计算机控制系统概述

第一章 计算机控制系统概述 习题一

1．计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。

2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 3．计算机控制系统的主要特点有哪些？ 4．计算机控制系统的主要性能指标有哪些？ 5．控制对象对控制性能有何影响？ 6．现代集成控制系统的体系结构？ 7．信息网络对控制网络的推动作用？

8．计算机控制系统的发展动向主要表现在哪几个方面？

第二章 计算机控制系统的数学描述 习题二

1．计算机控制系统的数学描述分为几类？ 2．采样信号的物理意义是什么？

3．采样定理与信号复现的关系是什么？

4．设采样周期为T，试求以下连续时间被控对象的脉冲传递函数。

Ks(s?a)K(2)G(s)?(s?a)(s?b)(1)G(s)?1?e?TsK(3)G(s)?s(s?a)(s?b)5．已知G1(s)?

1a,G2(s)?，试分别求出他们中间没有采样开关隔开时，和中间有采ss?a样开关隔开时的脉冲传递函数。

6．设有闭环采样控制系统如图2.27所示，试求出该系统闭脉冲传递函数。

r(t)G1(s)G2(s)Y(t)

图2.27 闭环采样控制系统结构图

7．设采样控制系统的特征方程如下所示，试确定相应系统的渐进稳定性。

(1)z3?5z2?3z?z?0(2)z4?9z3?3z3?9z?1?0(3)z3?1.5z2?2z1?3?0(4)z4?1.55z3?0.5z2?0.5z?1?0(5)z4?2z3?z2?2z?1?08．设采样控制系统的特征方程为z?kz?1.5kz?(k?1)?0，试决定为保证系统稳定k的取值范围。

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bnzn?bn?1zn?1???b1z?b0Y(z)9．讨论系统，假设?r(k)?输入序列是有界?G(z)?nn?1R(z)z?an?1z???a1z?a0的，即r(k)?M1,k?0,1,2?,M1为一界常数。若系统是渐进稳定的，即G(z)的所有极点都在单位圆内，试证明系统输出y(k)也是有界的，即y(k)?M2,k?0,1,2?,M2为一有界常数。

10．已知一采样控制系统，如图2.28所示，试求

(1)系统的闭环脉冲传递函数。 (2)判定系统的稳定性。

(3)系统对阶跃输入和斜坡输入的稳态误差。

r(t)-T=1s1?e?ss2s(0.1s?1)(0.05s?1)y(t)

图2.28 采样控制系统结构图

11．采样控制系统的稳态误差与哪些因素有关？

第三章 常规数字控制器的设计方法 习题三

1．试说明数字控制系统设计的模拟设计法和直接数字设计法各自的步骤和特点。 2．模拟控制器的离散化方法有哪些？各有什么特点？

3．什么叫模拟PID调节器的数字实现？它对采样周期有什么要求？理由何在？ 4．位置式PID算法和增量式PID算法各有什么样的特点？

5．试描述PID调节器中比例系数，积分时间常数和微分时间常数的变化对闭环系统控制性能的影响。

6．PID参数整定有些什么样的方法？它们各自的特点和适应范围如何？

7．什么是积分饱和现象？它是怎样引起的？通常采样什么方法克服积分饱和？

8．干扰对数字PID控制器有什么影响？为消除干扰的影响，在控制算法上可以采取什么样的措施？

9．在采用数字PID控制器的系统中，应当根据什么原则选择采样周期？

10．什么是最少拍数字控制系统？在最少拍数字控制系统的设计当中应当考虑那些因素？ 11．在图2.21所示的计算机控制系统中，被控对象的传递函数为Gp(s)?10，设采样周

(s?1)2期0.1s，试针对单位阶跃输入设计最少拍控制器，计算在采样瞬间数字控制器输出和系统输出响应，并绘制响应图形。

12．对题3.11所示系统，试针对单位阶跃输入设计最少拍无纹波数字控制器，计算在采样瞬间数字控制器输出和系统输出响应，并绘制响应图形。 13．设广义被控对的脉冲传递函数为G(z)?0.5z?1，试针对单位速度输入设计最少拍无?11?0.5z0.6z?1纹波数字控制器，并计算数字控制器输出和系统输出。当参数变化，使得G(z)?(1?0.4z?1)时，若D(z)保持不变，系统输出响应将如何变化？

14．最少拍数字控制系统有些什么缺点？为了克服这些缺点，通常采样什么方法？

15．已知在图2.21所示的计算机控制子系统中，被控对象的传递函数为

Gp(s)?5e?0.1s，试用达林算法设计数字控制器D(z)。

(1?s)(1?10s)16．振铃现象是如何产生的？它有些什么样的危害？怎样克服？

e?1s17．已知控制系统的被控对象传递函数为Gp(s)?，已知采样周期T=1s，试

(2s?1)(s?1)用大林算法设计D(z)。

18．在题3.17中，若选闭环系统的时间常数??0.1s。是否会出现振玲现象？如何消除？

第四章 高级数字控制器的分析与设计 习题四

1．什么叫状态变量？对实际系统来说，它的状态变量的选取是否唯一？ 2．求下述系统的状态方程描述。

y(k+2)+y(k+1)+0.16y(k)=u(k+1)+2u(k)

3．求下述脉冲传递函数描述系统的状态空间描述。

Y(z)5 ?U(z)(z?1)2(z?2)4．设离散时间系统的状态方程为：

1??0?1?x(k?1)??x(k)?u(k) ????0.16?1??1??1?初始状态x(0)???

??1?试求系统在单位阶跃输入序列（即u(k)=1,k=0,1,2…）作用下的状态响应x(k), k=0,1,2…。 5．已知离散时间系统的状态方程描述为

?10.5??0?x(k?1)??x(k)?u(k)??? ?0.50??1?y(k)??11?x(k)试求它的脉冲传递函数描述。

6．离散时间系统的能控性和能观测性是如何定义的？它们之间有什么不同？ 7．检验下列系统的能控性和观测性

?20??1?(1) x(k?1)???x(k)??1?u(k)

01????y(k)??10?x(k)

0??0.11?0?????(2) x(k?1)00.10x(k)?1u(k) ??????00.5??0??1??y(k)??111?u(k)

8．已知系统

??a1??1???x(k?1)???x(k)??1?u(k) ?0b?????y(k)??1?1?x(k)?的状态完全可控又可观时，求参数a、b的值

9．什么叫做状态方程的坐标变换？坐标变换有些什么样的重要特性？ 10．利用坐标变换，将下述系统转换成能控标准形

??211??1??x(k)??0?u(k)

x(k?1)??02?1???????013????1??

1??0?0?11．给定被控对象x(k?1)??x(k)???u(k)，试确定状态反馈增益矩阵fT，???0.161??1?使经状态反馈后所得的闭环系统的极点为?1?0.5?j0.5,?2?0.5?j0.5。 12．给定被控对象x(k?1)???01??0?x(k)???1?u(k)，试分别用解联立方程的方法和通过

?11????T能控标准型的方法状态反馈增益矩阵f，使闭环系统的极点为?1?0.1 ?2?0.5。

?110??00?????13．已知被控对象的状态方程为x(k?1)?010x(k)?10u(k)，试确定状态反???????002???0?2??馈增益矩阵F，使得闭环系统的极点为?1?0.2,?2,3?0.1?j0.2。 14．已知被控对象的状态方程为

?00.1??0?x(k?1)???x(k)??1?u(k)

0.20.3????y(k)??11?x(k)试设计它的状态观测器，并将观测器的极点配置到?1,2?0.1?j0.2。

15．对于题5.4所示的被控对象，试设计一具有状态观测器的极点配置控制器，并将闭环系统的极点配置到?1,2?0.5?j0.5，使观测器的极点为：?1,2?0.1?j0.2。同时得出可在

计算机中直接实现的关于U(z)和Y(z)之间的关系式。

16．与PID控制和直接数字控制相比，模糊控制具有哪些优点？

17．为什么说模糊控制程序设计是所有控制系统中最简单的一种程序设计方法？ 18．如何建立模糊模型？这种模型有什么实际意义？ 19．什么是可能性分布函数？它与隶属函数是什么关系？ 20．可能性与概率的关系是什么？试举例说明之。 21．试述模糊产生式规则的模糊化方法。 22．什么是专家系统，它有哪些基本特征？ 23．专家系统的主要类型有哪些？

24．专家系统包括哪些基本部分？其主要功能是什么？ 25．什么是专家控制系统？其主要特征是什么？ 26．专家控制系统的基本构成原理是什么？ 27．说明专家系统推理模型特点。 28．模糊专家系统的特点是什么？ 29．什么是不确定性推理？

第五章 过程输入输出通道技术 习题五

1．简述过程输入输出通道的组成及功能。 2．说明过程输入输出通道的编址方式及特点。

3．过程输入输出通道的主要控制方式有哪些？请说明其工作流程。 4．试说明过程接口电路设计中应解决的主要问题。

5．多路开关如何扩展？试用两个CD4097扩展成一个双16路输入和双2路输出系统，并说明其工作原理。

6．采样――保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集的影响？

7．在数据采集系统中，是不是所有的输入通道都无原则加采样――保持器，为什么？ 8．开关量输出通道与计算机的接口有哪些方法？ 9．开关量输出的功率接口技术主要有哪些？ 10．开关量有哪些主要形式？各有什么特点？ 11．试介绍开关量的整形与电平变换的主要功能？ 12．CPU对开关量输入信号有哪些主要形式？

13．试述权电阻解码型D/A转换原理？为什么实际采用R/2R T型D/A转换电路？ 14．试介绍数字输入码与模拟输出电压的关系？

15．用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为-5V~+5V，求对应以下偏移码的输出电压：

(1)10000000；(2)01000000；(3)11111111；(4)00000001；(5)011111111；(6)11111110。 16．说明D/A转换的双极性输出的原理，并画出电路原理图。 17．简述D/A转换器产生尖峰的原因及抑制尖峰的方法。

18．DAC0832与CPU有几种连接方式？它们在硬件接口及软件程序设计方面有何不同？ 19．试用DAC0832设计一个单缓冲的D/A转换器，要求画出接口电路图，并编写出程序。 20．试用8255A的B口和DAC0832设计一个8位D/A转换接口电路，并编写出程序（设8255A的地址为8000H~8003H）。

21．采用二片DAC0832设计一个双路模拟量输出通道，要求：

(1) 双路输出同时改变； (2) 输出为单极性；

(3) 提供与8031的接口及实现的程序。

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