计算机控制技术期末复习试题附答案

第一章计算机控制系统概述

1、计算机控制系统的概念是什么？

计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。

2、计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。

计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。

3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些？

稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性

4、计算机控制系统的主要特点有哪些？

各项连续控制系统计算机控制系统

信号形式都是模拟信号模拟信号、数字信号皆有

控制规律实现由模拟电路实现由计算机通过程序实现

控制形式整个过程始终连续控制整个过程始终离散控制

控制器作用一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路

功能强度简单控制具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能

自动化程度自动化程度低便于实现控制与管理的一体化

5、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？

一、按控制系统的功能及结构特点分类

①操作指导控制系统

②直接数字控制系统DDC

③监督控制系统SCC

④计算机分级控制

⑤集散控制系统DCS

⑥现场总线控制系统FCS

二、按控制规律分类 ①程序和顺序控制 ② PID 控制 ③最少拍控制 ④复杂规律的控制 ⑤智能控制

第二章 离散控制系统及Z 变换分析法

1、计算机控制系统的信号形式有哪些？

连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t) 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)

2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的？

一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。则采样角频率只有满足下面的关系： ωs ≥2ωmax

采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。否则不能从f *(t)中恢复f(t)。其中，ωmax 是最高角频率，ωs 是采样角频率。它与采样频率fs 、采样周期T 的关系为：

3、简述信号的恢复过程。零阶保持器的作用是什么？其传递函数形式是什么？

零阶保持器作用：将前一个采样时刻的采样值f(kT)恒定地保持到下一个采样时刻(k+1)T 。也就是说在区间[ kT ，(k+1)T ]内零价保持器的输出为常数。 零阶保持器的传递函数

设零阶保持器在(t)作用下的脉冲响应h(t)，而h(t)又可以看成单位阶跃函数1(t)与1(t-T)的迭加即：h(t)=1(t)-1(t-T)。

取拉氏变换，得零阶保持器的传递函数:

4、掌握常用信号的Z 变换

T

f

s s π

πω22=

=1()Ts

e

H s s

--=

6、Z变换的滞后定理和超前定理是如何描述的？

9、脉冲传递函数定义是什么？

零初始条件下，离散输出信号的Z 变换与离散输入信号的Z变换之比。

Y(z

)

G(z)=

R(

z)

10、开环Z 传递函数的求法：

15、采样系统稳定的条件是什么？

采样系统稳定的条件：闭环脉冲传递函数的极点均位于z 平面上以原点为圆心的单位圆内。即|zi|<1 16、

17、

求该系统在三种典型信号的作用下的稳态误差。

0.368(0.718)()1(1)(0.368)

z G Z T s z z +=

=--

18、掌握计算机控制系统的稳定性分析：劳斯判据。

19、已知一采样控制系统，试求：

(1)系统的闭环脉冲传递函数。

(2)判定系统的稳定性。

(3)系统对阶跃输入和斜坡输入的稳态误差。

第三、四章计算机控制系统的离散化设计

1、D(z)的设计方法常见有哪两种？

（1）离散化设计方法－－直接设计方法（重点）

思想：已知被控对象的Z传递函数G(Z) ，根据所要求的性能指标，设计数字控制器。（2）连续化设计方法－－间接设计方法

思想：先设计控制器的传递函数D(s)，然后采用某种离散化方法，将它变成计算机算法。

2、最少拍系统概念？最少拍控制中主要研究哪三种类型的设计方

法？

最少拍设计：就是系统在典型输入下，设计数字控制器D(z) 使闭环系统输出在最少个采样周期内能准确跟踪输入（或系统输出稳态误差为0）。

(1)最少拍控制器的设计：系统无误差，简单，但是本身缺陷多。

(2)最少拍有纹波控制器的设计：系统无误差，考虑了系统稳定性，但输出有纹波。

(3)最少拍无纹波控制器的设计：系统无误差，考虑了系统稳定性，输出无纹波。

3、简述数字控制器的离散化设计步骤。

（1）求广义对象的脉冲传递函数G(z);

（2）根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需要的闭环脉冲传递函数Ф(z)和闭环误差脉冲传递函数Фe(z);

（3）求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)；

（4）根据D(z)求取控制算法的递推计算公式，就可编写控制算法程序。

4、不同输入时，最少拍控制器设计综合：

5、最少拍控制器的局限性体现在哪几个方面？

最少拍控制器的设计只是使系统对某一典型输入的响应为最少拍，但对其他典型输入不一定为最少拍，甚至引起静差和超调：

当针对某一典型的输入函数R(z)设计的D(z)，用于次数较高的R(z)，系统将不能完全跟踪，产生稳态误差。

当针对某一典型的输入函数R(z)设计的D(z)，用于次数较低的R(z)，系统将出现超调；

显然，一种典型的最少拍控制器只适应一种特定的输入，而不能