計算機控制系統試卷一答案
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一、簡答題（每小題5分，共50分）
1、 畫出典型計算機控制系統的基本框圖。
答：典型計算機控制系統的基本框圖如下：
2、 根據取樣過程的特點，可以將取樣分為哪幾種型別？
答：根據取樣過程的特點，可以將取樣分為以下幾種型別。
(1) 週期取樣
指相鄰兩次取樣的時間間隔相等，也稱為普通取樣。
(2) 同步取樣
如果乙個系統中有多個取樣開關，它們的取樣週期相同且同時進行取樣，則稱為同步取樣。
(3) 非同步取樣
如果乙個系統中有多個取樣開關，它們的取樣週期相同但不同時開閉，則稱為非同步取樣。
(4) 多速取樣
如果乙個系統中有多個取樣開關，每個取樣開關都是週期取樣的，但它們的取樣週期不相同，則稱多速取樣。
(5) 隨機取樣
若相鄰兩次取樣的時間間隔不相等，則稱為隨機取樣。
3、 簡述比例調節、積分調節和微分調節的作用。
答：(1)比例調節器：比例調節器對偏差是即時反應的，偏差一旦出現，調節器立即產生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強弱取決於比例係數kp。
比例調節器雖然簡單快速，但對於系統響應為有限值的控制物件存在靜差。加大比例係數kp可以減小靜差，但是kp過大時，會使系統的動態質量變壞，引起輸出量振盪，甚至導致閉環系統不穩定。
(2)積分調節器：為了消除在比例調節中的殘餘靜差，可在比例調節的基礎上加入積分調節。積分調節具有累積成分，只要偏差e不為零，它將通過累積作用影響控制量u，從而減小偏差，直到偏差為零。
積分時間常數ti大，則積分作用弱，反之強。增大ti將減慢消除靜差的過程，但可減小超調，提高穩定性。引入積分調節的代價是降低系統的快速性。
(3)微分調節器：為加快控制過程，有必要在偏差出現或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進行控制，使偏差消滅在萌芽狀態，這就是微分調節的原理。微分作用的加入將有助於減小超調，克服振盪，使系統趨於穩定。
4、 取樣保持器lf398工作原理圖如下圖，試分析其工作原理。
答：lf398的電路原理：放大器a2作為比較器來控制開關k的通斷，若in+的電壓高於in-的電壓，則k閉合，由a1、a3組成跟隨器，並向ch端外接的保持電容充電；in+的電壓低於in-的電壓時，則k斷開，外接電容保持k斷開時刻的電壓，並經a3組成的跟隨器輸出至aout。
5、 線性離散控制系統穩定的充要條件是什麼？
答：線性離散控制系統穩定的充要條件是： 閉環系統特徵方程的所有根的模｜zi｜<1，即閉環脈衝傳遞函式的極點均位於z平面的單位圓內。
6、 為什麼會出現比例和微分飽和現象？
答：當給定值發生很大躍變時，在pid增量控制演算法中的比例部分和微分部分計算出的控制增量可能比較大(由於積分項的係數一般小得多，所以積分部分的增量相對比較小)。如果該計算值超過了執行元件所允許的最大限度，那麼，控制作用必然不如應有的計算值理想，其中計算值的多餘資訊沒有執行就遺失了，從而影響控制效果。
7、 什麼是振鈴現象？如何消除振鈴現象？
答：所謂振鈴(ringing)現象，是指數字控制器的輸出以二分之一取樣頻率大幅度衰減的振盪。有兩種方法可用來消除振鈴現象。
第一種方法是先找出d(z)中引起振鈴現象的因子(z=-1附近的極點)，然後令其中的z=1，根據終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩態值。第二種方法是從保證閉環系統的特性出發，選擇合適的取樣週期t及系統閉環時間常數tc，使得數字控制器的輸出避免產生強烈的振鈴現象。
8、 什麼是嵌入式系統？如何理解嵌入式系統的定義？
答：目前國內普遍被認同的嵌入式系統定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟、硬體可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。
通常，從以下幾個方面來理解嵌入式系統的定義：
(1) 以應用為中心是指嵌入式系統是面向使用者、面向產品、面向應用的。
(2) 嵌入式系統以計算機技術為基礎，是計算機技術、通訊技術、半導體技術、微電子技術、語音圖象資料傳輸技術，甚至感測器等先進技術和internet網路技術與具體應用物件相結合後的產物。這一點就決定了它必然是乙個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識整合系統。
嵌入式系統可以根據實際系統的需要對軟、硬體進行剪裁以適應實際系統在功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面的要求。說明嵌入式系統存在著乙個較為通用的軟、硬體核心。這個核心往往是幾kb到幾十kb之間的微核心，正是由於微核心的存在，才使得嵌入式系統能夠根據實際應用系統的需要在軟、硬體方面得以順利的裁剪或擴充。
9、 簡述網路控制系統的特點。
答：網路控制系統通常具備下述特點
(1) 非定常性。資料到達的時刻不再是定常和有規則的, 更不能再用簡單的取樣時間來刻畫。
(2) 非完整性。由於資料在傳輸中可能發生丟失和出錯，資料不再是完整的，當然數字控制中也可能有類似的現象，但在網路控制中發生的可能性要大得多。
(3) 非有序性。由於網路傳輸時間的不確定，先產生的資料可能遲於後產生的資料到達遠端控制系統。因此, 資料到達的次序可能不再遵守原有的時間順序。
非確定性。由於資料到達的隨機性，整個控制過程已不再是乙個確定性的系統,而是乙個隨機系統。
10、 簡述故障診斷技術所包含的內容。
答：故障診斷主要包括以下幾個方面的內容。
(1) 故障的特徵提取
通過測量用定量和定性的資訊處理技術獲取反映系統故障的特徵描述。
(2) 故障的分離與估計
根據獲得的故障特徵確定系統是否出現故障以及故障的程度。
(3) 故障的評價和決策
根據故障分離與估計的結論對故障的危害及嚴重程度作出評價，近而決策出是否停止任務的程序以及是否需要維修更換故障元部件。
二、已知系統的差分方程為 （10分）
輸入訊號是
初始條件為，試寫出輸出脈衝序列。解：…
三、設被控物件傳遞函式為，在物件前接有零階保持器，試求廣義物件的脈衝傳遞函式。 （10分）
解：廣義物件傳遞函式
對應的脈衝傳遞函式為
四、已知被控物件傳遞函式為
試用「二階工程最佳」設計法確定模擬控制器gc(s)，並用後向差分法給出等效的數字控制器形式。（10分）
解：經動態校正後系統的開環傳遞函式為
應選擇gc(s)為pi控制器，其基本形式為
為使pi控制器能抵消被控物件中較大的時間常數，可選擇則有
根據二階工程最佳設計法則，應有
解之得於是得到模擬控制器的傳遞函式為
對以上的模擬pi控制器，根據後向差分近似的等效變換方法，得等效的數字控制器：看清楚前向差分和後向差分，答案與實際有衝突
五、已知廣義被控物件:, 給定t=1s (20分)
針對單位斜坡輸入設計最小拍有紋波控制系統, 並畫出系統的輸出波形圖。
解：由已知條件，被控物件含有乙個積分環節，有能力產生單位斜坡響應。
求廣義物件脈衝傳遞函式為
可以看出，g(z)的零點為-0.718(單位圓內)、極點為1(單位圓上)、0.368(單位圓內)，故u=0,v=0(單位圓上除外),m=1。
根據穩定性要求，g(z)中z=1的極點應包含在φe(z)的零點中，由於系統針對等速輸入進行設計，故p=2。為滿足準確性條件另有φe(z)=(1-z-1)2f1(z),顯然準確性條件中已滿足了穩定性要求，於是可設
解得 。
閉環脈衝傳遞函式為
則（圖略）。
計算機控制系統試卷二答案
班級姓名： 學號成績：
一、 簡答題（每小題4分，共40分）
1、連續控制系統相比，計算機控制系統具有哪些特點？
答：與連續控制系統相比，計算機控制系統具有以下特點：
(1) 計算機控制系統是模擬和數字的混合系統。
(2) 在計算機控制系統中，控制規律是由計算機通過程式實現的（數字控制器），修改乙個控制規律，只需修改程式，因此具有很大的靈活性和適應性。
(3) 計算機控制系統能夠實現模擬電路不能實現的複雜控制規律。
(4) 計算機控制系統並不是連續控制的，而是離散控制的。
(5) 乙個數字控制器經常可以採用分時控制的方式，同時控制多個迴路。
(6) 採用計算機控制，如分級計算機控制、集散控制系統、計算機網路等，便於實現控制與管理一體化，使工業企業的自動化程度進一步提高。
2、簡述計算機控制系統的一般控制過程。
答：(1) 資料採集及處理，即對被控物件的被控引數進行實時檢測，並輸給計算機進行處理。
(2) 實時控制，即按已設計的控制規律計算出控制量，實時向執行器發出控制訊號。
3、簡述典型的計算機控制系統中所包含的訊號形式。
答：(1) 連續訊號
連續訊號是在整個時間範圍均有定義的訊號，它的幅值可以是連續的、也可以是斷續的。
(2) 模擬訊號
模擬訊號是在整個時間範圍均有定義的訊號，它的幅值在某一時間範圍內是連續的。模擬訊號是連續訊號的乙個子集，在大多數場合與很多文獻中，將二者等同起來，均指模擬訊號。
(3) 離散訊號
離散訊號是僅在各個離散時間瞬時上有定義的訊號。
(4) 取樣訊號
取樣訊號是離散訊號的子集，在時間上是離散的、而幅值上是連續的。在很多場合中，我們提及離散訊號就是指取樣訊號。
(5) 數碼訊號
數碼訊號是幅值整量化的離散訊號，它在時間上和幅值上均是離散的。
4、線性定常離散系統的穩態誤差是否只與系統本身的結構和引數有關？
答：線性定常離散系統的穩態誤差，不但與系統本身的結構和引數有關，而且與輸入序列的形式及幅值有關。除此之外，離散系統的穩態誤差與取樣週期的選取也有關。
5、增量型pid控制算式具有哪些優點？
答：(1)計算機只輸出控制增量，即執行機構位置的變化部分，因而誤動作影響小；
(2)在i時刻的輸出ui，只需用到此時刻的偏差，以及前一時刻，前兩時刻的偏差ei-1，ei-2和前一次的輸出值ui-1，這大大節約了記憶體和計算時間；
(3)在進行手動-自動切換時，控制量衝擊小，能夠較平滑地過渡。
6、如何利用試湊法調整pid演算法的引數？
答：(1)先整定比例部分：將比例係數kp由小調大，並觀察相應的系統響應趨勢，直到得到反映快、超調小的響應曲線。
如果系統沒有靜差或靜差已小到允許範圍之內，同時響應曲線已較令人滿意，那只須用比例調節器即可，最優比例係數也由此確定。
(2)如果在比例調節的基礎上系統的靜差不能滿足設計要求，則須加入積分環節。整定時一般先置乙個較大的積分時間係數ti,同時將第一步整定得到的比例係數kp縮小一些(比如取原來的80%)，然後減小積分時間係數使在保持系統較好的動態效能指標的基礎上，系統的靜差得到消除。在此過程中，可以根據響應曲線的變化趨勢反覆地改變比例係數kp和積分時間係數ti,從而實現滿意的控制過程和整定引數。
微型計算機控制技術考試複習
第四章 在模擬 控制的數字實現中，對取樣週期的選擇從理論上和演算法的具體實現上各應該考慮哪些因素？答 系統的取樣週期只能在下限與上限之間選擇。此外，選擇取樣週期時，還應考慮一下各方面的因素 1.給定值的變換頻率 2.被控物件的特點 3 執行機構的型別 4 控制演算法的型別 5 控制的回路數。位置式 ...
計算機控制系統
1 計算機控制系統的特點 1 實現複雜的控制規律，提高控制質量 2 能夠有效地克服隨機擾動 3 控制規律靈活 多樣 改動方便 4 精度高 穩定性好 抗干擾能力強 5 控制與管理結合，自動化程度進一步提高。計算機控制系統工作過程中的量 數碼訊號 離散信連續訊號 連續離散訊號。計算機控制系統的實時性 實...
微型計算機控制技術學習心得
轉眼間，乙個學期又過去了。微機原理與控制技術課程已經結束了。通過從大三下學期的微機原理與接 術到這學期的微機原理與控制技術的學習，回想起來受益匪淺，主要是加深了對計算機的一些硬體情況和執行原理的理解和組合語言的編寫，期間也聽老師講過，微機原理這門課程是比較偏硬體一點的。正是因為這一點我還是對它比較喜...