高,占用机时少,显示可

21、靠,编程容易,治理也简单,因 而在工业过程限制中得到了广泛的应用.这种显示方式的缺点是使用元件多,且线路比拟复杂,因而本钱比拟高.所谓动态显示,就是单片机定时地对显示器件扫描, 在这种方法中,显示器件分时工作, 每次只能有一个器件显示, 而其他各位熄灭,但由于人眼有视觉暂留现象, 只要每位显示间 隔足够短,那么可造成多位同时亮的假象,到达显示的目的.动态显示方式的优点是使用硬件少,因而价格低.但它占用机时长,只要单片机不执行显示程序,就马上停止显示.由此可见,这种显示方式将使计算机的开销增大.故在以工程限制为主的限制系统中应用较少.(7) LED数码显示器是由发光二极管组成的,根据其内部发光二

22、极管的连接方法不同, 分为共阳极和共阴极两种.共阴极LED数码显示器的发光二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮,相应的段被显示.同样,共阳极LED数码显示器的发光二极管的阳极连接在一起,通常此公共阳极接正电压.当某个发光二极管的阴极接低电平时,发光二极管被点亮,相应的段被显示.LCD是一种借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件.液晶显示器是在 平整度很好的玻璃面上喷上二氧化锡透明导电层形成电极,在上、下导电层之间注入液晶材料密封而成的.假设在液晶屏正面电极的某点和背电极间加上适当大小的电压,那么该点所夹持的液晶便产生“散射效应,

23、并显示出点阵.根据需要,可将电极做成各种文字、数字或点 阵,就可以获得所需的各种显示.LCD显示器不能采用直流驱动,否那么,会使液晶产生电解和电极老化,从而大大降低 液晶显示器的使用寿命.4.设计题(1)解：电路原理图如下列图所示：7 / 23程序清单如下:MOV DPTR, #7FFFH;8255A初始化,方式0;PC3PC0输出方式,PC7PC4 ¥俞入方式MOV A, #98HMOVX DPTR , AKEY1 : ACALL KS1JNZ LK1NI :ACALL DL6msAJMP KEY1;调用延时子程序,延时 6msLK1 : ACALL DL6msACALL DL6m

24、sACALL KS1JNZLK2ACALL DL6msAJMP KEY1;延时12msLK2 : MOV R2, #FEHMOV R4, #00H;扫描模式一 R2 按列逐列扫描；R4为列计数器LK4 : MOV DPTR, #7FFEH MOV A, R2 MOVX DPTR , A MOVX A, DPTR;扫描模式一 8255A的PC 口;读 8255A 的 PC 口JB ACC.7 , LONE；转判1行,ACC.7=1 ,说明0行无键闭合MOV A, #00HAJMP LKP;0行有键闭合,首键号 g ALONE : JB ACC.6 , LTWO；转判2行MOV A, #04HAJ

25、MP LKP;1行有键闭合,首键号 4- ALTWO : JB ACC.5 , LTHR；转判3行MOV A, #08HAJMP LKP;2行有键闭合,首键号 8- ALTHR : JB ACC.4 , NEXT;转判下一列,MOV A, #0CH;3行有键闭合,首键号 12 一 ALKP : ADD A, R4PUSH ACC;求键号-列号+行首键号 键号进栈保护LK3 : ACALL DL6msACALL KS1JNZLK3;判断键释放否;A=0 ,说明键释放RO r WK F2.7 ALEFo. 7ED 麻 csPCT PC 6 PC 5 FC48051QlAl B255AM 5 上 H

26、oPCO PCIPC2PC38 / 23POPACCCJNEA, #09H, COMAJMPDIGPROCOM :JNCFUNPROAJMPRETDIGPRONEXT :INCR4MOVA, R2JNBACC.3 , KNDRL AMOVR2, AAJMPLK4KND :AJMPKEY1KS1 :MOVDPTR, #7FFEHMOVA, #00HMOVXDPTR, AMOVXA , DPTRCPLAANLRETA , #0F0HDL6ms :MOVR5, #0CHDL1 :MOVR6, #0FFHDL2 :DJNZR6, DL2(2)DJNZRETR5, DL1?2.7 ALE;键号一 A；;

27、等于9,转数字键处理;大于9,转功能键处理;小于9,转数字键处理;列计数器加1;判断是否扫描到最后一列;假设ACC.3=0 ,说明已经到最后一列;扫描模式左移一位,准备扫描下一列;全“ 0 一扫描口 PC 口;读PC7PC4状态Fn. TM o8051INTO虹Q1前疝被csdtwddccc c ppp po 12 3 cccc p Fp FORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPLK1ORG0300HMAIN:MOVDPTR, #7FFFHMOVA, #98H;8255A初始化,方式0;PC3PC0输出方式,PC7PC4输入方式9 / 23COM :JNCFUNPROAJMP

28、DIGPRORETNEXT :INCR4MOVA, R2JNBACC.3 , KNDRLAMOVX DPTRLK1ACALLDL6ms;延时12msACALLDL6msACALLKS1JNZLK2AJMPKNDLK2MOVR2, #FEH;扫描模式-R2 按列逐列扫描MOVR4, #00H；R4为列计数器LK4MOVDPTR, #7FFEH;扫描模式-8255A的PC 口MOVA, R2MOVXDPTR, AMOVXA, DPTR;读 8255A 的 PC 口JB ACC.7 , LONE；转判 1 行,ACC.7=1 ,说明MOVA, #00H;0行有键闭合,首键号g AAJMPLKPLON

29、EJB ACC.6 , LTWO；转判2行MOVA , #04H；1行有键闭合,首键号4f AAJMPLKPLTWOJB ACC.5 , LTHR；转判3行MOVA, #08H；2行有键闭合,首键号8fAAJMPLKPLTHRJB ACC.4 , NEXT;转判下一列,MOVA , #0CH；3行有键闭合,首键号12fALKPADDA , R4;求键号-列号+行首键号PUSHACC;键号进栈保护LK3ACALLDL6ms;判断键释放否ACALLKS1JNZLK3;A=0 ,说明键释放POPACC,琏ACJNEA, #09H, COMAJMPDIGPRO;等于9,转数字键处理0行无键闭合;大于9

30、,转功能键处理;小于9,转数字键处理;列计数器加1;判断是否扫描到最后一列;假设ACC.3=0 ,说明已经到最后一列;扫描模式左移一位,准备扫描下一列MOV R2, AAJMP LK4KND : RETIKS1 :MOV DPTR, #7FFEH;全“ 0 -扫描口 PC 口10 / 23MOV A, #00HMOVX DPTR , AMOVXCPLANLRETA , DPTRAA , #0F0H;读PC7PC4状态DL6ms:MOVR5,#0CHDL1 :MOVR6,#0FFHDL2 :DJNZR6,DL2DJNZR5,DL1RET设计思路:设置一个标志模型单元,比方位数据的标志位,如果该位

31、为 0,20H 单元,令 20H.3、20H.2、20H.1 和 20H.0 分别为四且不显示,那么对应的标志位置1,在取数据前将该单元清0.从高位即(DATA+3)单元开始取数据.在取一位数据时,先判断是否为0,假设不为0那么显示,并取下一位数据; 的标志位是否为1, 后取下一位数据.(4)利用公式假设为 0,判读其是否是最低位,假设为最低位那么显示,否那么检查其高位如果为1,说明其高位为0,那么本位也不显示,并将其标志位置1,然AxA0(AmA0)Nx NoNm No其中A0Ax 200200 , Am 1200, N0Nx(1200 200) - 2002550, N N. 1000 :

32、m FFH代入上式得255在编程时,(5)可以调用浮点数乘法和加法子程序来实现.P1.7电笛80C51Pl.LT°LEP GN0 正常Pl.ft报警设正常参数存放在 30H单元,采样值存放在SAMP单元.ALARM:ORGMOVALARM0:MOVXCJNEMOVMOV8000HDPTR, #SAMPA, DPTR A,30H, AA A,02H P1,A采样值存放地址一 DPTR取采样值不相等,那么声光报警;相等,那么绿灯亮11 / 23RETAA:MOV A,#81HMOV P1,ARET5 .计算题(1)思路：梯度炉温度变化与温度变送器输出呈线性关系,故可以线性参数标度变换.

33、但由于0c对应的不是00H,所以应选择No,即0 c (1V)所对应的数字量.255533H,所以 N0 33HNxN0 y155-51AxAo(AmA0)-1600815.69 CNmN0255-51(2)A0400 ,Am1200, N00, NmFFH 255,ABHAxA0(AmA0)Nx N.400 (1200171400)山936 cNm N02551V电压所对应的数字量为51 ,其变为十六进制数为9BH 155D171第4章1.填空题(1)单位圆内,圆上或圆外,不稳定(2)单位圆圆周,单位圆内,单位圆外(3)虚轴,左半平面,右半平面(4)采样周期,差2 .选择题(1)C(2)B(

34、3) B3 .简做题(1)闭环脉冲传递函数的全部极点(特征方程的根)必须在 Z平面中的单位圆内,即z 1(i=1,2,N)(2)与限制系统本身特性有关,又与参考输入形式有关4 .计算题1)G(z)Kz(1 e aT)a(z 1)(z e aT)2) G(z)aTKTz Kz(1 e )a(z 1) a2(z 1)(z eaT)一 1、rKTz,、23) G(z)= (1 z ) (z 1) aKz(1 eaT)2aTa (z 1)( z e )(2)12 / 231)2)3)4)5)G(z)(z)G(z)ZG1(s)G2(s) G1G2(z)C(z)R(z)aKz(z系统不稳定, 系统不稳定,

35、 系统稳定 系统稳定 系统不稳定,5.设计题(1)1)系统稳定2) 0 K(2) T=1s 时 0当减小采样周期 围加大了.(3) K 0G1(z)G2(z)GiG2(z)H(z)a) (Kz K)(1 e a)a2(z 1)(z e a)(aK K Ke a)z aKe a22(aK a a e不稳定极点个数为:不稳定极点个数为:不稳定极点个数为:25.7KT,Ke a)z a2e(4)系统不稳定,(5) 0Kc 4K Ke aa aKe a KKe a4.33; T=0.5s 时 0 K 8.18为使系统工作尽可能接近于相应的连续系统,那么增益K的取值范Kc 2.4c(6)1 2C(z)1

36、.4z 40.368z0.264z123123 0.368z z 1.4z1 2z 1.632z0.632z从上述数据可以看出,系统在单位阶跃函数作用下的过渡过程具有衰减震荡的形式, 系统是稳定的.(7)输入为单位阶跃时,e单位速度函数输入时,e单位加速度输入时,e(8) 0(9) 1(10)此题 T 1s13 / 231)系统稳定2) 0.01 T3 0.843) Ks , Kv 3第5章1 .选择题1 1) C (2) A (3) D (4) A (5) A2 .简做题(1)比例限制能提升系统的动态响应速度,迅速反响误差,从而减小误差,但比例限制不能消除稳态误差,Kp的加大,会引起系统的不

37、稳定；积分限制的作用是消除稳态误差,由于只要系统存在误差,积分作用就不断地积累,输出限制量以消除误差,直到偏差为零,积分作用才停止,但积分作用太强会使系统超调量加大, 甚至使系统出现振荡； 微分限制与 偏差的变化率有关, 它可以减小超调量, 克服振荡,使系统的稳定性提升, 同时加快系统的 动态响应速度,减小调整时间,从而改善系统的动态性能.(2)被控对象的特性、扰动信号周期、限制的回路数、执行机构的响应速度、限制算法的类型、给定值的变化频率、A/D、D/A转换器的性能.(3)从香农采样定理可知,只有当采样频率fs 2fmax时,才能使采样信号不失真地复现原来的信号.从理论上讲,采样频率越高,失

38、真越小.但从限制器本身而言,大都依靠偏 差信号E (k)进行调节计算.当采样周期T太小时,偏差信号 E (k)也会过小,此时计算机将会失去调节作用.采样周期T过长又会引起误差.因此,选择采样周期T时,必须综合考虑.(4)普通PID算法是在整个限制期间,比例、积分和微分系数为恒定不变的；积分别离pid算法是设置一个积分别离阈值3,当 e(k) 时,采用pid限制,以便于消除静差,提升限制精度；当 e(k) 时,采用PD限制,以使超调量大幅度降低；变速积分pid是设法改变积分项的累加速度,使其与偏差的大小相对应.偏差越大,积分速度越慢；反之, 偏差越小时,积分速度越快.(5)略3 .计算题Kp M

39、 KpTDs(1)解:由 D(s) UKP 1 TDsE(s)TisD(s)1 0.17s0.085s110.085 sKp 1一解得：Kp 2, - 11.765, KpTd 0Ti0.08514 / 23又由于 T=0.2s,所以 KPT0.2 2.353TI0.085所以位置型PID算法输出表达式为：k2e(k) 2.353 e(i) i 0kTTdu(k) KP e(k)e(i)-D e(k) e(k 1)ti i 0T增量型PID算法输出表达式为:u(k) KP e(k)Te(k 1) e(k)TiTd岸 e(k) 2e(k 1)e(k 2)2e(k)e(k 1)2.353e(k)4

40、.353e(k) 2e(k 1)(2) D(s)1 0.15s0.05s1 1 30.05 sKp3,KpT70.05KpTd0KiPTT20 , Kd第6章1.填空题(1)广义脉冲传递函数单位圆内的非零零点(2)直接数字限制,纯滞后,调节时间,超调量-1(3) 1 0.9z2 .选择题(1)D (2)A (3)D (4)D (5)B3 .简做题(1)不允许.离散系统稳定的充分必要条件是I环脉冲传递函数的全部极点在Z平面的单位圆内.(2)直接根据离散系统理论来设计数字限制器的方法称为系统的直接数字化设计.不(3)设计一个数字调节器,使系统到达稳定时所需要的采样周期最少,而且系统在采样点的输出值

41、能准确地跟踪输入信号,不存在静差.在各种使系统在有限拍内到达稳态的设计中,系统准确跟踪输入信号所需的采样周期数最少.数字限制器必须在物理上可实现.闭环系统必须是稳定的.1)考虑不同类型输入,选择满足最少拍的z)的形式；2)考虑D(z)可实现性,(z)应包含z-r因子和G(z)中囿R1(不包括z=1点)的零点;3)考虑系统用I定性,W(z)应把G(z)中的不稳定极点|pi芦1(不包括z=1点)作为自己的零点°局限性：15 / 231)系统的适应性差.改良方法：引入加权因子.2)在采样点之间存在纹波,增加了功率损耗和机械磨损.改良方法：无纹波设计.(4)无单位圆上或单位圆外零极点,无纯滞

42、后环节z1的屡次方(即哥次叁2).(5)假设广义对象伞)中有极点存在,那么应用Rz)或W(z)的相同零点来抵消.但用Dz)来抵消伞)的零点是不可靠的,由于Dz)中的参数由于计算上的误差或漂移会造成抵消不完全的情况,这将有可能引起系统的不稳定,所以,伞)的不稳定极点通常由 wz来抵消.给W(z)增加零点的后果是延迟了系统消除偏差的时间.qz)中出现的单位圆上(或圆外)的零点,那么既不能用Wz)中的极点来抵消,由于 W(z)已选定为z1的多项式,没有极点,也不能用增加Rz)中的极点来抵消,由于Dz)不允许有不稳定极点,这样会导致数字限制器 Dz)的不稳定.(6)第一步：根据被控对象的数学模型求出广

43、义对象的脉冲传递函数G(z);第二步：根据输入信号类型,查表 6-1确定误差脉冲传递函数 We(z);第三步：将G(z)、We(z)带入D(z) 1 We,进行Z变换运算,即可求出数字限制G(z)We(z)器的脉冲传递函数 D(z);第四步： 用U(z)判断所设计的D(z)是否是最小拍无波数字限制系统；第五步：根据结果,求出输出序列及其响应曲线等.(7)纯滞后惯性系统,因允许它存在适当的超调量,当系统参数设置不适合或不匹配时,可能使数字限制器输出接近1/2采样频率的大幅度上下摆动的序列,这种现象称为振铃现象.振铃现象产生的根源在于Q(z)中z=-1附近有极点所致.由书中表6-2可以看出,极点z

44、=-1时最严重,在单位圆中离z=-1越远,振铃现象就越弱.在单位圆内右半平面有极点时,那么会减轻振铃现象,而在单位圆内右半平面有零点时,会加剧振铃现象.(8)大林提出一种消除振铃现象的方法,即先找出造成振铃现象的极点的因子,令其z=1,这样便消除了这个极点.T/T0T/1 1T/T2 1、D,力(1 e )(1 e z )(1 e z )D(z) LT/T1X. .T/T2 .T/T0 1T/T°N 1K(1 e 1)(1 e 2)1 e 0z (1 e 0)z (9)直接程序设计法的优点是,除了 i 0时涉及e(kT)的一项外,其余各项都可在采用e(kT)前全部计算出来,因而可大大

45、减少计算机延时,提升系统的动态性能.串行法和并行法在高阶数字限制器设计时,可以简化程序设计,只要审计出一阶或二阶的D(z)子程序,通过反复调用子程序即可实现D(z)o这样设计的程序占用内存量少,容易读,且调试方便.在串行和并行法程序设计中,需要将高阶函数分解成一阶或二阶的环节, 这样的分解并不是在任何情况下都可以进行的.此时假设采用直接程序设计法那么优越性更大4 .计算题(1) u(kT) e(kT T) 4U (kT T) 4U (kT 2T)16 / 23(3) u(k)(2) u(k) 3Mk) 0.6u1(k 1) 0.5u(k 1) 0.1e(k) 1.805ui(k 1) 1.62

46、u2(k 1)5 .设计题(1)D(z)(z)G(z)We(z)4(1 0.5z 1)21 2(1 z )C(0) 0,C(T) 0,C(2T) 2,C(3T) 3.(2)由上述讨论可见,按某种典型输入设计的最少拍系统,当输入形式改变时,系统性能变坏,输出响应不一定理想.说明最少拍系统对输入信号的变化适应性较差.(3)D(z)115.435(1 0.5z )(1.0.368z )' r- z r(1 z )(1 0.718z )C(z)(z) R(z)2342z 3z 4zc(0)=0 , c(T)=0 , c(2T)=2, c(3T)=3, c(4T)=4经过2拍后,输出波形图 C(

47、kT)如下列图所示.(4) »2.45(1 0.6065z1)LD ( )1G(z)We(z)1 0.459z(5)答案见书中【例6.8】.假设此题改为单位速度输入,那么17 / 23D(z)限制器输出u(kT)系统输出c(kT)(6) D(z)1 We zG zWe z1_2_1z 0.779z4.5(1 0.78z )0.221z 1 0.221z 21 z 1Lb限制器输出波形系统输出波形(7)限制器的输出为 U z D(z)We z R z经过两拍之后,输出量 u kTTz 3 4Tz 2 4Tz1 2z 1z 2 u k 1T T4Tz4Tz 2 5Tz 3系统输出量 C(

48、z) z R z 2z1 z 2 Tz 1 2 2Tz 1 z经过两拍后,输出量 ckT r kT3453Tz 4Tz 5Tz系统输出量:C(z)122.4 z z0.25z1 0.6z 20.2z 3Tz 11 z1 22.4Tz 22.4Tz 3 3.4Tz 4 2.56Tz 5当参数变化时,系统的性能变坏,输出的响应不理想,说明最少拍系统对被控对象模型(0.64z1 0.42z 2)(1 0.286z 1)2.415z1(1 0.656z 2)(1 0.286z 1)G(z)1(z)0.265z1(1 1.36z1 0.23z 2)1 1.36z1 0.23z 2参数的变化适应性较差.s(8)此题的被控对象传递函数改为Wd(s)e(s 1)(s 2)D(z)T / ToT/ Ti1T/T2 1 (1 e )(1 e z )(1 e z )、/八 1/“T/ To1T/To N 1K(CiC2 z )(1 e z (1 e )z )12.92(1 e 1/2T0 )(1 0.607z 1)(1 0.368z 1)11 / 2To11/2 To3(1 4.6337z )(1 e z (1 e )z )18 / 23(9)u(k) 2