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1、计算机控制系统大作业一、简答题(共 50 分)1、试给出计算机闭环控制系统结构框图，并给出其运行的三个步骤。（10 分）、实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务2、简述计算机控制系统的特点。（10 分）（1）可实现复杂的控制规律 （2）可分时控制多个回路 （3）能够实现集中监视、操作（4）是一个模拟、数字混合系统3、分别给出位置式和增量式数字 PID 控制算法的表达式，并说明增量式 PID 控制算法的优点？（
2、10 分）位置式 )1()()( )(00 keKjeKkeTTKkukdipkjdp增量式 )(1()kuku)2(1 )2(10 keqeq keKeKdip优点：克服了位置式算法中的偏差长期累加现象，易于编程实现。易于实现手动-自动的无扰切换。对于具有保持功能的执行机构（如步进电机），必须使用增量式 PID 输出。4、什么是积分饱和现象？试列举两种抗积分饱和的方法。（10 分）如果执行机构已经到极限位置，仍然不能消除静差时，由于积分作用，尽管 PID 差分方程式 所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就叫积分饱和。1、控制器输出限幅2、分段积分3、变速积分5、试列举五
3、种现场总线协议，并简述 FCS 与 DCS 的区别。（10 分）1、FF2、Profibus3、CAN 总线4、LonWork5、HARTFieldbus Control System（简称 FCS）即现场总线控制系统，它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。因此，FCS 实质上是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。FCS 是由 DCS 与 PLC 发展而来，不仅具备 DCS 与 PLC 的特点，而且跨出了革命性的一步。 DCS 系统的关键是通信。也可以说数据
4、总线是分散控制系统 DCS 的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据总线自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据总线的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。通过数据总线的设计参数，基本上可以了解一个特定 DCS 系统的相对优点与弱点。为保证通信的完整，大部分 DCS 厂家都能提供冗余数据总线。为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。FCS 的关键要点有三点：1、 FCS 系统的核心是总线协议，即总线标准2、FCS 系统的基础是数字智能现场装置3、FCS 系统的本质是信息处理现场化通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量
5、通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送 420mA 信号，现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。二、计算题（共 30 分）1、已知某离散系统的齐次差分方程为 ()1.368()0.368(2)0.368().24(1)ykykykukk试求其对应的脉冲传递函数，并判断该系统的稳定性。(10 分)解： 211368.0.4)(zzzUY由特征方程 得 z1=0.368, z2=1,
6、z=1 在单位圆上，0系统临界稳定。2、设被控对象的传递函数为 12sGp在被控对象前接有零阶保持器，试求出广义对象的脉冲传递函数。（10 分）解： )1)(1(2 1)()(2)(1)1( 1212 zezTTe zezzsZzseGTT3、设离散型系统的差分方程为 (3)(2)4(1)2(3)ykykuk试写出系统的离散型状态空间表达式。（10 分）解：)(03)( 10)(3421kxkyx三、编程题（共 20 分）考虑如下的被控对象 2401pGss取采样时间 Ts=0.2，试求其差分方程表达式。进一步考虑 PI 控制器试选择合适的控制器参数并编写计算机程序给出闭环控制的输入和输出曲线。解：差分方程 )(2.0)(72)(.0)(82)(1(40.0) )(.)1().(1( 22122 12 kuxkukxkxkx kxkxnnn ()ipKCss
