微型计算机控制技术第七章(王洪庆)习题详解.docx

7-1试说明离散化设计的含义及常用方法。答：数字限制系统DDC(DirectDigita1.Contro1.)是用数字限制器取代模拟调整器，配以适当的外部装置，实现工业过程限制。因此，数字限制器是DK系统的核心。设计数字限制有两种方法：模拟化设计和干脆数字设计。数字P1.D限制算法，是基于模拟系统PID调整器的设计，并在计算机上数字模拟实现的，这种方法称为模拟化设计。该方法对一般的调整系统是完全可行的，但它要求较小的采样周期，只能实现简洁的限制算法。由于限制任务须要，当所选择的采样周期较大或对限制质量要求较高时，就须要从被控对象的特性动身，干脆依据采样理论来设计数字限制器，这种方法称为干脆数字设计。它完全依据采样系统的特点进行分析与综合，并导出相应的限制规律，比模拟化设计更具有一般性。无论采样周期大小，干脆数字设计都适用.7-2试说明圾少拍设计的含义及设计步骤，答：在数字随动系统中，往往要求系统输出值能尽快地跟踪期望值的改变，最少拍限制就是应这一要求而产生的一种离散化干脆数字设计方法。所谓最少拍(一拍即一个采样周期)限制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无净差的稳态，且脉冲传递函数具有以下形式：（三）-xz'+2z+,+1,式中n是可能状况下的最小正整数.这形式表明闭环系统的脉冲响应在n个采样周期后便为零,从而意味若系统在n拍之内达到稔态。明显，这种系统时（三）的性能是快速性与精确性。设计步骤：(1)依据限制系统的性能指标构造（三）,（三）=1.-（三）=(1.-zTF（三）(2)求广义对象的脉冲传递函数G（三）(3)求数字限制涔的脉冲传递函数D（三）(4)依据D（三）求限制算法的递推计算公式。7-3最小拍有水纹设怦与无水纹设计的主要差别是什么？答：域小拍无水纹数字限制器的设计，是在最小拍有水纹设计的基础上，对闭环2传递函数(2)进步修正，以达到保证不仅采样点上无桎态误差，而且能消退采样点间的水纹。7-4大林算法的针时对象有什么特点？答：这种算法是用来解决含有纯滞后对象的限制问题，所以针对的对象自然应含有纯滞后环节.而纯滞后多出现在工业过程系统，大部分工业过程对象多含有一阶或二阶惯性环节，故达林(DahIin)算法就针对这类最广泛的工业对象。7-5达林鸵法的详细内容是什么？答：这种算法主要解决超调问题，而调解过程可以少长一些，因此所设计的闭环传递函数应具有惯性性质，这样输出才会平滑一些。又考虑到闭环传递函数的可实现性，应使分子具有纯滞后环节，这样达林(Dah1.in)就给出了如下的设计目标，即使闭环传递函数为(三)=-.=kTVi+I式中T为采样周期，0为纯滞后时间。一般取。和丁为整数关系，以便延时精确。r为整定时间，即依据对输出的快慢程度要求按实际状况来调整。有了对象模型,又有r闭环传递函数，可以仿照干脆设计最小拍系统的过程设计出数字限制器D（三）.其设计步骤：I、(三)离散化:Q)=Z上手Te-n's(-eT)ZTT)+T,=_£.1.-er-2、求D（三）对象为一阶时kf>',G（三）=Z1.Zo,丝一Jrs+1则=_1_（三）(1-产)(|3%2)'-G(Ij>1-(2)-jt0.e-)(1,e-z-1-(1-e对象为二阶时，I可理可得.3、编程实现。7-9D（三）的计算机实现有几种形式?各9什么特点?z)的表示形式不同，可以有不同的实现方法。1. z）对应的差分方程成一状态空间表示：这时数字调整器的状态空间方程可干脆在计算机上编程。2. QU）以ZT的脉冲传递函数表示：这时可以用硬件和软件两种方法实现，（1）硬件实现。利用数字电路实现。这事实上是制作一个专用的处理机来完成特定形式Q（Z）的运算，半用于某些专用系统。（2）软件实现。它是通过编制计算机程序来实现ZXz）的方法，称为计算机实现。它又可分为以卜几种：I）干脆程序法2）串行程序法3）并行程序法干脆程序法：是指将仇工）离散化的差分方程不做任何改变，干脆编制软件的方法。特点如下：1 .加法次数n+n2 .乘法次数m+n+1.3 .移动和延时运算次数m+n4 .寄存纯滞后信号的单元数m+n+2串行程序法：当数字调整器具有较高的阶次时，可把ZXt）分解因式，化作一些简洁的一阶或二阶环节的串联。串行程序法的特点是1 .以简化程序设计，设计出的阶或二阶程序可以反笈调用。2 .降低系统对参数,及址化误差的房敏度。3 .初二）分解因式，有时较困难.4 .计算一次“（外的开销为：加法次数m+n；乘法次数m+n+1.：移动和延时运算次数n+1.：寄存纯滞后信号的单元数n+1.并行程序法：当数字调整器具有较高的阶次时，可用部分分式法把。二）化为一些简洁的一阶或二阶环节的的相加，其中每个环节可用干脆程序法编程。并行程序法的特点是1 .可以简化程序设计，设计出的阶或二阶程序可以反身调用。2 .可降低系统时参数,/,及属化误差的灵敏度”3 .部分分式有时难求。4 .计算一次“(的开销为:加法次数2n-h乘法次数2n：移动和延时运第次数n：寄存纯滞后信号的总元数n7-7已知被控对象的传递函数为G4(J)=4S采样周期T=Is,采纳零阶保持器,针对单位速度输入函数,按以卜要求设计：(1)用最小拍无水纹的设计方法,设计（三）和以力。(2)画出采样瞬间数字限制器的输出和系统输出曲线.解：参看本巾例7-1.