计算机控制技术考试题及答案

计算机控制技术考试题及答案
西北工业大学考试题（A 卷） （考试时间120分钟）
学院： 专业： 姓名： 学号：
一． 填空题（共30分，每空1.5分）
1. 采样，是指按一定的时间间隔T 对时间连续的模拟信号)(t X 取值，得到)
(t X *或),2,1,0,1,)(( -=n nT X 的过程。

P12
2. D/A 转换器的基本结构由电阻网络、基准电源、模拟切换开关和运算放大器所组成。

P21
3. 计算机控制系统中的I/O 接口用作主机与外部设备的连接界面。

P39
4. RS-232C 又称为通用串行通信接口，它是美国电子工业协会颁布的串行总线标准。

P63
5. 大部分过程控制的目的之一就是抑制作用于过程的各种扰动，以维持过程输出为恒定值。

P104
6. 中值滤波法是指在kT 采样时刻，按小采样周期1T 连续进行奇数次采样。

P137
7. 基于观测状态反馈的伺服系统极点配置设计方法的设计参数，一是采样周期T 的选择，二是配置系统的极点参数。

P177
8. 伺服系统，指的就是系统输出必须准确跟随指令信号的控制系统。

P199 9. DMC 算法的计算机实现，是由初始化程序和主程序两部分组成。

P232 10.
啤酒发酵是一个复杂的微生物代谢过程，啤酒发酵罐内的发酵温度始终
是决定啤酒质量的关键所在。

P267
二． 判断题（共10分，每题1分）
1. 对同一个FSR 的值,A/D 转换器的位数越多,q 所代表的量值就越小。

P18（√）
2. 时钟周期宽度为D T ,则接收/发送数位的位宽度为D nT 2。

P55 （×）
3. 当受控工业对象有大的时延时间环节时，不管选择的采样周期T 是否与时延时间τ成整数倍，系统都是较难按常规方法综合的。

P91 （√）
4. 最好的离散化方法是双线性变换。

P120 （√）
5. PID 算法中的微分项，虽能增大超调和缩短调节时间，但却易于引入高频干扰。

P129 （×）
6. 只要选择采样周期T 足够小，最少拍系统的响应调整时间S t 也可以足够小。

P158 （√）
7. 当对象的纯延迟时间θ与对象惯性时间常数m T 之比小于0.5时，采用常规PID 算法难以获得良好的系统性能。

P171 （×）
8. 预测控制，是一类对程模型要求高、控制综合性能好、在线计算简便的计算机优化控制算法。

P212 （×） 9. 内模控制算法中的参数f ααβ和、、r T 都是可调参数，改变任一参数，对闭环系统的静态和动态特性、抗干扰性以及鲁棒性都会有影响。

P224 （√） 10.
在对象模型参数失配时，β取值越大，鲁棒性就越好，但系统响应速度
减慢。

P227 （√）
三． 名词解释（共12分）
1. 脉冲、阶跃、斜坡、正弦 P105（8分）
答：脉冲：对具有短暂的负载扰动以及测量误差的抽象，它可以描述为幅值为1、持续时间为一个采样周期的脉冲；
阶跃：表示具有恒定的负载扰动以及测量误差一类的扰动； 斜坡：描述从某一时刻开始发生漂移的测量误差或突然开始逐渐偏离开的扰动；
正弦：代表低频负载扰动以及高频测量噪声这一类的扰动。

2. 数/模转换器 P20（4分）
答：是将n 位数字量转换为模拟信号的器件，也就是实现零阶保持器功能的、位于数字部件和模拟部件之间的接口界面。

四． 简答题。

（共28分）
1. 对相互通信的设备的甲方而言，数据传送方向有哪三种方式。

P55（6分） 答：（1）单工方式； （2）半双工方式； （3）全双工方式。

2.计算机控制系统中存在因用有限字长数字量表示数值而引入的误差，这类误差的误差源是哪几类。

P101（6分） 答：（1）A/D 转换器产生的量化误差；
（2）数字量运算时，如乘法运算所产生的截尾误差或舍入误差；
（3）用有限字长数字量表示数字控制器)(z D 系数所产生的截尾误差或舍入误差；
3.简述最少拍设计的数字调节器的局限性。

P158（6分） 答：（1）对输入信号类型的适应性差； （2）对系统参数的变化敏感； （3）控制作用易超出允许的控制范围。

4.自适应控制系统按采用的控制策略分为哪几类。

P239（10分）
答：（1）变增益自适应控制系统；
（2）模型参考自适应控制系统； （3）自校正控制系统；
（4）直接优化目标函数的自适应控制系统。

五． 计算题。

（20分） 1. 设某系统闭环脉冲传递函数为
)1/(1)(1--=z z H β
式中，aT e -=β。

试求量化误差在输出端引起的噪声方差。

解： 依式⎭
⎬⎫
⎩⎨⎧∑=∞=)(202
2
i h i y
σσ
由于aT e -==βz 是系统的极点，故将i i h β=)(代入上式得
)1(12/)(2220
22
ββσσ-=∑=∞=q i i y
注意，因aT
e
-=β
，在 a 确定的前提下，T 的选择直接影响输出端的
噪声方差。

显然采样速率越高，将导致放大量化噪声的效果。

2. 设有连续时间过程)(10)()(0110)()(21'2'1t u t x t x t x t x ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣
⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡ [][]T
t x t x t y )()(01
)(21=
试选择采样周期T ，使其离散时间状态空间模型是状态完全可控和可观测的。

P183
解：由现代控制理论可知，对给定模型，因有秩[]20110=⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡=秩AB B ， 和秩[]21001=⎥⎦
⎤
⎢
⎣⎡=***秩C A C 。

因此，该连续时间状态空间模型描述的过程是完全可控和状态完全可观测的。

但是，若对上述模型带零阶保持器离散化，离散时间为T ，以及考虑该连续时间的状态矩阵特征值为j 21±=，λ，可得离散时间状态空间模型
)(sin cos 1)()(cos sin sin cos )1()1(2121k u T T k x k x t T
T T
k x k x ⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥
⎦⎤⎢
⎣⎡++ [][]
T
k x k x k y )()
(01
)(21=
显然，由可控性矩阵
[]⎥⎦
⎤
⎢
⎣⎡+--+-=T T T T T T T
GH H
sin cos 2sin sin cos 21cos cos 12 可以看出，当且仅当),2,1( =≠n n T π时，矩阵[]GH H 的秩才等于
2，
即才是状态完全可控的。

同时，由可观测性矩阵
[]
⎥
⎦
⎤
⎢⎣⎡=***
T T C G C
sin 0cos 1 也可看出，当且仅当),2,1( =≠n n T π时它才是状态完全可观测的。

换言之，当取),2,1( ==n n T π时，该离散时间模型既是状态不可控的，也是状态不可观测的。