1、中國礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試題及答案一、填空（每題2分，共16分）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要是在時(shí)間和幅值上將連續(xù)系統(tǒng)離散的。TOC o 1-5 h z零階保持器對(duì)系統(tǒng)的主要影響是引起血772的相位延遲o在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)時(shí)，P（z）=zn+a1zn-1+-+an的特征根靠得太近，參數(shù)量化將使特征根備移增大。連續(xù)系統(tǒng)可控可觀，采樣系統(tǒng)仍然可控可觀的條件是對(duì)于相異特征根q和旬，滿足：異吶2危，7為采樣周期。連續(xù)控制律采用Tustin變換時(shí)，將使s平面左半平面映射到z平面的蘭俚圓內(nèi)。若已知系統(tǒng)的閉環(huán)自然頻率劃，通常選擇采樣頻率為他=（410）皺。從改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性角度出發(fā)，希望采樣周期的取值；從量化分析的角度

2、出發(fā)，希望采樣周期的取值O狀態(tài)反饋不改變系統(tǒng)的可控性,但可改變系統(tǒng)的可觀性。二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共35分）1.試畫下圖z平面上兩對(duì)極點(diǎn)各自對(duì)應(yīng)的脈沖響應(yīng)序列的大致形狀。Image #對(duì)于A,2：力冷T=ti/3,入=2?1/冷，Td=6T（2分），圖形如下：（1分）, # #對(duì)于尺：力冷TfTd=17T/cod.E=2T（1分）,圖形如下：（1分） # 2己知D，試畫岀下圖中系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。R(z)DZOHY(z)D(z)=l/(z-0.5)解:R話,D二z-0.5Yzo+51沁審玉r.7:（3分）xt)TOC o 1-5 h z111t0T2T3T4T-1-2-T（2分）己知采樣周期A0

3、.5S,試問在系統(tǒng)截止頻率=2rad/s處，零階保持器產(chǎn)生的相移p（coc）=?如若使p（oc）=-5，試問應(yīng)取多大的采樣周期T?1）久血）=-0.5rad：（2分）2）T=5/57.3=0.0873s（3分）試說明何謂后置濾波器，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中為什么常常加入這種濾波器？（后置濾波器是位于D/A之后的模擬低通濾波器，其作用是衰減零階保持器輸出的高頻信號(hào)，防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的抖動(dòng)，如執(zhí)行機(jī)構(gòu)慣性較大，亦可不加入。）在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中采用信號(hào)調(diào)理電路的作用是什么，主要使用的調(diào)理電路有哪些？（1使傳感器的信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換特性相匹配；（2分）2直流電壓信號(hào)調(diào)理、直流電流信號(hào)調(diào)理、數(shù)字信號(hào)調(diào)整。（3分）連續(xù)

4、傳遞函數(shù)D（s）=,IMs,采用一階向后差分方法離散，試寫出D（z）表s-10達(dá)式，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論。（1）首先依一階向后差分方法將其離散，得D（z）=蘭竺；-9-z1z+0.112）從該結(jié)果的特征方程可知D是穩(wěn)定的。但從原連續(xù)傳遞函數(shù)D（s）中可知原連續(xù)傳遞函數(shù)是不穩(wěn)定的。所以可知，原D（s）不穩(wěn)定，但D可能穩(wěn)定。）試簡(jiǎn)單說明共模干擾產(chǎn)生的原因以及抑制共模干擾的主要方法。（共模干擾產(chǎn)生的主要原因是不同“地”Z間存在共模電壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地存在漏阻抗。抑制共模干擾的主要措施：采用差分放大器做信號(hào)前置放大；采用隔離技術(shù)將地電位隔開。）三、簡(jiǎn)單計(jì)算題(14分)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖如圖所示。N

5、(s)完成：1)將被控對(duì)象和控制器離散化，控制器釆用一階后向差分方法離散化證明PI控制器可以使該系統(tǒng)無靜差跟蹤階躍輸入信號(hào)R(s)。證明PI控制器可以使系統(tǒng)對(duì)于階躍擾動(dòng)信號(hào)N(s)的穩(wěn)態(tài)誤差為0。解：1)G=(1-z-1)Z-=4t心分)s(s+a)z-eD(z片+軍/S“=(3分)5=lz7KT1_eaT2)對(duì)于R(s),R(z)=,D(z)G(z)=(Kp+)十z-11-zz-eael=lim=0,系統(tǒng)對(duì)階躍輸入R(s)的穩(wěn)態(tài)誤差為0。】l+D(z)G(z)(4分)3)對(duì)于N(s),N(z)=,蘭辺的穩(wěn)態(tài)值即為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差z-1N丫_1N(z)l+D(z)G(z)=lim-=0,所以系統(tǒng)

6、在擾動(dòng)量作用下穩(wěn)態(tài)誤差為0。(4分)T1+DG(z)四、(17分)設(shè)計(jì)題己知離散系統(tǒng)狀態(tài)方程為：x(k+l)=_o；x(k)+：u(k),y(k)=10)x(k),求：(1)系統(tǒng)是否可控？是否可觀？取狀態(tài)反饋u(k)=-Kx(k)-H(k),求常值反饋陣K,使閉環(huán)極點(diǎn)為zi=0。設(shè)x(0)=0,r(k)=l,k0,求閉環(huán)后x(k)=?閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)r(k)是否可控？為什么？對(duì)于本例，應(yīng)當(dāng)如何選取狀態(tài)觀測(cè)器的極點(diǎn)？(解：(1)raiikG,FG=raiik；=2,系統(tǒng)可控(2分)CrankCF1=rank0廠2,系統(tǒng)可觀(2分) # #(2)設(shè):K=(Jq,k2),u(k)=-Kx(k)+r(k)阿

7、F+GKlrh-1z+k2-1=z2+(k2-l)z+k+0.4=0 # ki=o由可得w得至M矩陣K=(0.41)(5分)由x(0)=0,r(k)=l得到遞推解:x(k)=(F-GK)x(k)+Gi(k)=fA=2,3,4,x(k)+r(k)(3分)(4)閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)輸入/(力的可控性不變，因?yàn)闋顟B(tài)反饋不改變系統(tǒng)的可控性。(2分)(5)觀測(cè)器的極點(diǎn)應(yīng)位于z平面的原點(diǎn)，因?yàn)橛^測(cè)器收斂要快于系統(tǒng)收斂速度410倍，其極點(diǎn)應(yīng)比系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)更接近原點(diǎn)，而系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)已經(jīng)位于z平面原點(diǎn)，所以觀測(cè)器極點(diǎn)應(yīng)位于原點(diǎn)。(3分)系統(tǒng)如圖所示。要求:五、（2。分）己知D22如。H-0.5z-0.24，（1）用直接法

8、畫出系統(tǒng)的算法編排框圖；（2）進(jìn)行比例因子的配置，并寫出其對(duì)應(yīng)的前后臺(tái)差分方程，畫出其流程實(shí)現(xiàn)框圖。某數(shù)字控制器及其接口環(huán)節(jié)圖 # #解：從所給的控制器函數(shù)，采用直接型結(jié)構(gòu)中的零極型結(jié)構(gòu)編排，得到實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如下圖所示。e(k)u(k)（4分）（A）該控制器穩(wěn)態(tài)增益D（z）|_=1.3851，高頻增益（tT8%）=0.071o（tT8）若采用定點(diǎn)運(yùn)算，則前面應(yīng)除以2,后面乘以2,并要限幅。若釆用浮點(diǎn)運(yùn)算，則應(yīng)在最后進(jìn)行限幅。（4分）（B）考慮A/D和D/A的量程由于A/D的量程為10V,相當(dāng)于具有比例因子1/10；D/A的量程為5V。故應(yīng)乘上系數(shù)2,并在其前面加入限幅保護(hù)。稍加整理，得釆用定點(diǎn)運(yùn)算并配置好比例因子的結(jié)構(gòu)編排圖如圖所示。?7 ?7 #?7 #000D000D000D0000D000D（4分）根