计算机控制技术课后习题详解答案(DOC)

1、计算机控制技术课后习题详解答案.(DOC)计算机控制技术课后习题详解答案.(DOC)19/19计算机控制技术课后习题详解答案.(DOC)第一章计算机控制系统概括习题参照答案1.计算机控制系统的控制过程是如何的?计算机控制系统的控制过程可概括为以下三个步骤：及时数据采集：对被控量的刹时价进行检测，并输入给计算机。及时决议：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。及时控制：依据决议，合时地对履行机构发出控制信号，达成控制任务。及时、在线方式和离线方式的含义是什么？及时：所谓“及时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一准时间范围内达成的，即计算机对输入信息以

2、足够快的速度进行办理，并在必定的时间内作出反应并进行控制，高出了这个时间就会失掉控制机遇，控制也就失掉了意义。“在线”方式：在计算机控制系统中，假如生产过程设施直接与计算机连结，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。“离线”方式：若生产过程设施不直接与计算机相连结，其工作不直接受计算机的控制，而是经过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。微型计算机控制系统的硬件由哪几部分构成？各部分的作用是什么？由四部分构成。主机：这是微型计算机控制系统的核心，经过接口它能够向系统的各个部发散出各样命令，同时对被控对象的被控参数进行及时检测及办

3、理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各样控制运算(如调理规律运算、最优化计算等)和操作，依据运算结果作出控制决议；对生产过程进行督查，使之处于最优工作状态；对事故进行展望和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。图1.1微机控制系统构成框图(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息互换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数变换成微机能够接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，变换成能够对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包含模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。(3)外面设施：这是实现微机和外界进行信息互换的设施，简称外设，包含人机联系设施

4、(操作台)、输入输出设施(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。此中操作台应具备显示功能，即依据操作人员的要求，能马上显示所要求的内容；还应有按钮，达成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣结果，即应有保护功能。检测与履行机构1a.丈量变送单元：在微机控制系统中，为了采集和丈量各样参数，采纳了各样检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量变换成电量，比方热电偶把温度变换成mV信号；压力变送器能够把压力变换变成电信号，这些信号经变送器变换成一致的计算机标准电平信号(05V或420mA)后，再送入微机。履行机构：要控制生产过程，一定有履行机构，它是

5、微机控制系统中的重要零件，其功能是依据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并经过调理机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预约的要求。比方，在温度控制系统中，微机依据温度的偏差计算出相应的控制量，输出给履行机构(调理阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的履行机构有电动、液动平易动等控制形式，也有的采纳马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。软件是指能够达成各样功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，所以说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应

6、用软件及数据库。系统软件：它是由计算机设计者供给的特地用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件不过作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。系统软件包含：操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；诊疗系统：指的是调理程序及故障诊疗程序；开发系统：包含各样程序设计语言、语言办理程序(编译程序)、服务程序(装置程序和编写程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等；信息办理：指文字翻译、公司管理等。应用软件:它是面向用户自己的程序，即指由用户依据要解决的实质问题而编写的各样程序。应用软件包含：a.过程督查程序：指巡回检测程序、数据办理程序、上下限检查及报警程

7、序、操作面板服务程序、数字滤涉及标度变换程序、判断程序、过程分析程序等；b.过程控制计算程序：指的是控制算法程序、事故办理程序和信息管理程序，此中信息管理程序包含信息生成调动、文件管理及输出、打印、显示程序等；公共服务程序：包含基本运算程序、函数运算程序、数码变换程序、格式编码程序。数据库：数据库及数据库管理系统主要用于资料管理、存档和检索，相应软件设计指如何建立数据库以及如何查问、显示、调用和改正数据等。微型计算机控制系统的特色是什么？微机控制系统与常例的自动控制系统对比，拥有以下特色：控制规律灵巧多样，变动方便控制精度高，克制扰动能力强，能实现最优控制能够实现数据统计和工况显示，控制效率高

8、控制与管理一体化，进一步提升自动化程度操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何差异和联系？操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制构造。计算机依据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行办理，计算出各控制量应有的较适合或最优的数值，供操作员参照，这时计算机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图1.2所示。图1.2操作指导控制系统原理框图(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(DirectDigitalControl)系统就是经过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检2测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再

9、进行控制运算，而后经过输出通道控制履行机构，使系统的被控参数达到预约的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最广泛的一种应用形式。其原理框图如图1.3所示。图1.3DDC系统原理框图(3)计算机督查控制系统(SCC系统)：SCC(SupervisoryComputerControl)系统比DDC系统更凑近生产变化的实质状况，因为在DDC系统被骗算机不过取代模拟调理器进行控制，系统不可以运转在最正确状态，而SCC系统不但能够进行给定值控制，并且还能够进行次序控制、最优控制以及自适应控制等。SCC系统的原理框图如图1.4所示。图1.4SCC系统原理框图SCC是操作指导控制系统和DDC系

10、统的综合与发展。计算机控制系统的发展趋向是什么？大规模及超大规模集成电路的发展，提升了计算机的靠谱性和性能价钱比，从而使计算机控制系统的应用也愈来愈宽泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的愈来愈高的要求，当前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。普及应用可编程序控制器采纳集散控制系统研究和发展智能控制系第二章输入输出过程通道习题参照答案什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传递和变换的连结通道。按信息传达的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传达和互换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟

11、量过程通道。数字量过程通道由哪些部分构成？各部分的作用是什么？数字量过程通道包含数字量输入通道和数字量输出通道。数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地点译码电路、并行接口电路和准时计数电路等构成。数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地点译码电路等构成。此中：输入调理电路未来自控制装置或生产过程的各样开关量，进行电平变换，将其通断状态变换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、除去触点颤动，以及进行信号间隔等问题。简述两种硬件消抖电路的工作原理。采纳积分电路的硬件消抖电路，第一利用积分电路将颤动的高频部分滤出，其次利用施密特触发器整形。采纳RS触发器的

12、硬件消抖电路，主假如利用RS触发器的保持功能实现消抖。34.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管构成，如图2.1所示。输入电流流过二极管时使其发光，照耀到光敏三极管上使其导通，达成信号的光电耦合传递，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完整间隔。图2.1光电耦合器电路图模拟量输入通道由哪些部分构成？各部分的作用是什么？模拟量输入通道一般由I/V变换、多路变换器、采样保持器、A/D变换器、接口及控制逻辑电路构成。(1)I/V变换：提升了信号远距离传达过程中的抗搅乱能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和履行机构般配供给了方便。多路

13、变换器：用来切换模拟电压信号的要点元件。(3)采样保持器：A/D变换器达成一次A/D变换总需要必定的时间。在进行A/D变换时间内，希望输入信号不再变化，免得造成变换偏差。这样，就需要在A/D变换器以前加入采样保持器。(4)A/D变换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量变换成数字量，能够达成这一任务的器件，称为之模/数变换器(Analog/DigitalConverter，简称A/D变换器或ADC)。对理想多路开关的要求是什么？理想的多路开关其开路电阻为无量大，其接通时的导通电阻为零。其余，还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作靠谱。采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。

14、采样保持器的作用：A/D变换器达成一次A/D变换总需要必定的时间。在进行A/D变换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成变换偏差。这样，就需要在A/D变换器以前加入采样保持器。保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟从特征好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟从特征差。在数据采样系统中，能否是全部的输入通道都需要加采样保持器？为何？不是，关于输入信号变化很慢，如温度信号；或许A/D变换时间较快，使得在A/D变换时期输入信号变化很小，在同意的A/

15、D变换精度内，就不用再采纳采样保持器。9.A/D变换器的结束信号有什么作用？依据该信号在I/O控制中的连结方式，A/D变换有几种控制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特色？A/D变换器的结束信号的作用是用以判断本次AD变换能否达成。常有的A/D变换有以下几种控制方式，各自特色以下?延时等候法:EOC可不睦I/O口连结，程序设计时，延时大于ADC变换时间后，取数据。?保持等候法:EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等候状态。直至EOC有效时，取数据。?查问法:EOC能够和随意I/O口连结，程序设计时，频频判断EOC能否有效，直至EOC有效时，取数据。?中断响应法:EOC与外面中断相

16、连，AD变换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。10.设被测温度变化范围为0oC1200oC,假如要求偏差不超出0.4oC,应采纳分辨为多少位的A/D变换器？选择依照：nlog112001220.411.设计出8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量数据采集程序。本例给出用8031、DAC0809设计的数据采集系统实例。4把采样变换所得的数字量挨次存于片内RAM的30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。其数据采集的初始化程序和中断服务程序以下：初始化程序：MOVR0，#30H；建立数据储存区指针MOVR2，#08H；设置8路采样计数值SETBIT0；设置外面中

17、断0为边缘触发方式SETBEA；CPU开放中断SETBEX0；同意外面中断0中断MOVDPTR，#FEF8H；送进口地点并指向IN0LOOP：MOVXDPTR，A；启动A/D变换，A的值无心义HERE：SJMPHERE；等候中断中断服务程序：MOVXA，DPTR；读取变换后的数字量MOVR0，A；存入片内RAM单元INCDPTR；指向下一模拟通道INCR0；指向下一个数据储存单元DJNZR2，INT0；8路未变换完，则连续CLREA；已变换完，则关中断CLREX0；严禁外面中断0中断RETI；中断返回INT0：MOVXDPTR，A；再次启动A/D变换RETI；中断返回模拟量输出通道由哪几部分构

18、成？各部分的作用是什么？模拟量输出通道一般由接口电路、D/A变换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路构成。(1)D/A变换器：模拟量输出通道的核心是数/模变换器(Digital/AnalogConverter,简称D/A变换器或DAC)。它是指将数字量变换成模拟量的元件或装置。(2)V/I变换：一般状况下，D/A变换电路的输出是电压信号。在计算机控制系统中，当计算机远离现场，为了便于信号的远距离传输，减少因为传输带来的搅乱和衰减，需要采纳电流方式输出模拟信号。很多标准化的工业仪表或履行机构，一般是采纳010mA或420mA的电流信号驱动的。所以，需要将模拟电压信号经过电压/电流(V/I)变换

19、技术，转变成电流信号。5采纳DAC0832和PC总线工业控制机接口。请画出接口电路原理图，并编写产生三角波、梯形波和锯齿波的程序。本章作业5VILEVCCVREF数据总线DI7R8086CPUDDfb70地点线DI0IOUT1地DAC0832AUo址Y0IOUT2CS译M/IOWR2码XFERDGNDWRWR1AGND设计一八路数据采集及其回放系统。要求八路数据巡回检测，储存10组数据，输数据为电压信号（0-5V），检测精度1%。CPU、AD、DA可任选。第三章微机数控系统习题参照答案3.1.什么是数控程序控制？数字程序控制有哪几种方式？所谓数控程序控制是计算机依据输入的指令和数据，控制生产机

20、械（如各样加工机床）按规定的工作次序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地达成工作的自动控制。数字程序控制方式：点位控制、直线切削控制和轮廓的切削控制。3.2.什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？逐点比较法插补运算，就是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲），就作一次计算，将实质进给地点的坐标与给定的轨迹进行比较，判断其偏差状况，依据偏差，再决定下一步的走向（沿X轴进给，还是沿Y轴进给）。逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来迫近给定直线或圆弧曲线，最大迫近偏差不超出数控系统的一个脉冲当量（每走一步的距离，即步长）。直线插补计算过程的步骤以下：(1)

21、偏差鉴别：即鉴别前一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；坐标进给：即依据偏差判断的结果断定进给方向，并在该方向长进给一步；偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判其余依照；终点鉴别：即若已抵达终点，则停止插补；若未抵达终点，则重复上述步骤。圆弧插补计算过程的步骤以下：偏差鉴别坐标进给偏差计算坐标计算终点鉴别若加工第一象限直线OA，起点O（0，0），终点A（11，7）。要求：按逐点比较法插补进队列表计算；作出走步轨迹图，并注明进给方向和步数。解：由题意可知xe=11,ye=7，F0=0，我们设置一个总的计数器Nxy,其初值应为Nxy=|7-0|+|11-0|=18，

22、则插补计算过程如表31所示。依据插补计算过程表所作出的直线插补走步轨迹图以以下图所示。6表31步数偏差鉴别坐标进给偏差计算终点鉴别起点F0=0Nxy=181F0=0+XF1=F0-ye=-7Nxy=172F10+XF3=F2-ye=-3Nxy=154F30+XF5=F4-ye=1Nxy=136F50+XF6=F5-ye=-6Nxy=127F60+XF8=F7-ye=-2Nxy=109F80+XF10=F9-ye=2Nxy=811F100+XF11=F10-ye=-5Nxy=712F110+XF13=F12-ye=-1Nxy=514F130+XF15=F14-ye=3Nxy=316F150+XF

23、16=F15-ye=-4Nxy=217F160+XF18=F16-ye=0Nxy=03.5.设加工第一象限的圆弧AB，起点A（6，0），终点B（0，6）。要求：按逐点比较法插补进队列表计算；作出走步轨迹图，并注明进给方向和步数。解：插补计算过程如表32所示。终点鉴别仍采纳第二种方法，设一个总的计数器Nxy，每走一步便减1操作，当Nxy=0时，加工到终点，插补运算结束。以下图为插补过程中的走步轨迹。y65NR14321x01234567表32步数偏差鉴别坐标进给偏差计算坐标计算终点鉴别起点F0=0 x0=6,y0=0Nxy=121F0=0-XF1=0-12+1=-11x1=5,y1=0Nxy=1

24、12F10+YF2=-11+0+1=-10 x2=5,y2=1Nxy=103F0+YF=-10+2+1=-7x=5,y3=2N=9233xy4F30+YF4=-7+4+1=-2x4=5,y4=3xyN=85F40F=5-10+1=-4N=676+Y7x7=4,y7=5xyF0F=5-8+1=-2N=498+Y9x9=3,y9=6xyF0-XF10=9-6+1=4x10=2,y10=6N=2xy11F100-XF=4-4+1=1x11=1,y11=6N=111xy12F110-XF12=1-2+1=0 x12=0,y12=6Nxy=03.6.三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式的各

25、相通电次序和电压波形图。解：有三种工作方式：（1）三相单三拍工作方式各相的通电次序为ABC,各相通电的电压波形如图3.1所示。图3.1单三拍工作的电压波形图（2）三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电次序为ABBCCA。各相通电的电压波形如图3.2所示。图3.2双三拍工作的电压波形图（3）三相六拍工作方式在反应式步进电机控制中，把单三拍和双三拍工作方式联合起来，就产生了六拍工作方式，其通电次序为AABBBCCCA。各相通电的电压波形如图3.3所示。8图3.3三相六拍工作的电压波形图3.7.采纳8255A作为x轴步进电机和y轴步进电机的控制接口，要求1）画出接口电路原理图；2）分别列出x轴和

26、y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍和三相六拍工作方式下的输出字表。电路原理图以以下图三相单三拍控制方式输出字表x轴步进电机输出字表y轴步进电机输出字表储存地点标号低八位输出字储存地点标号高八位输出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX200000010=02HADY200000010=02HADX300000100=04HADY300000100=04H三相双三拍控制方式输出字表储存地点标号低八位输出字储存地点标号高八位输出字ADX100000011=03HADY100000011=03HADX200000110=06HADY200000110=06HADX

27、300000101=05HADY300000101=05H三相六拍控制方式输出字表x轴步进电机输出字表y轴步进电机输出字表储存地点标号低八位输出字储存地点标号高八位输出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX200000011=03HADY200000011=03HADX300000010=02HADY300000010=02HADX400000110=06HADY400000110=06HADX500000100=04HADY500000100=04HADX600000101=05HADY600000101=05H9第四章微型计算机控制系统的控制算法习题参照答

28、案4.1.数字控制器的模拟化设计步骤是什么？模拟化设计步骤：（1）设计设想的模拟控制器D(S)2）正确地选择采样周期T3）将D(S)失散化为D(Z)4）求出与D(S)对应的差分方程5）依据差分方程编制相应程序。某系统的连续控制器设计为DsU(s)1T1sE(s)1T2s试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(Z)。解：双线形变换法：把2z1代入，则sz1T2z1DzDz|s2z11T1Tz1T2T1zT-2T12z1T2T2zT2T2Tz11T2Tz1z-1前向差分法：把z代入，则Tz1DzDs|sz11T1s1T1TT1zTT11T2sz1T2zTT2T1T2T后向差分

29、法：把sz1代入，则Tzz1DzDs|sz11T1s1T1TzT1zTT11T2sz1T2zTT2Tz1T2Tz4.3什么是数字PID地点型控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优弊端。为了实现微机控制生产过程变量，一定将模拟PID算式失散化，变成数字PID算式，为此，在采样周期T远小于信号变化周期时，作以下近似(T足够小时，以下迫近相当正确，被控过程与连续系统十分凑近)：tkTe(j)edt0j0dee(k)e(k1)dtT于是有：u(k)TkTde(k)e(k1)Kpe(k)e(j)Tij0Tu(k)是全量值输出，每次的输出值都与履行机构的地点(如控制阀门的开度)一一对应，所以称之为地点型

30、PID算法。在这种地点型控制算法中，因为算式中存在累加项，所以输出的控制量u(k)不但与本次偏差相关，还与过去历次采样偏差相关，使得u(k)产生大幅度变化，这样会惹起系统冲击，甚至造成事故。所以实质中当履行机构需要的不是控制量的10绝对值，而是其增量时，能够采纳增量型PID算法。当控制系统中的履行器为步进电机、电动调理阀、多圈电位器等拥有保持历史地点的功能的这种装置时，一般均采纳增量型PID控制算法。u(k)Kpe(k)e(k1)Te(k)Tde(k)2e(k1)e(k2)TiT与地点算法对比，增量型PID算法有以下长处：地点型算式每次输出与整个过去状态相关，计算式中要用到过去偏差的累加值，简

31、单产生较大的积累计算偏差；而在增量型算式中因为消去了积分项，从而可除去调理器的积分饱和，在精度不足时，计算偏差对控制量的影响较小，简单获得较好的控制成效。(2)为实现手动自动无扰切换，在切换刹时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，若采纳增量型算法，其输出对应于阀门地点的变化部分，即算式中不出现u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。采纳增量型算法时所用的履行器自己都拥有存放作用，所以即使计算机发生故障，履行器还能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。4.4.已知模拟调理器的传达函数为Ds10.17s10.085s试写出相应数字控制器的地点型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。D

32、sUs10.17sEs10.085s则Us0.085SUsEs0.17SEsdutdetut0.085dtet0.17dtuk0.085ukuk1ek0.17ekek1TT把T=0.2S代入得1.425uk0.425uk14.5ek3.5ek-1地点型uk3.1579ek2.4561ek10.2982uk1增量型ukukuk13.1579ek2.4561ek10.7018uk1（增补题）已知模拟调理器的传达函数为10.17sDs0.085s试写出相应数字控制器的地点型PID算法和增量型PID控制算式，设采样周期T=0.2s。解：因为Ds10.17s2（11）Kp(11Tds)0.085s0.1

33、7sTis所以Kp2，Ti0.17，Td0。故地点型PID控制器11u(k)KPe(k)Tke(i)TDe(k)e(k1)TIi0T2e(k)0.2ke(i)0.17i02e(k)0.4ke(i)0.17i0故增量型PID控制器u(k)u(k1)u(k)u(k1)KPe(k)e(k1)KIe(k)KDe(k)2e(k1)e(k2)u(k1)2e(k)e(k1)0.4e(k)0.17u(k1)4.35e(k)2e(k1)4.5.什么叫积分饱和？它是怎么惹起的？如何除去？解：（1）假如履行机构已经到极限地点，仍旧不可以除去静差时，因为积分作用，尽管PID差分方程式所得的运算结果连续增大或减小，但履

34、行机构已无相应的动作，这就叫积分饱和。2）1、当偏差产生跃变时，地点型PID算式的输出将急剧增大或减小，有可能超出履行机构的上（下）限，而此时履行机构只好工作在上限。2、系统输出需要很长时间才达到给定值，在这段时间内算式的积分项将产生一个很大的积累值。3、当系统输出超出给定值后，偏差反向，但因为大的积分积累值，控制量需要相当一段时间离开饱和区。所以引起系统产生大幅度超调，系统不稳固。3）常用的改良方法：积分分别法和抗积分饱和4.6.采样周期的选择需要考虑那些要素？(1)从调理质量上看，希望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，提升控制精度。平常保证在95%的系统的过渡过程时间内，采样6次15次即

35、可。从快速性和抗扰性方面考虑，希望采样周期尽量短，这样给定值的改变能够快速地经过采样获取反应，而不致产生过大的延时。从计算机的工作量和回路成本考虑，采样周期T应长些，特别是多回路控制时，应使每个回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间较大时，常选T=（1/41/8）。(4)从计算精度方面考虑，采样周期T不该很短，当主机字长较小时，若T很短，将使前后两次采样值差异小，调理作用因此会减弱。其余，若履行机构的速度较低，会出现这种状况，即新的控制量已输出，而前一次控制却还没达成，这样采样周期再短也将毫无心义，所以T一定大于履行机构的调理时间。4.7.简述扩大临界比率度法、扩大响应曲线法整定PID

36、参数的步骤。扩大临界比率度法整定PID参数的步骤：(1)选择一个足够短的采样周期T，比方被控过程有纯滞后时，采样周期T取滞后时间的1/10以下，此时调理器只作纯比率控制，给定值r作阶跃输入。(2)逐渐加大比率系数Kp，使控制系统出现临界振荡。由临界振荡过程求得相应的临界振荡周期Ts，并记下此时的比率系数Kp，将其记作临界振荡增益Ks。此时的比率度为临界比率度，记作1s。Ks选择控制度，所谓控制度是数字调理器和模拟调理器所对应的过渡过程的偏差平方的积分之比。(4)依据控制度，查表求出T、Kp、Ti和Td值。依照求得的整定参数，投入系统运转，观察控制成效，再适合调整参数，直到获取满意的控制成效为止

37、。扩大响应曲线法整定PID参数的步骤：12断开数字调理器，让系统处于手动操作状态。将被调量调理到给定值周边并稳固后，而后忽然改变给定值，即给对象输入一个阶跃信号。用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变化过程曲线，以以下图。(3)在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间、被控对象的时间常数Tc，以及它们的比值Tc/。(4)由、Tc、Tc/值，查表，求出数字控制器的T、Kp、Ti和Td。4.8.数字控制器的失散化设计步骤是什么？计算机控制系统框图如图41所示。图41计算机控制系统框图由广义对象的脉冲传达函数可得闭环脉冲传达函数，可求得控制器的脉冲传达函数D(z)。数字控制器的直接设计步骤以下：(1)依

38、据控制系统的性质指标要乞降其余拘束条件，确立所需的闭环脉冲传达函数(z)。(2)求广义对象的脉冲传达函数G(z)。(3)求取数字控制器的脉冲传达函数D(z)。依据D(z)求取控制算法的递推计算公式。4.9已知被控对象的传达函数为Gcs10s（0.1s1)采样周期T=0.1s，采纳零阶保持器。要求（1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的Dz，并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和偏差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。（2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的Dz，并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和偏差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。解：广义脉冲传达函数为G

39、(z)Z(1eTs10)(1z1)Z(100)ss(0.1s1)s2(s10)10Tz111)(1z1)21z1(1e10Tz1)0.368z1(10.717z1)(1z1)(10.368z1)13最少拍无纹波设计步骤：1）依据广义对象的传达函数确立参数N（分母多项式的幂次）（分子多项式的幂次）d=N-M延时在全部零点的总数（不包含无量远的零点）v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数在z平面的单位圆上极点的个数q(输入种类)2）确立F1(z)和F2(z)的幂次m和nmwdnvjmax(j,q）已知N=2，M=2所以d=0w=1(即分子多项式中的(10.717z1)v=1，j=1；q=2(单位速度

40、输入)mwd1nvjmax(j,q）2所以：F1(z)1f11z1f12z2f1mzmF2(z)f21z1f22z2f2nzn3）确立e(z)vj1)(1z1)max(j,q)F(z)e(z)1(z)(1azi1i14）确立(z)wd1F1(z)1f11zF2(z)f21z1vje(z)(1i1(1z1)2(11(f111)z(z)zdw1f22z2aiz1)(1z1)max(j,q)F1(z)f11z1)1f11z2f11z3(1biz1)F2(z)(z)z(1biz)F2(z)i15）依据关系e(z)1(z)使等式两边同幂次的系数相等，解出1和2中的系数。FF6）求控制器D(z)1(z)D

41、(z)G(z)1(z)i1(10.717z1（f21z1f22z2）)f21z1（f220.717f21）z20.717f22z3f112f2112f11（f220.717f21）f110.717f22f110.59解得：f211.41f220.83所以：e(z)(1z1)2(10.59z1)(10.717z1)(1.41z10.83z2)D(z)(1z1)(10.368z1)0.368z1(10.717z1)(10.717z1)(1.41z10.83z2)(1z1)2(10.59z1)(10.368z1)(1.410.83z1)0.368(1z1)(10.59z1)14最少拍无纹波设计步骤：

42、1）依据广义对象的传达函数确立参数N（分母多项式的幂次）（分子多项式的幂次）d=N-M延时在全部零点的总数（不包含无量远的零点）v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数在z平面的单位圆上极点的个数q(输入种类)2）确立F1(z)和F2(z)的幂次m和nmwdnvjmax(j,q）已知N=2，M=2所以d=0w=1(即分子多项式中的(10.717z1)v=1，j=1；q=1(单位阶跃输入)mwd1nvjmax(j,q）1所以：F1(z)1f11z1f12z2f1mzmF2(z)f21z1f22z2f2nzn3）确立e(z)vj1)(1z1)max(j,q)F(z)e(z)1(z)(1azi1i14）

43、确立(z)wd1F1(z)1f11zF2(z)f21z1vje(z)(1i1(1z1)2(11(f111)z(z)zdw1aiz1)(1z1)max(j,q)F1(z)f11z1)1f11z2(1biz1)F2(z)(z)z(1biz)F2(z)i15）依据关系e(z)1(z)使等式两边同幂次的系数相等，解出1和2中的系数。FF6）求控制器D(z)i1(10.717z1)f21z1f21z10.717f21z2f111f21解得：f110.42f110.717f21f210.58所以：e(z)(1z1)(10.42z1)(z)0.58z1(10.717z1)D(z)(1z1)(10.368z1

44、)D(z)1(z)0.368z1(10.717z1)G(z)1(z)最少拍有纹波设计步骤：1）依据广义对象的传达函数确立参数N（分母多项式的幂次）（分子多项式的幂次）0.58z1(10.717z1)(1z1)(10.42z1)10.368z110.42z1已知N=2，M=2所以d=015d=N-M延时u在z平面的单位圆上或圆外零点的个数v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数在z平面的单位圆上极点的个数q(输入种类)2）确立F1(z)和F2(z)的幂次m和nmudnvjmax(j,q）F1(z)1f11z1f12z2f1mzmF2(z)f21z1f22z2f2nzn3）确立e(z)vjaiz1)(

45、1z1)max(j,q)F1(z)e(z)1(z)(1i14）确立(z)u(z)zd(1biz1)F2(z)i15）依据关系e(z)1(z)使等式两边同幂次的系数相等，解出F1和F2中的系数。6）求控制器D(z)u=0(即分子多项式中的(10.717z1)v=1，j=1；q=1(单位速度输入)mud0nvjmax(j,q）1所以：F1(z)1F2(z)f21z1vje(z)(1aiz1)(1z1)max(j,q)F1(z)i1(1z1)u(z)zd(1biz1)F2(z)i1f21z1解得：f211所以：e(z)(1z1)(z)z1D(z)(1z1)(10.368z1)z1D(z)1(z)0.

46、368z1(10.717z1)(1z1)G(z)1(z)(10.368z1)0.368(10.717z1)4.10被控对象的传达函数为Gs1c2s采样周期T=1s，采纳零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：(1)最少拍无纹波系统的设计方法，设计(z)和Dz；求出数字控制器输出序列u(k)的递推形式。解：广义对象的脉冲传达函数Gcz1e-Ts1Z1eTs1T2z-11z1ss2s321z12将T=1S代入，有z-11z1Gczz1221最少拍无纹波设计步骤：161）依据广义对象的传达函数确立参数N（分母多项式的幂次）（分子多项式的幂次）d=N-M延时在全部零点的总数（不包含无量远的零点）v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数在z平面的单位圆上极点的个数q(输入种类)2）确立F1(z)和F2(z