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1、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,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
2、统的单位阶跃响应。4.已知低通数字滤波器,求D（z）的带宽m;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:系统的闭环脉冲传递函数。判定系统的稳定性。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，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:问:
3、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: ,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。11.已知连续系统的传递函数G(s)=(s+1)/s(s+2)试用冲击不变法求其等效的Z传递函数.12.已知离散系统的Z传递函数：,试求离散系统的状态方程和输出方程。13.已知离散系统的Z传递函数：,试求离散系统的状态方程和输出方程。14.已知离散系统的差分方程为 输出为y(k)，试写出它们的状态方程和输出方程.15.已知离散系统的状态空间表达式，初始状态X(0)=0试求系统的Z传递函数:。16.已知,写出与它相对应的PID增量型数字控制
4、算法。(T=1s)17.已知广义对象的z传递函数： HG(z)=(z+0.5)/(z-0.9)(z-0.4),取采样周期T=1s,试设计PI调节器D(z)=Kp+Ki/(1-z-1),使速度误差ess=0.1,取采样周期T=1s。并求控制算法u(kT)？D（z）=U(z)/E(z)。18.已知被控对象的传递函数;G(s)=1/s(s+2),采用零阶保持器,取采样周期T=0.1,试设计单位阶跃作用下的最少拍调节器。19.已知单位负反馈系统被控对象的传递函数：G(s)=2/ (s+2),采用零阶保持器,取采样周期T=1s,试设计单位阶跃作用下的最少拍调节器D(z),并求其调节时间ts,控制算法u(
5、kT)。7参考答案一、简答题：1.答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分:计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 主机:通常包括中央处理器(CPU)和内存储器(ROM，RAM)，它是控制系统的核心。内存储器中预先存入了实现信号输入、运算控制和命令输出的程序，这些程序就是施加被控对象的调节规律。外部设备:操作台，又称为人机联系设备, 通常包括CRT显示器和键盘、专用的操作显示面板或操作显示台等。打印和制表装置：主要包括有打印机相
6、绘图机。磁盘设备：一般称为外存储器，它兼有输入和输出两种功能，用来存放程序和数据存储器的后备存储设备。通信设备；报警设备：用来显示被控对象的非正常工作状态。过程输入输出设备计算机与被控对象是用过程输入输出，它在两者之间进行信息传递和变换。二、软件部分：软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。2.解：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 计算机采用的信号是数字信号，因此为了信号匹配，在计算机与被控对象之间采用模数转换器(AD)和数模转换器(DA)，以实现两种信号之间的相互转换。计算机控制系统的优点(1
7、)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标.(3)抗干扰能力强，稳定性好。(4)可以得到比较高的控制精度。(5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。(6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度.(7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。3.解：保持器的原理是，根据现在时刻或过去时刻输入的离散值用常数、线性函数或抛物函数数形成输出的连续值。它的插值公式:m代表阶保持器。通常m0和m1分别称为零阶保持器和一阶保持器。零阶保持器的幅频特性和相频特性有如下特性：(1)低通特性：保持器的输出随着信号频率的提高，幅值迅速衰减。(2)
8、相位滞后持性：信号经过零阶保持器会产生相位滞后，它对控制系统的稳定性是不利的。4.解：PID调节器的控制作用有以下几点：(1)比例系数Kp，直接决定控制作用的强弱，加大Kp可以减少系统的稳态误差，提高系统的动态响应速度. 过大会使动态质量变坏，引起被控制量振荡甚至导致闭环系统不稳定(2)在比例调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差的，直到积分的值为零，控制作用才停止。但它将使系统的动态过程变慢，而且过强的积分作用会使系统的超调量增大，从而使系统的稳定性变坏；(3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关的。微分控制能够预测偏差产
9、生超前的校正作用。它有助于减少超调,改善系统的动态性能。改进型数字PID有：积分分离算法, 遇限停止积分法,不完全微分算法, 微分项的输入滤波, 不对设定值产生微分作用,具有不灵敏区的PID算法5.解：在计算机控制系统中，通常既有连续信号也有离散信号，这些信号一般是指信息流,而不是能量流.既:(1)连续模拟信号：时间和信号的幅值都是连续的。(2)阶梯模拟信号：时间是连续的，信号的幅值是阶梯形的。(3)采样信号：时间是离散的，信号的幅值是连续的脉冲信号。(4)数字信号：信号的时间以及幅值都是离散的，且幅值经过了量化处理。6.答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既
10、:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分.内存储器中预先存入了实现信号输入、运算控制和命令输出的程序，这些程序就是施加被控对象的调节规律。计算机采用的信号是数字信号，因此为了信号匹配，在计算机与被控对象之间采用模数转换器(AD)和数模转换器(DA)，以实现两种信号之间的相互转换。模拟调节器一般可以是电气的，机械的，气动的，液压的等元器件组成；其控制量均为时间的连续函数。二、分析和计算题：1.解：K=0 y(0)=0K=1 y(T)=0.1K=2 y(T)=0.142.解：Y(kT)=0.37y(kT-T)+0.53r(kT)+
11、0.1R(kT-T) r(kT)=1 k0y()=lim(z-1)(0.53z+0.1)/(z-0.37)z/(z-1)=1 Z1 3.解： 4.解：令： D(z)频率特性： 零频值： 由此得： 5.解： 系统稳定。 a. b. 6.解： 7.解： 1单位阶跃输入：ess=0 2单位斜坡阶跃输入：ess=0.1 3单位抛物线输入：ess= 8.解： 9.解：特征方程： 由舒尔科恩得：系统不稳定。 10.解： 11.解： .12. 解： 13.解： 14. 解： 15.解： 16.解：用双线性变换： 17.解：Kp=3.6 Ki=0.4 18.解： 19.解： HG(z)= ZH（s）G(s)=(1-z-1 )Z2/(s(s+2)=0.865 z-1/(1-0.135 z-1 )Ge(z)=1- z-1 Gc(z)= z-1 D(z)=(1.156-0.156 z-1 )/(1- z-1 ) =U(z)/E(z) Y(z)=Gc(z)R(z)= z-1 /(1- z-1 )= z-1 + z-2+ z-3 + ts=1(秒) U(kT)=U(kT-T)+1.156e(kT)-0.156e(kT-T)
