计算机控制系统作业参考答案.docx

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1、计算机控制系统作业参考答案计算机控制系统作业参考答案 作业一 第一章 1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。 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; 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。 被控制量给定值偏差控制量被控对象 调节器 _ 测量环节 计算机(数字调节器) 图1.3-2 典型的数字控制系统 1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型

2、？各有什么特点。 答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型： 数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。 直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。 监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC计算机提供最佳给定

3、值和最优控制量等。 分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT操作站相连。 1.3.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？ 答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：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。 与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点： )控制规律灵活，可以在线修改。 可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标。 抗干扰能力强，稳定性好。 可以得到比较高的控制精度。 能同时控制多个回路，一机

4、多用，性能价格比高。 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. 促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。 1 第二章 2.1.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? 答：在计算机控制系统中，通常既有连续信号也有离散信号，这些信号一般是信息流,而不是能量流。可分为四种形式：连续模拟信号：时间和信号的幅值都是连续的。 阶梯模拟信号：时间是连续的，信号的幅值是阶梯形的。 采样信号：时间是离散的，信号的幅值是连续的脉冲信号。 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。 2.2.采样信号的频谱和原连续信号的频谱有何不同？ 答：采样信号的频谱和原连续

5、信号的频谱的区别： 通常，连续信号带宽是有限的，频率的极限值wmax, 它的频谱是孤立的。采样信号的频谱是以s为周期的无限多个频谱所组成。 y(jw)和y*(jw) 形状相似。幅值只差一个比例因子1/T(又称为采样增益)。 2.3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述零阶保持器的特点。 答：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形成输出的连续值。零阶保持器有如下特性： 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。 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。 2.4.试求下例函数的Z变换：(采样周期为T) 答

6、： f(t)=1(t-T) f(t)=9t0t0 t0F(z)=19Tz F(z)= z-1(z-1)2ak-1f(k)=0k=1,2,3,k0e-atsin2t f(t)=0t0t0ze-aTsin2TzF(z)= F(z)=2 -aT-2aTz-2zecos2T+ea(z-a)2.5.设函数的La氏变换如下，.试求它们的Z变换: 答： F(s)=s+31 F(s)= 2(s+2)(s+1)(s+5)-z2zTze-5TF(z)=+ F(z)= z-e-2Tz-e-T(z-e-5T)2F(s)=110F(s)= 32ss(s+1)2 T2z(z+1)10Tz10(1-e-T)z F(z)=

7、F(z)=-2(z-1)3F(s)=10s2+16 F(z)=2.5zsin4Tz2-2zcos4T+1 2.6已知函数的Z变换如下，.试求它们的y(kT): 答：Y(z)=zz2-1 1(-1)ky(kT)=2-2 2z2Y(z)=(z+1)(z+2) y(kT)=-2(-1)k+4(-2)k Y(z)=0.6zz2+1.6z+0.6 y(kT)=1.5(-0.6)k-1.5(-1)k ）Y(z)=z-4F(z)=2.7zz-0.8 y(0)=2.7y()=0 (z-1)2(z-1)(z-e-T)Y(z)=z(z-1)2(z-2) y(kT)=2k-1-k Y(z)=1z(z-0.2) y(

8、kT)=25(0.2)k 1-3z-1+3z-1Y(z)=(1-0.5z-1)(1-0.8z-1)y(kT)=-3530.5k+31k60.8 8）Y(z)=Te-aTF(z)=1.6z2-zz2-0.8z+0.5y(0)=1.6y()=0 3 作业二 第三章 3.1 已知差分方程x(kT)-ax(kT-T)=1(kT) ，又知x(kT)=0(k0);-1a1.试用Z变换法求x(kT)和x()。 1-akx(kT)=1-a 答： 1x()=1-az23.2 已知F(z)=2 ,试用长除法和Z反变换法求解f(kT)。 z+1.2z+0.2答：f(kT)=1-1.2z-1+1.24z-2-1.24

9、8z-3+1.2496z-4- (-0.2)k5f(kT)=-+(-1)k 443.3 已知差分方程y(k+1)+2y(k)=0,y(0)=1， 用递推法求y(k)的前三项。 用反变换法求解y(k)。 答：y(1)=-2ky(2)=4y(3)=-8 y(kT)=(-2) 3.4 用Z变换法求解下例差分方程: 答：f(k+1)+f(k)=ak,f(0)=0 y(kT)=(-2)k f(k+2)-3f(k+1)+2f(k)=r(k)其中f(0)=f(1)=0，且k0 时f(k)=0; 0r(k)=1k0k=0,1,2,f(kT)=-k-1+2k y(k)+2y(k-1)=k-1 其中 y(0)=1

10、 10(-2)k-1+3ky(kT)= 94 3.5 利用劳斯判据，决定下列单位负反馈系统闭环稳定时，K的取值范围。 Gk(z)=K(0.1z+0.08) 答：0K3.75 (z-1)(z-0.7)(2) Gk(z)=K(0.1z+0.08) 答：0K10dB,速度稳态误差系数Kv=5s-1 。 _答： 0.018K(z+1)(z-1)(z-0.819)5GK(w)=1w(1+w)21.92(1-0.851z-1)D(z)=(1-0.714z-1)GK(z)=D(w)=1+0.622w1+0.305we-10s6.7 已知被控对象的传递函数G(s)= ，取采样周期 T=5s . 试用大林算法设计数字调节器D(z),100s+1e-10s期望的闭环传递函数为Gc(s)= 。 20s+14.51(1-0.951z-1)答： D(z)= -1-31-0.779z-0.221z 14