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計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試題及答案
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對(duì)象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。以下是由陽(yáng)光網(wǎng)小編整理關(guān)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試題的內(nèi)容，希望大家喜歡!
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試題及答案
一、 簡(jiǎn)答題(每小題4分，共40分)
1. 連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有哪些特點(diǎn)
答：與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：?
(1) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。?
(2) 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計(jì)算機(jī)通過程序?qū)崿F(xiàn)的(數(shù)字控制器)，修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應(yīng)性。
(3) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律。?
(4) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。?
(5) 一個(gè)數(shù)字控制器經(jīng)�？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式，同時(shí)控制多個(gè)回路。?
(6) 采用計(jì)算機(jī)控制，如分級(jí)計(jì)算機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。?
2. 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般控制過程。
答：(1) 數(shù)據(jù)采集及處理，即對(duì)被控對(duì)象的被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
(2) 實(shí)時(shí)控制，即按已設(shè)計(jì)的控制規(guī)律計(jì)算出控制量，實(shí)時(shí)向執(zhí)行器發(fā)出控制信號(hào)。
3. 簡(jiǎn)述典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中所包含的信號(hào)形式。
答：(1) 連續(xù)信號(hào)
連續(xù)信號(hào)是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號(hào)，它的幅值可以是連續(xù)的,也可以是斷續(xù)的。
(2) 模擬信號(hào)
模擬信號(hào)是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號(hào)，它的幅值在某一時(shí)間范圍內(nèi)是連續(xù)的。模擬信號(hào)是連續(xù)信號(hào)的一個(gè)子集，在大多數(shù)場(chǎng)合與很多文獻(xiàn)中，將二者等同起來，均指模擬信號(hào)。
(3) 離散信號(hào)
離散信號(hào)是僅在各個(gè)離散時(shí)間瞬時(shí)上有定義的信號(hào)。
(4) 采樣信號(hào)
采樣信號(hào)是離散信號(hào)的子集，在時(shí)間上是離散的、而幅值上是連續(xù)的。在很多場(chǎng)合中，我們提及離散信號(hào)就是指采樣信號(hào)。
(5) 數(shù)字信號(hào)
數(shù)字信號(hào)是幅值整量化的離散信號(hào)，它在時(shí)間上和幅值上均是離散的。
4. 線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是否只與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)
答：線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，不但與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，而且與輸入序列的形式及幅值有關(guān)。除此之外，離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與采樣周期的選取也有關(guān)。
5. 增量型PID控制算式具有哪些優(yōu)點(diǎn)
答：(1)計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，因而誤動(dòng)作影響小。
(2)在i時(shí)刻的輸出ui，只需用到此時(shí)刻的偏差，以及前一時(shí)刻、前兩時(shí)刻的偏差ei-1、ei-2和前一次的輸出值ui-1，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。
(3)在進(jìn)行手動(dòng)—自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡。
6. 如何利用試湊法調(diào)整PID算法的參數(shù)
答：(1)先整定比例部分：將比例系數(shù)KP由小調(diào)大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)趨勢(shì)，直到得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍之內(nèi)，同時(shí)響應(yīng)曲線已較令人滿意，那只需用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定。
(2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則需加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)一般先置一個(gè)較大的積分時(shí)間系數(shù)TI,同時(shí)將第一步整定得到的比例系數(shù)KP縮小一些(比如取原來的80%)，然后減小積分時(shí)間系數(shù)，使在保持系統(tǒng)較好的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的靜差得到消除。在此過程中，可以根據(jù)響應(yīng)曲線的變化趨勢(shì)反復(fù)地改變比例系數(shù)KP和積分時(shí)間系數(shù)TI,從而實(shí)現(xiàn)滿意的控制過程和整定參數(shù)。
(3)如果即使有比例積分控制器消除了偏差，但動(dòng)態(tài)過程仍不令人滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成PID控制器。在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間系數(shù)TD為零，在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大微分時(shí)間系數(shù)TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)KP和積分時(shí)間系數(shù)TI，逐步試湊，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。
7. 簡(jiǎn)述對(duì)偶原理的基本內(nèi)容。
答：對(duì)偶原理：設(shè)S1=(A,B,C)、S2=(AT, CT, BT)是互為對(duì)偶的兩個(gè)系統(tǒng)，則S1的能控性等價(jià)于S2的能觀測(cè)性;S1的能觀測(cè)性等價(jià)于S2的能控性�；蛘哒f，若S1是狀態(tài)完全能控的(完全能測(cè)觀的)，則S2是狀態(tài)完全能觀測(cè)的(完全能控的)。
8. 與應(yīng)用了傳統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)的數(shù)字產(chǎn)品相比，嵌入式系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)
答：系統(tǒng)內(nèi)核小;系統(tǒng)精簡(jiǎn);高實(shí)時(shí)性和高可靠性;智能化和網(wǎng)絡(luò)化;專用性強(qiáng);需要有專用的開發(fā)工具和環(huán)境。
9. 尖峰干擾是一種頻繁出現(xiàn)的疊加于電網(wǎng)正弦波上的高能隨機(jī)脈沖，如何防治尖峰脈沖干擾
答：尖峰干擾是一種頻繁出現(xiàn)的疊加于電網(wǎng)正弦波上的高能隨機(jī)脈沖，其幅度可達(dá)幾千伏，寬度只有幾個(gè)毫微秒或幾個(gè)微秒，出現(xiàn)的位置也無規(guī)律，因此采用常規(guī)的抑制辦法是無效的，而必須采取綜合治理的.辦法：
(1)“遠(yuǎn)離”干擾源。
(2) 用硬件設(shè)備抑制尖峰干擾的影響。
較常用的抑制方法有三種：在交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻;采用鐵磁共振原理，如采用超級(jí)隔離變壓器;在交流電源輸入端串入均衡器。
(3) 在大功率用電設(shè)備上采取措施抑制尖峰干擾的產(chǎn)生。
(4)采用“看門狗”(Watchdog)技術(shù)。
10. 什么是硬件故障冗余系統(tǒng)
答：硬件故障冗余系統(tǒng)的定義是：如果一個(gè)系統(tǒng)在出現(xiàn)一定的運(yùn)行性故障時(shí)，依靠系統(tǒng)冗余硬件的內(nèi)駐能力，仍能保持系統(tǒng)連續(xù)正確地執(zhí)行其程序和輸入、輸出功能，則稱這一系統(tǒng)為硬件故障冗余系統(tǒng)。
二、已知系統(tǒng)框圖如下所示： T=1s (15分)
解：廣義對(duì)象傳遞函數(shù)
1eTsK G(s)ss(s1)
對(duì)應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為
1eTsKG(z)ZG(s)Zss(s1)
1z1111 K(1z)Z2K(1z)121111ezs(s1)(1z)1z
0.368Kz1(10.718z1)0.368z0.264 K(1z1)(10.368z1)z21.368z0.3681
此時(shí)系統(tǒng)的特征方程為
1G(z)1K(0.368z0.624) 2z1.368z0.368
采用雙線性變換z1(T/2)w10.5w 1(T/2)w10.5w
可得等效的特征方程為
(10.0381K)w2(0.9240.386K)w0.924K0
此時(shí)，勞斯表為
w2 (1-0.0381K) 0.924K → K< 26.2 w1 0.924-0.386K → K< 2.39 w0 0.924K → K> 0 故K的變化范圍為 0< K < 2.39。
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三、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為 (10分)
2n D(s)22s2nsn
試用雙線性變換法求出相應(yīng)的數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)，并給出控制器的差分形式。其中T1s。
2z121z11z1
2解：令 s Tz1T1z11z1
2nU(z)D(z)22E(z)s2nsn1z1
s21z2n(z22z11)222(n4n4)z2(2n8)z1n4n4
控制器的差分形式為
2222n8n4n4nu(k)2u(k1)2u(k2)2(e(k)2e(k1)e(k2))n4n4n4n4n4n4
四、已知離散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下所示，采樣周期T0.2s，輸入信號(hào)
1r(t)1tt2，求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 (10分) 2
解：系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為
1eTs10(0.5s1)G(z)ZG(s)Zs2s
z10.4z1(1z1)5s1011 (1z)Z3(1z) 1213s(1z)2(1z)
z1(0.81.2z1) (1z1)2
則誤差脈沖傳遞函數(shù)為
E(z)1(1z1)2
Φe(z)R(z)1G(z)11.2z10.2z2
10.2z10.04z1(1z1)1.021.78z10.8z2
R(z)11213131z(1z)2(1z)(1z)
穩(wěn)態(tài)誤差為
e()lim(1z1)E(z)Φe(z)R(z)0.1 z1
五、已知廣義被控對(duì)象為 (15分)
1eTs12s
G(s)e
ss1
其中，T=1s。期望的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中的時(shí)間常數(shù)取為Tc=0.5s,應(yīng)用史密斯預(yù)估器方法確定數(shù)字控制器。
解：不含純滯后的廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為
1eTs1
G0(z)ZG0(s)Z
ss1
1
10.632z
(1z1)Z10.368z1
s(s1)
廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為
G(z)G0(z)z
4
0.632z5 10.368z1
不考慮純滯后，閉環(huán)系統(tǒng)理想脈沖傳遞函數(shù)為
1eTs110.865z1
Φ0(s)，進(jìn)而Φ0(z)Z 1
0.5s1s0.5s110.135zΦ0(z)10.368z1
求得D0(z) 1.369
[1Φ0(z)]G0(z)1z1
于是得史密斯預(yù)估器如下
D0(z)10.368z1
D(z)1.369N15
1(1z)D0(z)G0(z)10.135z0.865z
六、采用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)圓弧OP，起點(diǎn)坐標(biāo)O(0，5)，終點(diǎn)坐標(biāo)P(5，0)，圓心在原點(diǎn)。要求以表格形式給出插補(bǔ)計(jì)算過程，并畫出插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡。(10分)
解：
(圖略)
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