计算机控制系统-试卷2答案

1参考试题2参考答案一、填空（每题2分，共16分）1．G(w、)与G(s)在Bode图上的主要区别是幅频高频段走平。2．离散系统频率特性与连续系统不同的主要特性是频率特性是采样频率的周期函数。3．若连续系统为()cGs稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得c()Gz的稳定性与采样周期有关。4．通常在传感器与A/D之间加入调理电路的目的是使传感器特性与A/D变换器相匹配。5．若已知系统的调节时间为ts，经验上采样周期T应取s/10Tt。6．s平面的虚轴在经过一阶向后差分方法离散后，其映射为z平面上半径为1/2，圆心位于(0.5,0)的小圆上。7．试连续传递函数G(s)与对应的脉冲传递函数G(z)的零点极点对应关系为极点按eTs映射，零点无对应关系。8．离散系统稳定性不仅与系统结构和参数有关，还与系统的采样周期有关。二、简答题(每小题5分，共35分)1．在计算机控制系统里，输出通道通常有哪两种形式，在选择D/A变换器时主要关心哪些指标？(一种为多D/A结构，一种为共享D/A结构。选择D/A时主要关心它的精度及分辨率等技术指标)2.由于计算机字长有限，控制算法参数将会产生量化误差，从而使极点发生变化，为了减少这种量化误差，在设计时应注意什么问题？(采样周期不应过小；控制算法的极点应离单位圆远些；极点不要过于密集；采用串联或并联编排等)23.已知z传递函数()zGzza，试说明a为不同实数时，该环节时间响应特征。（a0--单调发散；a=0--响应保持常值；0a1-单调收敛；a=0--一个采样周期达到稳态；-1a0--振荡收敛；a=-1--等幅振荡；a-1--振荡发散〉4.表述采样定理，并说明一连续正弦信号被采样，如不满足采样定理，采样信号将会变为怎样的信号？（采样定理：如果一个连续信号不包含高于频率max的频率分量（连续信号中所含频率分量的最高频率为max)，那么就完全可以用周期T/max的均匀采样值来描述。或者说，如果采样频率s2max，那么就可以从采样信号中不失真地恢复原连续信号。如不满足采样定理，一个高频连续信号采样后将会变成一个低频信号。）5.在零极点匹配z变换中在分子引入零点pz)1(的优点是什么？为什么？（可以保证变换后的频率特性不产生混叠。因为在/2，即1sz处环节输出为零。）6.试写出PID位置算法的积分分离法的输出表达式并说明这种方法的作用。（pID0()()()(()(1))kjukKekKejKekek当()ek值，1；当()ek值，0。为规定的门限值。该方法可以减少系统调节的超调量，又可以减少静差，提高精度。）7.已知连续传递函数通过离散后得到　6065.03935.0)(zzG试求w变换，并说明附加零点反映了什么特性，设采样周期T=0.1s。（12124.899(1)20()4.899TwzTwwGww；附加的非最小相位零点反映了ZOH的相位滞后的影响。）三、(10分)计算机控制系统结构如图所示(采样周期T=0.5s)3ZOHK11s-TR(1)试确定使系统稳定的K的取值范围；（T=0.5s）(2)若将该系统改为连续系统（即取消采样开关及ZOH）结果又如何？(3)所得结果说明了什么问题？[注：已知Z[a/s(s+a)]=z(1-e-aT)/(z-1)(z-e-aT)]（解：11e110.394()(1)1(1)(0.606)sTKGzKZKzZssssz()1()0.6060.3940zGzzK要求：|||0.6060.394|1zK1)394.0606.0(K，076.4K1)394.0606.0(K，1K取0K（由于系统均为负反馈），所以06.40K(6分)2）连续系统为一阶系统，0K均稳定；(2分)3）表明连续系统变为采样系统后临界放大系数减小，系统的稳定性降低。(2分))四、(10分)已知离散系统状态方程010(1)()(),()10()0.211xkxkukykxk求：（1）系统是否可控？是否可观？（2）采用状态反馈控制u(k)=-Kx(k)，求状态反馈阵K，使闭环系统调节时间最短。解：Tco[]2[]2WFGGWCCF　；　，所以可控可观。(3分)412100.21zzFGKkzk;2221(1)(0.2)00zkzkz；　要求;所以，2121100.2010.2kkkk；　；　，。(7分)五、（10分）已知离散系统状态方程00.160(1)()(),()01()111xkxkukykxk试设计一个全阶状态观测器。观测器的期望特征方程为05.0)(2zzz解：检测可观性Tc0111WCCF，其秩为2，系统可观。(3分)已知观测器特征方程为0zIFLC若观测器反增益可表示为21　llL则观测器特征方程可表示为2e21(1)0.160zlzl与期望方程相比较可得下述代数方程5.016.01112ll由此可得234.0　21llL(7分)）六、(19分)已知调节器传递函数为()(4)()()(1)UssDsEss，T=1s1）试用双线性变换法，将其离散，求D(z)=？52）将D(z)用直接程序法编排实现，配置比例因子，试求u(k)表达式，画出结构图；3）将该算法分成算法I与算法II，画出编程的流程图。解1211zSTz,所以11()10.33()2()10.33UzzDzEzz(5分)2环节稳态增益：972.3)(1zzD；环节高频增益：5.0)(1zzD。所以配置比例因子为2-2。环节结构图如下+0.33+-0.33221z22e(k)u(k))(1ku)(2ku22u1(k)=0.33u1(k-1)+2-2[e(k)+0.33e(k-1)]；)()(12kuku当212)(ku222)(ku当212)(ku)(2)(22kuku(10分)3I：u1(k)=2-2e(k)+uII)()(12kuku当212)(ku222)(ku当212)(ku)(2)(22kukuII：uII=0.33u1(k)+2-2e(k)6采样)(ke计算ID/A输出算法II返回(5分)