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1、计算机控制系统试卷四答案班级：姓名：学号：成绩：一、简答题(每小题3分，共30分)1. 使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔 离？答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。2. 给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。型汁算巩答：把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样 的逆过程。4. 写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传递函数的极点有何影响？答：零阶保持器的传递函数为H (s)二。零阶保持器的引入0s并不影响开环系统脉冲传递函数的极点。5. 阶跃响应不变法的基本思想是什么？答：阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的 阶跃响应序列与
2、模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。6. 如何消除积分饱和现象？答：减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。因此当偏 差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，PID控制器相当于一个 PD调节器，既可以加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致 使系统产生过大的超调和振荡。只有当误差e在门限e之内时，加入 积分控制，相当于PID控制器，则可消除静差，提高控制精度。7. 给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下：(1) 根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它 约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数0(z)。(2) 确定数字控制
3、器的脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法 程序。8. 采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是什么？答：采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是系统 状态完全能控。9. 说出实施信号隔离的主要方法。答：信号隔离方法主要有变压器隔离和光电隔离，变压器隔离适 用于模拟信号隔离，光电隔离则特别适合数字信号的隔离。10. 故障诊断中的状态估计方法的基本思想是什么？答：故障诊断中的状态估计方法的基本思想是：首先重构被控过 程的状态，通过与可测变量比较构成残差序列，再构造适当的模型并 用统计检验法，从残差序列中把故障诊断出来。因此，这就要求系统 可观测或部分可观测，通常用各种状态
4、观测器或滤波器进行状态估 计。二、已知系统框图如下所示： T=1s(15 分)试求闭环离散系统的闭环脉冲传递函数，并判别系统的稳定性。解：广义对象脉冲传递函数为G (z) = Z G (s) = Z1 - e-Ts1ss (s + 1)1s 2( s + 1)=(1- z-1)z-1(1- z-1)21 1+1 z-11 e-1 z-10.368z-1(1+ 0.718 z-1)(1- z-1)(1-0.368z-1)系统闭环脉冲传递函数为G (z)0.368 z-1 + 0.632z -2P( z)1 + G (z)1 - z-1 + 0.632z -2则闭环系统的特征方程为W (z) =
5、z 2 - z + 0.632 = 0 由z域直接判据 丨 W(0)丨=0.6320 W()=1+1+0.6320知闭环系统稳定。三、已知某被控对象的传递函数为(15分)G (s)=ps(s +1)要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为 T=1s。要求闭环特征根为0.4和0.6。试求数字控制器。解：广义对象脉冲传递函数为G (z) = Z G (s) = Z1 e-Ts1s s (s +1)_s2(s+1)_ 0.368z-1(1+ 0.718z-1) (1 z-1)(1 0.368z-1)=(1 z-1)根据要求设定闭环脉冲传递函数为z2z-1 + (1- z-1)21
6、 - z-11 -e-1z-1 _ (z - 0.4)(z - 0.6) _ (1-0.4z-1)(1-0.6z-1)D(z) _ 27188-1(1 z-1)(1-3688-1)(1-0 (z )G (z)(1-z-1 - 0.76 z -2)(1+0.718 z-1)es四、已知控制系统的被控对象的传递函数为G (s) _(2 s + 1)( s + 1)采样周期T=1s,若选闭环系统的时间常数T二0.5s ,试用大林算法设T计数字控制器D(z)。若出现振铃现象，修正数字控制器，消除振铃现象。(20 分)解：采样周期T=1s，期望闭环脉冲传递函数为e-s2e-s进而_ 0.865z-2_
7、1 0.368z-1被控装置广义脉冲传递函数1-e-Tse-s0.154z -2 (1+ 0.610z-1)_ s(2 s + 1)(s +1)(1-0.368z-1)(1-0.607 z-1)es5.617(10.368z1)(10.607z1)G(zj 1 0(z) _ (1+ 0.610z-1)(1 0.368z-1 0.865z-2)_5.617(10.368z-1)(1 0.607 z-1)_ (1+ 0.610z-1)(1+ 0.763z-1)(1 1.131z-1)由振铃现象产生的原理知，用常规大林算法设计的被控对象为二阶的系统必产生振铃现象。在D(z)中的靠近z=-1的两个因子
8、中令z=1来消除振铃现象，即z) _ 10(z) _ 5.617(1-0.368z-1)(1-0.607z-1)Z _ G(z) 1 - 0(z) _ (1+ 0.610)(1+ 0.763)(1- 1.131z-1)_ 1.979(1-0.368z-1)(1- 0.607z-1)1 - 1.131z-1五、求出双积分系统控制对象的离散状态方程，假设系统所有的状态 皆不可直接测量，设计全维状态观测器实现状态反馈，并把闭环两个 极点都配置在 0.1，观测器特征方程的两个根配置在原点(。 T=1s)(20 分)解：系统的广义对象脉冲传递函数为G(z) _(1-z-1)Z1 T2 z +10.5 +
9、 0.5z一_ s32 (z-1)2z2 -2z +1可写其能控标准型实现为x (k)01+x (k)210-112u(k)x (k +1)1x (k +1)2y(k)品0.5；1(：)2对应的能观性矩阵为CQ0 _ CA-0： 0.5满秩故系统能观可设计观测器。先求状态观测器增益矩阵H_h1h2zI - (A - HC)| _z + 0 5h11 + 0.5h2状态观测器特征多项式为0.5h -11z + 0.5h - 22_ z2 +(0.5h +0.5h -2)z+(-1.5h +0.5h +1)1 2 1 2观测器期望特征多项式为(z + 0)( z + 0) = z2比较上面两式Z各次幕项系数得H二h h t二1.5 2.5t 12再求状态反馈增益矩阵K = kk 12期望闭环特征方程为(z - 0.1)(z - 0.1)二 z2 - 0.2z + 0.01 = 0则引入状态反馈后系统闭环特征方程为|zZ - A + BK =-1=z2 + (k 一 2) z + (k +1) = 021比较上面二方程z各次幕项系数，得K = kk =-0.99 1.812
