计控考试参考答案

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。

数字控制器D/A保持器执行器被控对象
A/D变送单元测量元件
+
-
给定值被控参数
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。

1.26 计算机控制将向哪些方向发展？
答：a.最优控制b.自适应控制c.系统辨识d.分级控制e.集散型控制
2.8 已知拉氏变换式，试求离散化后的Z变换式：
1.1/s
解:1/s的拉氏反变换是1，故Z变换式是z/z-1。

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 ）。

(1-e
-Ts )/s R(s)
T
T
Y(z)
G(s)
T=1s
_
+
所有牵扯到求闭环传递函数的题目，将a,T 代入上式即可。

2.13 T=1s,G(s)=1/s （s+0.3），试分析系统在典型输入作用下的输出响应和稳态误差。

1.单位阶跃响应
2.单位速度输入
3.单位加速度输入 解：带入a=0.3 T=1s K=1得闭环传递函数（单位阶跃响应）
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。

例2.34 设线性离散系统如2.12图，a=1/s,K=1,T=1s,输入序列位单位节约序列。

试分析系统的过渡过程。

解：将已知参数带入得闭环传递函数Gc(z)
由Z变换的定义，离散系统输出时间序列为
y(0)=0 y(T)=0.368 y(2T)=1 y(3T)=1.4 y(4T)=1.4 y(5T)=1.147
y(6T)=0.895
y(7T)=0.802 y(8T)=0.868 y(9T)=0.993 y(10T)=1.077 y(11T)=1.081
y(12T)=1.032 y(13T)=0.981 y(14T)=0.961 y(15T)=0.973 y(16T)=0997……线性离散系统在单位阶跃响应下，调节时间约12s，超调量约为40%，峰值时间为3s，振荡次数为1.5次，衰减比约为2:1，稳态误差ess=0。

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：
2.线性离散系统的阶数n=2
a0=1,a1=0.5,a2=0.2,a3=1,b0=0,b1=0,b2=1,b3=1.2
h0=b0=0;h1=b1-a1h0=0;h2=b2-a1h1-a2h0=1;h3=b3-a1h2-a2h1-a3h0=0.7
3.3 已知线性离散系统的离散状态方程;
1.使用迭代法，求解x(kT);
2.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.
好复杂，自己求吧，然后再求Z反变换即可。

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)。

R(s)
+
_T T T Y(z)
T=0.1s
D(z)
Z-1(1+0.8z-1)/
(1-1.5z-1+0.5z-2
)
1.有限拍有纹波调节器
2.有限拍无纹波调节器
解;1.广义对象的
Z传递函数
HG（z）的分子含有z-1因子，因此闭环传递函数Gc（z
）应包含z-1，可选择2.闭环传递函数Gc（z）应选择包含z-1和HG（z）的全部零点，所以
解得a=0.556 b0=1 b1=0.445
有限拍无纹波调节器为
4.7 设有限拍系统如图，是设计在各种典型输入时的有限拍尤文吧调节器D(z)。

1.单位阶跃输入
2.单位速度输入
3.单位加速度输入
R(s)
5/s(s+1)
+_T
T
T
Y(z)
T=1s
D(z)(1-e-sT)/s
解：1.广义对象的Z传递函数
2.单位速度输入时
3.单位加速度输入时
代入D(z)式中即可。

4.8 设有限拍系统如上图，试设计在单位阶跃输入时，不同采样周期的有限拍有纹波调节器D(z)。

1.T=10s
2.T=1s
3.T=0.1s
4.T=0.01s
解：广义对象的Z传递函数为HG（z）
这里取T=1s得出
同理将其他T代入。

5.2 试列出数字PID控制的位置算式、增量算式和速度算式。

位置算式：
增量算式：
速度算式：
5.3. 试列出数字PID调节器的Z传递函数。

5.8. 数字PID调节器需整定哪些参数？
答：Kp、Ti、Td、采样周期T。

5.9 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e ss,
提高控制精度，但是加大Kp只是减少e ss
，却不能完全消除稳态误差。

（2）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。

（3）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t s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，调节时间t s也较长。

只有合适时，可以得到比较满意的过渡过程。

5.11 简述扩充临界比例度法选择PID参数。

答：扩充临界比例度法是以模拟调节器中使用的临界比例度法为基础的一种PID 数字调节器参数的整定方法。

整定步骤：
（1）选择合适的采样周期T，调节器作纯比例Kp控制；
（2）逐渐加大比例Kp，使控制系统出现临界振荡；（3）选择控制度；
（4）查表选择采样周期T，Kp，Ti和Td。

7.1 已知线性离散状态方程，试判断系统的能观性。

7.2 已知线性离散状态方程和输出方程，试判断系统的能观测性。

10.1 计算机控制的总体方案设计通常包含哪些内容？
答：（1）工艺设备、工艺流程、环境条件；（2）总体设计要求；（3）工艺控制要求及技术指标；（4）经费估算；（5）制定工程进度。

10.4 如何提高工业控制机的可靠性?
答：（1）系统的结构设计；（2）元器件的选择，老化筛选；（3）信号、电源接地的抗干扰措施；（4）感性负载回路的抗干扰措施；（5）多重化结构技术；（6）信号隔离技术；（7）看门狗及电源掉电检测技术；（8）提高软件设计的可靠性。

10.9 简述提高软件设计可靠性的措施。

答：（1）程序高速循环法；（2）输出反馈、表决和周期刷新；（3）灵活使用存储器；（4）实时诊断技术；（5）数字滤波技术。

10.14 计算机辅助设计、计算、仿真的特点和优点？
答;计算机辅助设计特点：利用计算机高速而精确的计算能力，大容量存储和处理数据的能力来处理设计者手工处理所遇到的不便与繁琐；优点：加快设计进程，缩短设计周期，提高设计质量；
计算机辅助计算特点和优点：速度快，精度高；
计算机仿真特点：仿真是对系统进行研究的一种实验方法，基本原则是相似性原理；优点：经济，安全，快捷。