计算机控制习题

1、一、填空 （20 分）1、典型计算机控制系统原理图如下，请写出各部分名称：（1） （2）（3） （4）（5），（），）式转换器，图 2 为（）式（ ）、（）、）。）和（），图 4 属于）。2 、计算机控制 系统按功 能可分为： （ （ ），分级计算机控制系统。3、在 A/D 转换器的原理中，图 1 为（ 转换器。图 1 图24、数字控制器设计时，常用的连续域离散化方法有： 一阶差分近似法、零极点匹配设计法和突斯汀变换法。5、振铃幅度（4V，现若输入1.8V模拟电压，试分6、 D/A 转换器常用的电阻网络有两种： （ （ ）。在 DAC0832 内部的电阻网络是（、（ 10 分）某 4 位逐次逼

2、近式 A/D 转换器，满量程为 析其逐次逼近的转换过程。三、（12 分）请推导出下图逐点比较法圆弧插补算法的偏差公式。四、（12分）连续控制器传函为：，（T = 1s）（1 ）采用一阶差分近似法求 D（Z） ；（ 2）采用突斯汀变换法求 D（Z） 。五、（ 16 分）已知模拟 PI 调解器的传递函数 ， T=1 ，（ 1 ）写出其对应的数字 PI 位置表达式和增量表达式；（2）按照标准数字 PID 调节器形式写出 和 的值；（3）说明 和 对系统性能的影响。六、（ 16 分）已知广义被控对象， T=1, 在单位速度信号输入作用下，求： 1. 设计最少拍有波纹控制器 ；2. 若 ，求控制器输出

3、的表达式；3. 系统的输出响应 ，并画出输出响应曲线。七、（ 14 分）已知离散的状态空间方程为，采样周期 T=0.1s（1）判断系统的能控性；（2）用状态反馈法将闭环系统的极点配置在 ，求所用的反馈阵 K。一、简答题（共 28 分） 1试说明计算机控制系统的组成及完成的主要任务。（6 分）2在计算机控制系统中，实时、在线与离线工作方式的含义是什么。（6 分）3操作指导系统与直接控制数字控制系统的主要区别是什么。（4 分）4. A/D 转换器的主要技术指标是什么。 （5 分）4试简要说明大林算法的设计目标及振铃产生的原因。（7 分）二、计算题（共 72 分）1. 写出第一象限逐点比较直线差补算

4、法的原理；对（0，0）到（ 4， 3）的直线进行差补，绘制出差补过程并填表完成差补计算。 （共 12 分）步数 偏差判别 步进方向 偏差计算 终点起点F=0 N =2. 已知按大林算法设计的闭环控制器 ，输入为 ，求 1. 振铃幅度 RA； 2.给出消除振铃的 方法及消除振铃后控制器。（8 分）3. 已知模拟调节器，T = 1,分别利用阶跃响应不变法以及突斯汀变换法求离散控制器D（Z）,并分别写出 U（k） 的差分方程。 （ 12 分）4. 已知当 T=1 时，由连续系统 PID 控制器 ，按照标准数字 PID 的算法，得到数字 PID 控 制器 的输出控制信号 的递推位置算式是：求： 1.

5、由表达式写出 PID 控制器的参数 、 和 的值2. 按照上述离散差分方程试写出连续 PID 控制器的传递函数 的表达式。3. 说明参数 对系统性能的影响。 （12 分）5. 已知广义被控对象，T=1,在单位阶跃信号输入作用下，求： 1. 设计最少拍有波纹控制器 ；2. 若 ，求控制器输出 的表达式；3. 系统的输出响应 ，并画出输出响应曲线。 （16分）六. 已知离散的状态空间方程为（1）判断系统的能控和能观性；（2）如期望观测器的极点为 ，求观测器反馈阵 L。（12 分）一、简答题（共 30 分）1 列举工业控制机的五个特点。 （5 分）2计算机控制系统按功能可分为哪四类。（4 分）3逐次

6、逼近式 A D 转换器原理图如下，试解释其工作原理。（5 分）4试说明 S 平面与 Z 平面的映射关系，并给出线性离散系统稳定的充分必要条件。 （6 分）5列举出连续域离散化设计中一阶差分近似法以外的其它四种离散化方法。（4 分）6解释振铃幅度及消除振玲现象的方法。（6 分）二、已知模拟调节器，T = 1 ,利用一阶差分近似法求离散控制器D（Z）,并写出U（k）的差分方程。（ 10 分）三、写出第一象限逐点比较直线差补算法的原理；对（0， 0）到（ 2， 5）的直线进行差补，绘制出差补过程并填表完成差补计算。 （共 15 分）步数 偏差判别 步进方向 偏差计算 终点起点F=0 N =四. 已知

7、模拟调解器的传递函数， T=1 。（15 分）（1）写出其对应的数字 PID 位置表达式和增量表达式；（2）按照标准数字 PID 调节器形式写出 、 的值；（3）说明 和 对系统性能的影响。五. 已知广义被控对象， T=0.5, 在单位速度信号输入作用下 ，设计最小拍有波纹控制器写出误差输出序列表达式 。（15 分）六. 已知离散的状态空间方程为（1）判断系统的能控和能观性；（2）若采样同期T=0.1秒，设计状态反馈矩阵K,使闭环反馈系统的特征值位于处；（3）如期望观测器的极点为 ，求观测器反馈阵 L。（15 分）一、填空及选择题（共 15 分）1计算机控制系统按功能可分为操作指导控制系统、

8、（）2工业控制机的特点是具有高可靠性和可维护性、（ （ ）、3 振（ 消除振玲现象的方法是（4常用的连续域离散化设计方法有五种， 击响应不变法、 （ 5增量式 PID 算式为 （）。）。）；）。A.B.).）、）、分别是双线性变换法、）、（一阶差分近似法、冲）。C.6 当数字 PID 位置算法的积分饱和误差量较大时，常采用 ( )A. 积分分离法；B. 不完全微分 PID 法C. 扩充响应曲线法7 从计算机的工作量及成本方面考虑，采样周期 ( )A. 不宜过长 B. 不宜过短 C. 采样周期的大小无影响 8在最少拍控制系统中设计数字控制器时必须考虑的两方面问题是： ( ) A. 物理可实现性和

9、稳定性 B. 可控性和可观测性 C. 可控性和稳定性 二、问答题(共 11 分)1. 模拟量输出通道有两种基本结构形式， 请绘制出一个输出通道设置一个 D/A 转换器的结构 形式。2微机控制系统设计的步骤是什么？三、计算题1. (14 分)设加工第一象限逆弧 ，起点 A(3.0), 终点 B(0,3) 。要求：(1) 按逐点比较法插补进行列表计算(2) 作出走步轨迹图，并标明进行方向和步数步数 偏差判别 步进方向 偏差计算 坐标计算起点123452. 已知数字调节器 ,如果用采用并行法实现该调节器，请画出其实现的原理框图， 并写出控制量输出 的差分方程表达式。 (10 分 )3. 用双线性变换

10、法和一阶差分近似法将控制器 离散化。( ) (10 分)4. (15 分 ) 已知 ， T=1s 。要求：(1 )分别写出D1(s)相对应的位置型 PID、增量型PID算法的输出表达式。(2)、 和 的值是多少？并说明 、 和 对系统动态特性我稳态特性的影响。5. 已知广义被控对象 ， T=1 秒,在单位阶跃信号输入作用下 .设计最小拍无波纹控制器 ，并 画出控制量 和系统输出 。 (15 分)6. 数字控制系统的状态方程为一、简答题1.绘制出典型的计算机控制系统原理框图。2. 说出工业控制机的特点。3. 解释振铃幅度。4. 下图是 ADC0832 的的原理框图，请指出图中 1至 5 分别代表

11、什么。A. 比较器 B. 开关树组 C. 八通道多路模拟开关 D. 控制逻辑 E. 逐次逼近寄存器 SAR请选择：1 2 3 4 55. 绘制出多个输出通道共用一个 D/A 转换器的结构形式。二、计算题1请写出逐点比较第二象限直线插补算法的偏差公式Fm,设当前点位置坐标为（Xm,Ym ）,终点坐标（Xe,Ye）。说明如何根据 Fm的值判断当前点位置，并求出当工作点分别向-X,+Y方向步进一步时的偏差判别式 Fm+1。2 已知数字调节器 ,如果采用并行法实现该调节器,请画出其实现的原理框图,并写出控制 量输出 的差分方程表达式。3.用一阶差分近似法和阶跃响应不变法将控制器离散化。（）4 已知模拟调解器的传递函数, T=1 ,写出其对应的数字 PID 位置表达式和增量表达式