计算机控制课堂习题答案

多练出技巧巧思出硕果多练出技巧巧思出硕果多练出技巧巧思出硕果1.1计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？答：可以按照系统的功能、控制规律、控制方式进行分类。按功能可分为：a.数据处理系统b.直接数字控制（DDC）c.监督控制（SCC）d.分级控制e.集散型控制（DCS）f.计算机控制网络按照控制规律可分为：a.程序和顺序控制b.PID控制c.有限拍控制d.复杂规律的控制e.智能控制1.2计算机控制系统由哪些部分组成？并画出方框图。答：由数字控制器、D/A转换器、保持器、执行器、被控对象、测量元件、变送单元、A/D转换器组成。1.12设有模拟信号（0-5）V和（2.5-5）V，分别用8位、10位和12位A/D转换器，使计算并列出各自的量化单位和量化误差。1.19计算机控制系统由哪些主要的性能指标？如何衡量？答：计算机控制系统的性能跟连续系统类似，可以用稳定性、能控性、能观测性、稳定特性、动态特性来表征，相应地用稳定裕量（相角裕量和幅值裕量）、稳态指标（稳态误差）、动态指标（超调量、调节时间、峰值时间、振荡次数）和综合指标（积分型指标、末值型指标、复合型指标）来衡量一个系统的好坏或优劣。2.9试求下列函数的Z反变换;2.12已知系统的方框图，G(s)=K/s(s+a)，试求系统（见习题2.17）的闭环Z传递函数Gc（z）。所有牵扯到求闭环传递函数的题目，将a,T代入上式即可。2.20已知系统反方框图如2.12中，G(s)=K/s(s+1)，试求系统的临界放大倍数。解：将已知给定的T带入Gc（z）中，见2.12Gc（z），其中a=1，求得Gc（z）。其他见下例。这里取T=1s求得Gc(z)建立劳斯列表有欲使系统稳定，必须使劳斯列表你第一列个元素为正。故有解得0<K<2.4，故临界放大倍数Kc=2.4。3.1已知线性系统的差分方程，试导出离散状态空间表达式：解：1.由差分方程知;n=2,m=0,p=1(输出向量维数)a0=1,a1=0.2,a2=0.5,b0=1离散状态空间表达式：3.3已知线性离散系统的离散状态方程;使用迭代法，求解x(kT);试用Z变换法求解x(kT);解：1.令k=0,1,2,...,及初始条件代入离散状态空间表达式，可以得到2.4.5设有限拍系统如图，试设计单位阶跃输入时的有限拍D(z)。1.有限拍有纹波调节器HG(z)==HG(z)的分子存在因子，因此，闭环Z传递函数Gc(z)应包含，可选择Gc(z)=a根据单位阶跃输入，误差Z传递函数Ge(z)应选为（1-），又因为Gc(z)=1-Ge(z),Ge(z)和Gc(z)应该是阶次相同的多项式，因此Ge(z)=b,所以Gc(z)=,Ge(z)=1-D(z)=4.65.9简述PID参数Kp、Ti、Td对系统的动态特性和稳态特性的影响。答：（1）比例控制Kp对系统性能影响动态特性——比例控制Kp加大，使系统的动作灵敏，速度加快，Kp偏大，振荡次数加多，调节时间加长。当Kp太大时，系统会趋于不稳定。若Kp太小，又会使系统的动作缓慢；稳态特性——加大比例控制Kp，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差ess,提高控制精度，但是加大Kp只是减少ess，却不能完全消除稳态误差。积分控制Ti对控制性能的影响动态特性——通常使系统的稳定性下降。Ti太小系统将不稳定。Ti偏小，振荡次数较多，Ti太大，对系统性能的影响减少。当Ti合适时，过渡特性比较理想。稳态特性——能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是若Ti太大时，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差。微分控制Td对控制性能的影响微分控制可以改善动态特性，如超调量σp减少，调节时间ts缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。当Td偏大时，超调量σp较大，调节时间较长。当Td偏小时，超调量σp也较大，