材料成型工艺答案材料成型自动控制课后答案

材料成型工艺答案材料成型自动控制课后答案材料成型自动控制练习题答案

构成系统的三个要素是什么？

(1)包含若干部分；

(2)各个部分之间存在某种联系；

(3)具有特定的功能。

控制的含义是什么？

使某个控制对象中一个或多个输出量随着时间的推移按照某种预期的方式进行变化。

开环控制系统和闭环控制系统各有什么特点？

开环系统：不存在稳定性问题，控制精度无法保证。

闭环系统：可实现高精度控制，但稳定性是系统设计的一个主要问题。

为何说PID算法综合了系统动态过程中过去，现在及将来的信息？

①PID算法是典型的古典控制算法，从50年代左右开始应用

②在模拟控制和数字控制系统中都已形成了成熟的算法

③90%以上的工业控制回路仍采用各种形式的PID控制

PID控制，Smith控制，自校正控制，模糊控制，专家控制的控制原理及特点各是什么？

(1)PID控制原理

PID控制的特点①PID算法综合了系统动态过程中的过去、现在以及将来的信息

②PID算法适应性好，有较强的鲁棒性

③PID算法有一套完整的参数设计与整定方法

④PID控制能获得较高的性价比

⑤对PID算法的缺陷进行了许多改良形成具有实用价值的复合控制策略

⑥具有大时滞的被控系统(G(s)e-ts)

⑦变参数及变结构的被控系统

⑧系统复杂、环境复杂、控制性能要求高的场合。

(2)Smith控制原理

Smith控制特点

①不失一般性，设测量元件的传递函数：Gf(s)=1

②在无时滞的情况下：f=Gp(s)u

③在有时滞并加入Smith预估器的情况下：f=Gp(s)(1–e-τs)u+Gp(s)e-τsu=Gp(s)u

④当Gp(s)变化时，Smith控制将失效。

(3)自校正控制原理

自校正控制特点

辨识器对控制对象的参数进行在线估计，将估计值视为控制对象的真值送入控制器设计机构，该机构设计出控制参数后，赋给可变参数控制器。因此，可变参数控制器可不断地根据控制对象的变化去调整控制参数。

（4）模糊控制原理

模糊控制特点

①将精确量(一般是系统的误差和误差变化率)转化为模糊量；

②按总结的语言规则(存于规则库中)进行模糊推理；

③将推理结果由模糊量转化为精确量用于控制。

（5）专家控制原理

专家控制特点

①模型描述的多样性

②在线处理的灵巧性

③控制决策的灵巧性

④决策机构的递阶性

⑤推理与决策的实时性

设系统的微分方程为：

y(3)+5y(2)+11y(1)+6y=u

y为输出，u为输入。试求系统的状态空间描述，并判断系统的可控性与可观测性。

选取状态变量为：x1=y；x2=y(1)；x3=y(2)

将微分方程转化为：x1=x2,

x2=x3

x3=?6x1?11x2?5x3+3u

系统的状态空间描述:x?=Ax+bu y=cx

A=??010?

?0011?15?=[100]

??6??b=??0?

??0?

?3?c

?

设：G(s)=??1?

?k1?

?Ts+1s??H(s)=??s?

?1??

试求系统的闭环传递矩阵。

利用输出反馈和状态反馈构成的闭环控制系统各有什么特点?

(1)对于状态反馈控制系统，可控性不变；可观测性可能会产生变化。

(2)对于输出反馈控制系统，可控性与可观测性均不变。

引入反馈后，系统的可控性与可观测性有什么变化？

反馈的引入将造成状态矩阵中的元素产生变化，可控矩阵V、可观测矩阵N及输出可控矩阵S均随之产生变化，这种变化对反馈控制

系统的可控性与可观测性是否产生影响是至关重要的。进行极点配置的目的是什么？系统需满足什么条件？

配置目的：使闭环控制系统具有预先设定的特征值

满足条件：系统完全可控，即存在K值

进行系统解耦的目的是什么？怎样进行?

目的：消除系统各变量之间的耦合关系，将相互影响的各回路分解成几个独立回路，使一个多变量控制系统转变为若干个单输入单输出控制系统，一个输入只对一个输出产生影响。

方法：应采用解耦控制策略，即在系统前向通道中设计解耦补偿器

系统辨识的一般步骤及各个步骤的作用是什么?

①试验设计试验设计的好坏，将直接影响数学模型的精度、辨识的快速性和经济性。

②模型结构的分类及确定得到可以使用的模型，确定模型结构形

式

③参数估计使试验获得的系统参数与实际的系统参数尽可能接近。

④模型检验检验系统辨别获得的数学模型是否可靠。

过渡响应法和频率响应法有什么区别?

过渡响应法：是向系统输入非周期时间函数信号(常用信号为单位阶跃函数和单位脉冲函数)，研究系统的动态响应曲线，从中得出传

递函数阶数及各个参数。

频率响应法：是向系统输入频率变化的正弦信号，研究系统输出

信号的幅值和相位的变化特性，从中得出传递函数阶数及各个参数。

为什么称最小二乘法得到的参数估计结果为最优估计?

因为在用最小二乘法估计过程中，尽管“历史”数据并未保存下来，但“历史”数据却一直在起作用。试画出最小二乘法递推公式的计算流程图。

利用递推公式，可通过第k次得到的估计值及第k+1次所得测量值，计算第k+1次估计值。P(k),x(k+1)→K(k),P(k+1)

ci(k),K(k),x(k+1),yi(k+1)→ci(k+1)

1+xTP(k)x是一个标量，避免了矩阵求逆。

第k+1次测量值包含系统信息，所以第k+1次估计值是第k次估计值加上一个修正项∧∧

?i(k)]K(k)[yi?xTc

说明利用最小二乘法递推公式对系统进行估计时，第二种初值选取方法的原理。

人为给定初值，取P0=(1/ε)2I，就意味着X(0)=εI

因此有

P(1)=[KT(0)X(0)+x(1)xT(1)]-1

P(2)=[KT(0)X(0)+x(1)xT(1)+x(2)xT(2)]-1