中南大学微型计算机控制技术2013年A卷后附答案

中南大学考试试卷2012~2013学年下学期 时间110分钟2013年6月17日计算机控制技术 课程48学时3学分考试形式：开专业年级：自动化、电气、探控10级总分100分占总评成绩70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、分析题1020分）水箱水位自动控制系统如图1（没有控制阀PID算法保持液位稳定的程序框图。图1水箱水位自动控制系统示意图已知A2所示，假设采样周期BCT=0.5秒画出C点波形图（x(t)的数值和时间坐标。图2二、简答题（每题5分，共25分）1、滤波的作用是什么？有哪些常用的滤波方法？2、简述计算机控制系统的工作步骤。3、试分析孔径误差产生的原因。4、硬件总体方案设计主要包含哪几个方面的内容？5、FCS对DCS的变革包括哪几方面？三、若加工第二象限直线OA，起点O(－4,0)，终点A(0,6)。要求：按逐点比较法插补进行列表计算：作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数（10分）四、某温度测量系统，其测量范围为0~1000℃，温度变送器输出电压信号为0~1V4℃温度，应选用多少位的A/DA/D0~5VA/DA/DA/D理想的分辨率要将变送器的信号放大多少倍？如果当某时刻的采样值为6BH（要求写出计算步骤（15分）五、已知被控对象的状态方程和输出方程为：0 0x(k1)0.2 0.3x(k)1u(k) y(k)1x(k)试设计预报状态观测器，将其极点配置到 0.1j0.2（10分）1,2六、已知被控对象在单位阶跃信号（即r(t))）作用下，输出响应如图3T=0.6s。图31、求被控对象的传递函数G(s)和广义的被控对象的脉冲传递函数G(z)；2、针对单位阶跃输入信号设计最少拍无纹波系统的控制器D(z)；3y(k)u(k)e(k)序列，画出它们对时间变化的波形（20分）计算机控制技术试题答案一、分析题（2小题，每题10分，共20分）答：系统结构图设水位的采样值为h，设定值为ph。K K为p i积分系数、Kd数。

为微分系u(k)控制器输出值，U 为最大值，由于没max有进水最小设为0。U 为最终控制阀门开p度的控制值。而且阀门的打开程度与水位是成反比的，因此最终控制阀门的控制量Up与PID控制器的输出u(k)是反比的关系。答：二、简答题（每题5分，共25分）1、滤波的作用是什么？有哪些常用的滤波方法？P214硬件滤波如RC2、简述计算机控制系统的工作步骤。P2归纳为以下三个步骤：实时数据采集，实时控制决策，实时控制输出。3、试分析孔径误差产生的原因。P39在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字量需要一定的时间，完成一次A/D时刻的最大转换误差，即孔径误差。如果被转换的模拟量y不是一个恒定的常量，而是随时间变化形成了连续时间函数，则在有一定孔径时间的情况下，A/D转换器将产生孔径误差。4、硬件总体方案设计主要包含哪几个方面的内容？P314确定系统的结构和类型，确定系统的构成方式，现场设备选择，其他方面的考虑（包括人机联系方式，系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的问题）5、FCS对DCS的变革包括哪几方面？P284FCSDCS的输入输出的技术和标准实现了全开放，可供任何人使用。0，在新的坐标起点A坐标为0,0，终点B的坐标为4,，即为第一象限直线。有：xoy1，xe

4，ye

6，Nxy

10，

0。步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判别起点1F0=0+xF0=0F1=F0-ye=0-6=-6Nxy=10Nxy=92F1<0+yF2=F1+xe=-6+4=-2Nxy=83F2<0+yF3=F2+xe=-2+4=2Nxy=74F3>0+xF4=F3-ye=2-6=-4Nxy=65F4<0+yF5=F4+xe=-4+4=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=0-6=-6Nxy=47F6<0+yF7=F6+xe=-6+4=-2Nxy=38F7<0+yF8=F7+xe=-2+4=2Nxy=29F8>0+xF9=F8-ye=2-6=-4Nxy=110F9<0+yF10=F9+xe=-4+4=0Nxy=0）由于要从100°分辨°即为Xmax

,

min

450001000

20mVbitnlog

x xmax min)

(15000)log

2517.971 2

1 2 20 2或D 41000

nlog1

(1

1)logD 2

(1250)7.97不考虑A/D的其它误差可以选用8位A/D。（2）由于A/D的量程为5V，8位A/D可以分辨5 0.196V19.6mV，另外0~1000°255对应为0~1V即0~1000mV，1mv对应1°，这样8位A/D实际只能分辨19.6°的温度。0~1VA/D0~5VA/D40~1V0~5V5倍。A/D采样值与对应的温度是线性的，由于8A/D00H~FFH0~10006BH对应的温度为Y Y

1000Y maxNmax

minNmin

(X

min

)Ymin

255

(6*16110)0420）可观测性检验 F1 0.1，G0，C 0.2 0.3 1 C1

1,rankC2 CF 系统的状态完全可观，观测器可以任意配置极点。kk设观测器误差反馈增益阵为 K1k2（2）极点配置到 0.1j0.21,2*(z)(z0.1j0.2)(z0.1j0.2)z20.2z0.050（3）预报观测器特征方程detzI(FKC)z

0(1

120 z 0.2 0.3 k2z 0 1k

0.1k zk1 k0.1 0.21

1 1 1 0 z

k 0.3k2

k 0.2 zk 0.32 可得：*(z)det(zIFKC))z2k2 1 2

1.3)z(0.1k1

0.9k2

0.01)0kk有：1 2

1.3

，可得：

k1.410.1k1

0.9k2

0.28

k 0.120.4 1.3KFKC

0.1 0.2 观测器的方程为ˆ(k1)(FKC)ˆ(k)Gu(k)Ky(k)0.4 1.3ˆ(k)0u(k)1.4y(k)0.1 0.2 1 0.1 5.6六、答：1、根据响应曲线可得：G(s)

0.6s11ets 5.6 1 1G(z)Z[s

G(s)](1z1)Z[ ]5.6(1z1)Z[ s(0.6s1) s s1 1 5.6(1e1)z1 3.54z1

1 ]0.65.6(1z1)( ) 1z1 1e1z1 1e1z1 10.37z13.54z12、由于G(z) ，由于输入为单位阶跃信号有：10.37z1(z)z1(z)1z1e1 (z) 10.37z1 z1 0.28(10.37z1)D(z) G(z)e

(z) 3.54z1

1z1

1/r/