计算机控制系统-稳态误差

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计算机控制系统课后习题答案1

第一章课后参考答案1-1简述计算机控制系统的控制过程。

计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤：1)实时数据采集：对被控量进行采样测量，形成反馈信号；2)实时控制计算：根据反馈信号和给定信号，按一定的控制规律，计算出控制量；3）实时控制输出，向执行机构发出控制信号，实现控制作用。

1-2什么是实时性？有哪些因素影响系统的实时性？硬件：1）控制器计算速度2）传感器采集速度3）执行器反应时间4）A/D、D/A转换速度软件：1）操作系统调度2）中断响应处理方式（包括定时器）3）延时函数的设置实时性：即信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内即时完成的，超出这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

1-3计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机的硬件主要包括主机、输入输出通道和外部设备。

主机：主机是计算系统的核心，通过接口向系统的各个部分发出各种指令，对被控对象进行检测和控制。

输入输出通道：输入输出通道是计算机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成计算机可以接收的数字信号，过程输出通道把计算机输出的控制命令和数据，转化成可以对生产对象进行控制的的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

外部设备：外部设备是实现计算机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备（操作台）、输入输出设备（磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等）和外存贮器，其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容，还应有按键或开关，完成系统的启、停等功；操作台还要保证操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。

1-4计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机控制系统软件分为系统软件、应用软件及数据库。

系统软件是有计算机生产厂家提供的专门用来使用和管理计算机的程序。

对用户来说，系统软件只是用来开发应用软件的工具，不需要自己设计。

计算机控制系统的稳态误差

计算机控制系统报告--计算机控制系统的稳态误差在计算机控制系统中存在稳态误差。

怎样计算稳态误差呢？在连续系统中，稳态误差的计算可以通过两种方法计算：一是建立在拉氏变换中值定理基础上的计算方法，可以求出系统的终值误差；另一种是从系统误差传递函数出发的动态误差系数法，可以求出系统动态误差的稳态分量。

在离散系统中，根据连续系统稳态误差的两种计算方法,在一定的条件下可以推广到离散系统。

又由于离散系统没有唯一的典型结构形式，离散系统的稳态误差需要针对不同形式的离散系统来求取。

书上主要介绍了利用z 变换的终值定理方法，求取误差采样的离散系统在采样瞬时的终值误差。

设单位反馈误差采样系统如图4.12所示。

图4.12 单位反馈误差采样反馈系统系统误差脉冲传递函数为（4.1）若离散系统是稳定的，则可用z 变换的终值定理求出采样瞬时的终值误差（4.2）Φ==+e ()1()()1()E z z R z G z )](1[)()1(lim )()1(lim )(lim )(1111*z G z R z z E z t e e z z t +-=-==∞-→-→∞→（4.2）式表明，线性定常离散系统的稳态误差，不但与系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列的形式及幅值有关。

除此之外，离散系统的稳态误差与采样系统的周期的选取也有关。

上式只是计算单位反馈误差采样离散系统的基本公式，当开环脉冲传递函数G(z)比较复杂时，计算e(∞)仍然有一定的计算量，因此希望把线性定常连续系统中系统型别及静态误差系数的概念推广到线性定常离散系统，以简化稳态误差的计算过程。

在离散系统中，把开环脉冲传递函数G(z)具有z=1的极点数v 作为划分离散系统型别的标准，与连续系统类似地把G(z)中v=0,1,2,…的系统，称为0型，Ⅰ型和Ⅱ型离散系统等。

下面讨论不同类别的离散系统在三种典型输入信号作用下的稳态误差，并建立离散系统静态误差系数的概念。

1．单位阶跃输入时的稳态误差对于单位阶跃输入r(t)=1(t)，其z 变换函数为（4.3）得单位阶跃输入响应的稳态误差（4.4）上式代表离散系统在采样瞬时的终值位置误差。

计算机控制系统复习资料(精简版列出重点知识点)

第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。

1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。

2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。

3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。

4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。

6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。

输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。

计算机控制系统试题及答案

计算机控制系统试题及答案（内容部分，字数超过5000字）试题一：1. 什么是计算机控制系统？描述其基本原理和组成部分。

答案：计算机控制系统是一种通过计算机对工业或生产过程进行自动化控制的技术系统。

其基本原理是通过获取传感器的输入信号，经过计算机处理并产生相应的控制命令，再通过执行器输出控制信号来实现对系统的控制。

计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：- 传感器：用于将被控对象（如温度、压力等）转化为电信号，为计算机提供输入数据。

- 计算机：作为系统的核心，负责数据处理、控制策略计算等工作。

- 控制器：根据计算机处理后的控制信号，通过执行器发送控制信号给被控对象。

- 执行器：根据控制信号，对被控对象进行操作，实现控制目标。

- 通信网络：为各个组件之间提供数据传输的通道。

2. 请简要介绍常见的控制系统分类。

答案：常见的控制系统分类包括：- 开环控制系统：控制器的输出不受被控对象的反馈作用影响。

这种系统只能根据预先设定的控制策略进行控制，无法根据系统实际情况进行调整，容易受到外界干扰的影响。

- 闭环控制系统：控制器的输出受到被控对象的反馈作用影响。

通过对被控对象输出信号的反馈进行比较和调整，实现系统对目标状态的精确控制。

闭环控制系统具有较高的鲁棒性和适应性，但也容易引起稳定性问题。

- 自适应控制系统：根据被控对象的实时变化情况，自动调整控制器的控制策略和参数，以实现对系统的最优控制。

自适应控制系统能够适应不断变化的工作环境，提高控制质量和效率。

- 模糊控制系统：通过引入模糊逻辑，将系统输入和输出之间的关系表示为模糊规则，并通过推理和模糊推理机制得到控制器的输出，实现对复杂非线性系统的控制。

模糊控制系统具有较强的鲁棒性和适应性，能够处理一些难以建立精确数学模型的控制问题。

3. 请简述PID控制器的基本原理及其优缺点。

答案：PID控制器是一种常用且经典的控制器。

其基本原理是根据系统误差的大小及其变化率来产生控制信号。

自动控制原理线性定常系统的稳态误差

实验四线性定常系统的稳态误差一、实验目的1. 通过本实验，理解系统的跟踪误差与其结构、参数与输入信号的形式、幅值大小之间的关系；2. 研究系统的开环增益K 对稳态误差的影响。

二、实验设备1. THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；2. PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线。

三、实验内容1. 观测0型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差；2. 观测I 型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差；3. 观测II 型二阶系统的单位斜坡响应和单位抛物坡，并实测它们的稳态误差。

四、实验原理通常控制系统的方框图如图4-1所示。

其中G(S)为系统前向通道的传递函数，H(S)为其反馈通道的传递函数。

图4-1单闭环控制系统由图4-1求得：)()()(11)(S R S H S G S E += （4-1）由上式可知，系统的误差E(S)不仅与其结构和参数有关，而且也与输入信号R(S)的形式和大小有关。

如果系统稳定，且误差的终值存在，则可用下列的终值定理求取系统的稳态误差：)(lim 0S SE e s ss →= （4-2）本实验就是研究系统的稳态误差与上述因素间的关系。

下面叙述0型、I 型、II 型系统对三种不同输入信号所产生的稳态误差ss e 。

1．0型二阶系统设0型二阶系统的方框图如图4-2所示。

根据式（4-2），可以计算出该系统对阶跃和斜坡输入时的稳态误差：图4-2 0型二阶系统的方框图1）单位阶跃输入（1()R s s =）：3112)1.01)(2.01()1.01)(2.01(lim 0=⨯+++++⨯=→S S S S S S e S ss 2）单位斜坡输入（21()R s s =）：∞=⨯+++++⨯=→2012)1.01)(2.01()1.01)(2.01(lim S S S S S S e S ss 上述结果表明0型系统只能跟踪阶跃输入，但有稳态误差存在，其计算公式为：Pss K R e +=10，其中)()(lim 0S S H S G K p →≅，R 0为阶跃信号的幅值。

《自动控制原理》稳定性和稳态误差

7-5 离散系统的稳定性和稳定误差回顾：线性连续系统稳定性和稳态误差问题：线性离散系统稳定性和稳态误差？分析：sT e z =，首先研究s 平面与z 平面的关系。

一．s 域到z 域的映射s 域到z 域的关系： sT e z = S → Zs 域中的任意点可表示为ωσj s +=，映射到z 域则为 T j T T j e e e z ωσωσ==+)(ωσj s += ━━━━━━━━→ T e z σ=，T z ω=∠ (7—84)问题：s 平面上的点、线、面如何映射到 z 平面？(1) s 平面上虚轴的映射虚轴：0=σ，ω=∞-→0→∞分析：0=σ时，1==T e z σ，ω=∞-→0→∞时，T z ω=∠==∞-→0→∞ 以原点为圆心的单位圆,经沿着单位圆转过无穷多圈分析：T 采样周期，单位[sec], 采样频率,单位[1/sec] f s =1/T采样角频率 s ω，单位[rad/sec] , T s /2πω=ω=2/s ω-→0→2/s ω时，T z ω=∠=π-→0→π 正好逆时针转一圈ω=2/s ω→s ω→2/3s ω时，T z ω=∠=π→π2→π3 又逆时针转一圈由图可见：可以把s平面划分为无穷多条平行于实轴的周期带，其中从-ωs/2到ωs/2的周期带称为主要带，其余的周期带叫做次要带。

(2) 等σ线映射s 平面上的等σ垂线，映射到z 平面上是以Te z σ=为半径的圆 s 平面上的虚轴映射为z 平面上的单位圆左半s 平面上的等σ线映射为z 平面上的同心圆，在单位圆内右半s平面上的等σ线映射为z 平面上的同心圆，在单位圆外(3) 等ω线映射在特定采样周期T 情况下，由式(7-84)可知，s 平面的等ω水平线，映射到z 平面上的轨迹，是一簇从原点出发的映射，其相角T z ω=∠从正实轴计量，如图7-36所示。

由图可见，s 平面上2/s ωω=水平线，在z 平面上正好为负实轴。

自动控制原理实验报告--控制系统的稳定性和稳态误差

本科实验报告课程名称：自动控制原理实验项目：控制系统的稳定性和稳态误差实验地点：多学科楼机房专业班级：学号：学生姓名：指导教师：2012 年5 月15 日一、实验目的和要求：1．学会利用MATLAB 对控制系统的稳定性进行分析； 2．学会利用MATLAB 计算系统的稳态误差。

二、实验内容和原理：1．利用MATLAB 描述系统数学模型如果系统的的数学模型可用如下的传递函数表示nn n m m m a s a s b s b s b s U s Y s G ++++++==-- 11110)()()( 则在MATLAB 下，传递函数可以方便的由其分子和分母多项式系数所构成的两个向量惟一确定出来。

即num=[b 0,b 1 ,…, b m ]; den=[1,a 1,a 2 ,…,a n ]例2-1 若系统的传递函数为5234)(23+++=s s s s G 试利用MA TLAB 表示。

当传递函数的分子或分母由若干个多项式乘积表示时，它可由MA TLAB 提供的多项式乘法运算函数conv( )来处理，以获得分子和分母多项式向量，此函数的调用格式为 p=conv(p1,p2)其中，p1和p2分别为由两个多项式系数构成的向量，而p 为p1和p2多项式的乘积多项式系数向量。

conv( )函数的调用是允许多级嵌套的。

例2-2 若系统的传递函数为)523)(1()66(4)(232++++++=s s s s s s s s G试利用MA TLAB 求出其用分子和分母多项式表示的传递函数。

2．利用MATLAB 分析系统的稳定性在分析控制系统时，首先遇到的问题就是系统的稳定性。

判断一个线性系统稳定性的一种最有效的方法是直接求出系统所有的极点，然后根据极点的分布情况来确定系统的稳定性。

对线性系统来说，如果一个连续系统的所有极点都位于左半s 平面，则该系统是稳定的。

MATLAB 中根据特征多项式求特征根的函数为roots( )，其调用格式为r=roots(p) 其中，p 为特征多项式的系数向量；r 为特征多项式的根。

计算机控制系统复习题及答案

计算机控制系统复习题及答案《计算机控制系统》课程复习资料⼀、简答题：1.什么是计算机控制系统？它由哪⼏部分组成？各有什么作⽤。

2.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？3.计算机控制系统中的保持器有何作⽤，简述保持器的特点？4.简述PID调节器的作⽤，有哪⼏种改进型数字PID算法？5.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点？6.简要说明什么是计算机控制系统？模拟调节器与数字调节器有何区别？⼆、分析和计算题：1.已知⼀系统的闭环脉冲传递函数为-1-1-20.1z Y(z)Gc(z)==1-0.4z+0.8z R(z),其中输⼊为单位阶跃信号,求输出y(KT)。

2.已知⼀系统的闭环脉冲传递函数为-1-10.53+0.1zGc(z)=1-0.37z当输⼊为单位阶跃信号时,求输出y(KT)及y(∞)。

3.⽤长除法或Z反变换法或迭代法求闭环系统2z+0.5Gc(z)=8(z+0.1z-0.12)的单位阶跃响应。

4.已知低通数字滤波器0.5266zD(z)=z-0.4734,求D（z）的带宽ωm;并求当输⼊E(z)为阶跃信号时数字滤波器的控制算法。

取采样周期T=2ms。

5.设系统如图所⽰，试求:①系统的闭环脉冲传递函数。

②判定系统的稳定性。

③分别求系统对单位阶跃输⼊和单位斜坡输⼊时的稳态误差。

6.设函数的La⽒变换为25F(s)=s(s+4)，试求它的Z变换F(z)。

7.数字控制系统如图所⽰,求当K=10,T=1s,a=1时，分别求当输⼊为单位阶跃、单位斜单位抛物线函数时的稳态误差。

8.已知单位负反馈系统的开环脉冲传递函数为 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/[(z-1)(z-0.7)],问当K为何值时系统稳定。

9.已知系统单位负反馈的开环传递函数为:z +0.8Gk(z)=z(z -1)(z -0.7)问:K 为何值时系统稳定?10.已知单位反馈系统的⼴义对象的Z 传递函数为:-1-1-1-1-10.26z (1+2.78z )(1+0.2z )W1(z)=(1-z )(1-0.286z ),试按最少拍⽆波纹设计原则设计单位阶跃输⼊时,计算机的调节模型D(z),并求其控制算法。

第3章系统分析稳定性与稳态误差

2
3.1.1 S平面到Z平面之间映射关系
s平面与z平面映射关系： z esT s j z e( j )T eT e jT eT / T
R | z | eT
z T
1. s平面虚轴映射为z平面单位圆，左半平面映射在z平面单位圆内
系统稳定必要条件 (z) a0 zn a1zn1 an1z an 0 或者
判断系统稳定性步骤： 1. 判断必要条件是否成立，若不成立则系统不稳定 2. 若必要条件成立，构造朱利表
17
二阶系统稳定性条件
(z) z2 a1z a2 0
必要条件： (1) 0 (1) 0
在z平面
z e e e sT
T cos jT sin z esT e e Tn cos jTn sin
n
n
R eTn cos ,z Tn sin
等自然频率轨迹
图3-10 等自然频率轨迹映射
11
12
图形对横轴是对称的：
z平面
j
2 3
5
n ,
cos( ) n
| z | eT enT cos z T
8
9
10
6. 等自然频率轨迹的映射
ωn =常数
在s平面 s j ne j n cos jn sin cot1( /)

lim(1
z 1
z 1 ) 1
1 D(z)G(z)
R(z)
es*s 与输入信号R(z)及系统 D(z)G(z) 结构特性均有关
29
1．输入信号为单位阶跃函数 r(t) 1(t)
R(z) 1/(1 z1)

计算机控制系统特性分析

S 平面水平直线对应于z 平面具有相应角度的直线, ω = ω s / 2 时，正好对应z 平面的横轴
S 平面的等阻尼线对应于z 平面的螺旋线
2 对于二阶振荡系统 s + 2ξωn s + ω n = 0 ，在S平面上等阻尼线为通过原点的射线且 cos β = ξ ，在Z 平面上为螺旋线。 2
3、采用修正劳斯判据判断系统的稳定性
例4.1 应用劳斯判据,讨论下图4.6所示系统的稳定性，其中 K=1，T=1s。
闭环脉冲传递函数为
Φ ( z) =
系统特征方程为解：系统开环脉冲传递函数为
1 1 G ( z ) = Z [ H 0 ( s)Gp ( s )] = (1 − z −1 )Z [ Gp ( s )] = (1 − z −1 )Z [ 2 ] s s ( s + 1) 0.368 z + 0.264 = 2 z − 1.368 z + 0.368
系统判断稳定过程 1、系统分析求出系统开环传递函数G(Z) 求出系统闭环传递函数 Φ( z) 求出系统特征方程
2、采用双线性变换 z = 1+ w 或 z = 1 + (T / 2) w 转换到w 1 − (T / 2) w 1− w 域
w( z ) = an z n + an −1 z n −1 + an − 2 z n −2 + ..... + a1 z1 + a0 = 0 an wn + an−1w n−1 + an−2 wn −2 + ..... + a1w + a0 = 0
2
a1 > 0
w( z ) = a3 z 3 + a2 z 2 + a1 z + a0 = 0

计算机控制系统(5)

第5章计算机控制系统特性分析计算机控制系统特性分析就是从给定的计算机控制系统数学模型出发，对计算机控制系统在稳定性、准确性、快速性三个方面的特性进行分析。

通过分析，一是了解计算机控制系统在稳定性、准确性、快速性三个方面的技术性能，用以定量评价相应控制系统性能的优劣；更重要的是，建立计算机控制系统特性或性能指标与计算机控制系统数学模型的结构及其参数之间的定性和定量关系，用以指导计算机控制系统的设计。

本章主要内容有：计算机控制系统稳定性分析，稳态误差与动态响应分析。

5.1计算机控制系统稳定性分析与模拟控制系统相同，计算机控制系统必须稳定，才有可能正常工作。

稳定是计算机控制系统正常工作的必要条件，因此，稳定性分析是计算机控制系统特性分析的一项最为重要的内容。

5.1.1连续系统稳定性及稳定条件离散系统稳定性和连续系统稳定性含义相同。

对于线性时不变系统而言，无论是连续系统还是离散系统，系统稳定是指该系统在平衡状态下（其输出量为某一不随时间变化的常值或零），受到外部扰动作用而偏离其平衡状态，当扰动消失后，经过一段时间，系统能够回到原来的平衡状态（这种意义下的稳定通常称为渐近稳定）。

如果系统不能回到原平衡状态，则该系统不稳定。

线性系统的稳定性是由系统本身固有的特性所决定的，而与系统外部输入信号的有无和强弱无关。

线性时不变连续系统稳定的充要条件是：系统的特征方程的所有特征根，亦即系统传递函数)(s W 的所有极点都分布在S 平面的左半平面，或者说，系统所有特征根具有负实部，设特征根ωσj s i i +=，则0<i σ。

S 平面的左半平面是系统特征根（或极点）分布的稳定域，S 平面虚轴是稳定边界。

若系统有一个或一个以上的特征根分布于S 平面的右半平面，则系统就不稳定；若有特征根位于虚轴上，则系统为临界稳定，工程上也视为不稳定。

5.1.2 S 平面与Z 平面的映射关系在第3章中定义Z 变换时，规定了z 和s 的关系为Tse z = （5.1）式中，z 和s 均为复变量，T 是采样周期。

从输入端定义的稳态误差

从输入端定义的稳态误差
稳态误差是指在系统达到稳定状态时，输出与期望值之间的偏差。

若输入信号为单位阶跃信号，系统的稳态误差可以分为几种不同的类型，常用的有位置误差（position error）、速度误差（velocity error）和加速度误差（acceleration error）。

1. 位置误差：在系统达到稳态后，输出与期望值之间的偏差。

2. 速度误差：在系统达到稳态后，输出的速度与期望值之间的偏差。

速度误差可以通过位置误差的导数来计算。

3. 加速度误差：在系统达到稳态后，输出的加速度与期望值之间的偏差。

加速度误差可以通过速度误差的导数来计算。

这些稳态误差可以通过控制系统的设计和参数调整来减小。

常用的控制方法包括比例控制、积分控制和微分控制，以及组合调节方法如PID控制。

这些方法的目的是通过调节控制系统的增益和响应速度来减小稳态误差。

【第二版】计算机控制系统(康波李云霞)第4章

＝ 0, 9 0 0 ：S平面的虚轴，Z平面单位圆上。
z e
T
e
d T cot
z d T
cot
2 T ws
z e
T
e

n
ws
2
z n
2 1 ws
2

1 2
, wd wn 1 2
等自然频率轨迹映射

s平面上的等值线在z平面的映射: s平面实轴平行线的映射
j
A
0
[s ]
Im
[z]

AT 1
0
Re
4.1.1 S平面与Z平面的映射关系

s平面上等值线在z平面的映射: s平面虚轴平行线的映射
j
[s ]
Im
[z]
AT
A
0

e 1
0
Re
4.1.1 S平面与Z平面的映射关系

：阻尼比， n：无阻尼自然振荡频率 2 s1 , s2 , s1,2 n n 1 设系统的根为：
离散劳斯阵列：
前两行，各n项
wn
w n-2 w n-3 w
n 1
an
an2
an4
an6
...
... 0 w
... ...
an1 an3 an5 b1 b2 b3 c1 c2 c3
... ...
... ...
an 7 b4 c4
... ...
... ... ...
n+1
... ...
4.1.2 计算机控制系统稳定性的判别

计算机控制系统稳定性的判别方法：离散劳斯判据：因Z-W的变换是线性变换，故是一一对应的关系。对应关系推导：略 Im [z] jy [w]

计算机控制系统课后参考答案概论

2-1 简述过程通道的作用、类型和组成？作用：过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

类型：按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。

组成：【数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。

数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。

数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。

其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题。

模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。

(1)I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。

(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。

(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。

在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。

(4)A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter，简称A/D转换器或ADC)。

模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成。

(1)D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器(Digital/Analog Converter,简称D/A 转换器或DAC)。

它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。

(2)V/I变换：一般情况下，D/A转换电路的输出是电压信号。

在计算机控制系统中，当计算机远离现场，为了便于信号的远距离传输，减少由于传输带来的干扰和衰减，需要采用电流方式输出模拟信号。

3.4 计算机控制系统的稳态与暂态性能分析

教学模块3 计算机控制系统数学描述与性能分析教学单元4 计算机控制系统的稳态与暂态性能分析4.1 计算机控制系统稳态过程分析计算机控制系统的稳态指标用稳态误差来表示。

稳态误差指系统过渡过程结束到达稳态以后，系统参考输入与系统输出之间的偏差。

稳态误差是衡量计算机控制系统准确性的一项重要指标。

111()() ()lim(1)()lim(1)lim(1)1()()1()z z z d K R z R z e z E z z z D z W z W z →→→∞=-=-=-++()11()()1()()1()e d K E z W z R z D z W z W z ===++4.1.1 稳态误差与误差系数（1）位置误差系数对于单位阶跃输入，r (t )=1(t )，有()1z R z z =-1111 ()lim(1)lim 1()()11()()11 1(1)(1)1p z z d d d pz e z D z W z z D z W z D W K →→∞=-⋅=+-+==++11lim ()()lim ()(1)p d K K z z K D z W z W z W →→===位置误差系数()()()(1)()p d K D z W z z -→∞⇔=--（2）速度误差系数对于单位速度输入，r (t )=t ﹒1(t )，有速度误差系数2)1( -=z Tz R(z)21111 ()lim(1)lim 1()()(1)(1)[1()()]1 lim (1)()()v z z d dz dv Tz T e z D z W z z z D z W z T z D z W z K →→→∞=-⋅=+--+==-11(1)()()(1)() lim lim d K v z z z D z W z z W z K T T→→--==2()()()(1)()v d K D z W z z -→∞⇔=--（3）加速度误差系数对于加速度输入，加速度误差系数)(121)( 2t t t r ⋅=23(1) ()2(1)T z z R z z +=-2232111(1)()lim(1)lim 1()()2(1)(1)[1()()]a z z d dT z z T e z D z W z z z D z W z →→+∞=-⋅=+--+2211lim (1)()()z da T z D z W z K →==-222211(1)()()(1)() lim lim d K a z z z D z W z z W z K T T →→--==3()()()(1)()a d K D z W z z -→∞⇔=--4.1.2 系统类型与稳态误差系统的开环脉冲传递函数写成如下形式：0()()()()(1)K d r W z W z D z W z z ==-☐r =0，则系统为0型系统☐r =1，则系统为I 型系统☐r =2，则系统为II 型系统积分环节表4.1 三种类型系统的误差系数与稳态误差4.1.3 采样周期对稳态误差的影响系统的稳态误差与采样周期T之间没有必然的联系：（1）如果被控对象中包含与其类型相同的积分环节，则系统稳态误差只与系统的类型、放大系数和信号的形式有关，而与采样周期T无关；（2）如果被控对象中不包含足够多的积分环节，则稳态误差将与采样周期有关。

【精品】计算机控制技术作业33

计算机控制技术作业1连续控制系统分析(第1---3章)一、填空题1．闭环负反馈控制的基本方法是。

2．自动控制系统通常是由被控对象和两大部分构成的。

而后者是由指令生成、综合比较、等六个部件构成的。

3．连续系统传递函数定义为在零初始条件下,输出量与输入量的。

传递函数只取决于，与输入信号特性无关。

4．系统传递函数的分布状况决定了系统的动态响应特性。

5．积分环节的输出量c(t)与输入量r(t)的成正比。

微分环节的输出量c(t)与输入量r(t)的成正比。

6．在一个闭环控制系统中，不同输入与输出量的传递函数相同，而是不同的。

7．连续系统稳定的充分必要条件是它的特征根应全部位于S平面的。

8．稳态误差定义为系统误差响应的，即e ss= 。

9．一个线性系统，若其输入信号为一定幅值及频率的正弦信号，则它的稳态输出是的正弦信号。

10．对数幅频特性L( )定义为L( )= 。

11．截止频率 c定义为L( c)= 时的频率。

12．通常，系统的相稳定裕度γM的大小反映了系统的，而截止频率 c 反映了系统的。

二、单项选择题1．图2．1所示的有源RC网络是一种环节。

A 积分；B 微分；C 惯性。

122．若以电机轴的转速为输入量，电机轴的转角为输出量，则它的传递函数为环节。

A 积分；B 微分；C 惯性。

3．图2．2是二阶系统的单位阶跃响应曲线，从该曲线的形状可知它的阻尼比ζ 。

A 1 >ζ> 0；B ζ> 1；C ζ= 0 。

4．图2．3是一阶惯性环节的单位阶跃响应曲线，从一阶惯性环节特性可知，曲线中H 等于。

A 0.6；B 0.632；C 0.707。

5．某系统的零极点分布如图2．4所示，从中可知该系统是的。

A 稳定；B 临界稳定；C 不稳定。

图2.1s/图2.236．某系统的传递函数为G(s) = 0.5(s-0.5) / (0.5s+1) ，可知该系统是。

A 稳定的；B 临界稳定的；C 不稳定的。

《计算机控制及网络技术》-第4章计算机控制系统分析

Ts
d 2 z exp 1 2 s
d z 2 s
s域到z域的映射
由于左半平面的σ为负值，所以左半s平面对应于｜z｜=eTσ<1 s平面的虚轴表示实部σ=0和虚部ω从-∞变到+∞，映射到z平面上，表示｜z｜=eTσ=e0=1，即单位圆上，和θ=Tω也从-∞变到+∞，即z在单位圆上逆时针旋转无限多圈。简单地说，就是s平面的虚轴在z平面的映射为一单位圆, 如图4.2所示。
第四章计算机控制系统分析
计算机控制系统要想正常工作，首先要满足稳定性条件，其次还要满足动态性能指标和稳态性能指标，这样才能在实际生产中应用。对计算机控制系统的稳定性、动态特性和稳态性能进行分析是研究计算机控制系统必不可少的过程。
4.1 计算机控制系统的稳定性分析
4.2 计算机控制系统的动态过程 4.3 计算机控制系统的稳态误差 4.4 离散系统根轨迹
修尔—科恩稳定判据
该判据提供了一种用解析法判断离散系统稳定性的途径。设离散控制系统的特征方程为
1 G( z ) 0
其中G(z)一般为两个多项式之比，用W(z)表示特征方程的分子，即
W ( z ) a n z n a n1 z n1 a1 z a0 0
把系数写成如下所示的行列式形式
s域到z域的映射
将s平面映射到z平面，并找出离散系统稳定时其闭环脉冲传递函数零、极点在z平面的分布规律，从而获得离散系统的稳定判据。令
s j
则有
S平面内频率相差采样频率整数倍的零点、极点都映射到Z平面同一位置
z e e
Ts
T ( j )
e e e e
T