整理后的计算机控制系统复习题复习资料

概念题：

1．计算机控制系统中含有五种信号形式变换，其中 采样、量化、恢复(零阶保持)三种信号变换最重要。

2．为了加强滤波效果，可以同时使用几种滤波方法，构成复合滤波算法。

3．若已知系统被控对象的主要极点的时间常数为T d ，经验上，采样周期T 应取T ≤T d /10。 4．抑制共模干扰 的方法之一是采用差分放大器作为信号的前置放大器。

5．与连续系统不同，采样系统由于采样开关的位置不同，所得闭环系统脉冲传递函数不同。 6．若连续系统为29

()9

G s s =

+，当采样周期T 等于π,1,23k k =±±⋅⋅⋅时，采样系统是不可控

和不可观的。

7．为了避免量化非性引起控制器产生死区或极限环，设计时应尽量使控制器的极点远离单位圆。

8．z 平面上正实轴上极点对应的脉冲响应是单调的，其他位置的极点对应的脉冲响应是振荡的。

9.零阶保持器频率特性将会引起 -T/2的相位延迟。

10．离散系统频率特性的主要特点是它的幅相特性是采样频率的周期函数。 11．当系统的极点位于z 平面的正实轴上 时，对应的脉冲响应是单调的，位于负实轴上的极点对应的脉冲响应 是交替振荡的。

12.从控制算法的等效离散化角度出发，希望采样周期的取值 越小越好；从量化分析的角度出发，希望采样周期的取值不要过小。

13．常值状态反馈是否改变系统的可控性？ 否 ；是否改变系统的可观性？ 可能 14. 离散环节产生变量量化产生极限环和死区的本质是 变量量化的阶梯非线段性。 15. 若已知系统的闭环自然频率

n

，经验上采样周期应选为 s n (410)ωω=:。

简答：

1.试简述零阶保持器时域响应的主要特点。

1）时域响应为阶梯形状，阶梯大小与采样周期成正比；（2分）

2）时域响应与输入信号相比，平均延迟T/2。（3分）

2.计算机控制系统在选择A ／D 转换器时应注意哪几项指标，这些性能指标应根据什么原则选取？

(1）精度：应高于传感器的精度一个数量级；(2分)

（2）分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定；(2分)

（3）转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率。(1分) 3.试简述在计算机系统中加入看门狗电路的作用。

看门狗电路可以用于检测由于干扰引起的系统出错并自动恢复运行，提高控制系统的可靠性。

4.若G(s)是最小相位系统，Z 变换后G(z) 也是最小相位系统吗? 为什么?

不一定，可能是也可能不。因为z 变换后G (z ) 的零点与采样周期有关，当采样周期较小时，G (z ) 的零点可趋于单位圆外。

5、为了使系统输出响应比较光滑，通常应怎样选用采样周期？

当响应为非周期时，要求在阶跃响应升起时间T r 内采样点 N r = T r /T (5～10) ； （2分）

当响应为振荡时，要求在一个振荡周期T d 内采样点N r = T r /T (10～20) 。（3分） 6、已知x (t )=(0.5+5sin3t ),采样周期T =2/3，试求采样信号x (k ) ，并讨论。

x (k )=0.5+5sin(3k 2π/3)=0.5（2分）。由于不满足采样定理， 采样后变为直流信号。（3分）

7、已知计算机控制系统的信号变换结构图如下图所示。

试说明A 、B 、C 、D 各点信号特征。

A 时间断续幅值连续模拟信号;

B 时间断续幅值断续模拟信号;

C 时间断续的数字信号;

D 时间连续幅值断续模拟信号。

8.连续信号幅频|F(j ω)|如图1所示，试画出它的采样信号

的

图1

幅频谱 |F *

(j ω)|,（不考虑相位）。图中，ω1 = 6 rad/s, ω2 = 8 rad/s, 采样频率 ωs = 10 rad/s 。

解: 可得图2所示

图2

9.试简单说明连续传递函数G (s ) 与对应的脉冲传递函数G (z ) 的零点、极点对应关系。 （极点按e

sT

z -=映射，零点无对应映射关系。）

10.试简单说明串模干扰产生的原因以及抑制串模干扰的主要方法。

(是通过电磁耦合和漏电等传输形式叠加到信号及引线的干扰；抑制主要方法是采用模拟滤波、进行电磁屏蔽和良好接地。)

11.试说明何谓前置滤波器，计算机控制系统中为什么常常加入这种滤波器。

(前置滤波器是加在A/D 转换之前的模拟低通滤波器，其作用是衰减高于s /2ω的高频信号，以防止混叠现象发生)；

12.试简要说明计算机控制系统中，采样周期T 的大小，对系统性能和经济性有哪些影响。 (采样周期过大减弱稳定性；增大信号失真；输出响应不光滑，系统相位延迟增大，降低系统抑制噪声干扰能力。采样周期过小，会增大量化误差，增大对计算机硬件的要求，降低计算机工作负荷，增大成本)

13.若已知f 1(t )=sin(t )，f 2(t )= sin[(+n s )t ],采样频率为s ，n 为整数，试求上

量化器 编码 CPU 解码 ZOH T f (t)

A B C D

述两个信号的采样值，由此可得什么结论。

(1

()sin()f k k T ω=；

22212[()][2π]()f

n kT f k T kn f k T f T

π

ωωω+=+==

表明当两个连续信号频率相差n s 时，其采样信号值相等。) 14.试简单说明数字PID 调节器中积分分离法抑制积分饱和的基本思想，并写出积分分离PID 位置算式。

(积分分离法的基本控制思想是，当偏差大于某个规定的门限值时，取消积分作用；只有当误差小于规定门限值时才引入积分作用，以消除稳态误差。

积分分离PID 位置算式：

()()()[()(1)]k

P I D j u k K e k K e j K e k e k α==++--∑

当()e k ε≤值，1α=；

当()

e k ε

>值，0α

=。ε

为规定的门限值。)

15、若数字计算机的输入信号为10()5t

f t e

-=，试根据采样定理选择合理的采样周期T 。设

信号中的最高频率为m ω定义为m ()0.1(0)F j F ω=。 解： 5

()10

F s s =

+；5(j )j 10F ωω=+；

所以有

2

2

m 0.15

0.1(0)0.0510

10F ω⨯==

=+ 22

2max 0.05(10)25ω+=

由此可得 max 99.5ω=

依采样定理得：

max 2199s ωω>=rad/s

16、对一信号进行采样，信号频谱如题图A 2-9所示，其中感兴趣的频率范围为(0~ω1 ) ，

已知干扰信号频率ωf =5ω1，试讨论采样周期及前置滤波器的选择。

题图 A 2-9