计算机控制技术试题

计算机控制技术试题

一、填空题（每空2分，共20分）

1．闭环控制系统是使被控量有较高的 精度 。

2．控制系统常常按其开环传送函数中所含 积分 环节个数来分类，分为“0”型，“I ”型系统等。

3．在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母 相同 。

4．控制系统开环对数频率特性中的截止频率?c 的大小通常反映系统的 快速性 ，而相位裕度?M 反映了系统运动的 。

5．系统的稳态误差与 运动平稳度 有关。

6．在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中 等三种信号变换最重要。 7．若已给闭环系统的自然频率为?n ，经验上，采样频率?s 应取为 。

8．为使传感器特性与A/D 变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D 之间加入 。 9．平均值滤波是对信号y 进行m 次采样；滤波器的输出=)k (y 。 二、简答题（每题6分，共30分） 1. 简述积分饱和的作用及抑制方法。

2. 说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围。

3. 说明数字PID 中积分单元参数对控制性能的影响及PID 调整的简单思想。

4. 说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围。

5. 简单说明大林算法及使用场合。 简述常态干扰的抑制方法。

简述计算机控制系统的典型形式。

1．已知闭环系统如图1所示，

试问：1）若R(s)为单位斜坡函数时，其稳态误差为多少？ 2）若N(s)为单位阶跃函数时，其稳态误差为多少？ 3）R(s)、 N(s)同时作用时，总误差为多少？ （不必进行具体计算）

2．已知A 点信号如图2所示，试画出B 点、C 点的信号图形，设采样周期T=?/2。

3．计算机控制系统在选择A ／D 变换器时应注意哪几项指标？这些性能指标应根据什么原则选取？

4．已知如下两种串联环节，试写出其输出与输入之间的传递函数G(z)。 （已知 Z[1/s]=

)

1z (z

-

c *(t

*

Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2

）

5．已知x(t)=+5sin3t) 采样周期T=2?/3，试求 采样信号x *

(t)。

三、（12分）已知系统开环对数渐近幅频特性曲线如图4所示，试求： 1）静态误差系数；2）截止频率?c ；3）相稳定裕度?M

五、（13分）若已知计算机控制系统结构如图6所示

12K 值范围。

3 [注：已知Z[a/s(s+a)]=z(1-e -aT

)/(z-1)(z- e -aT

) ] 六、（15分）数字惯性滤波器是RC 模拟滤波器数字化， )1/(1)

()()(+==s T s E s U s G f f ，T f =RC

1）试用一阶向后差分法将其离散化，求G f (z)；

2）将该G f (z)用直接程序实现法编排实现，写出u(k)表达式，画出实现框图； 3）将该算法分成算法I 及算法II ，并画出程序流程图。

计算机控制技术（2） 评分标准（参考）

一、填空题（每空2分，共20分）

1．精度；2．积分；3．相同； 4．快速性；5．运动平稳性； 6．系统本身特性；外作用；7．采

样、量化、零阶保持器；8．n ω)10~4(；9．调理电路； 10．∑=m

i i y m 1

)(1

二、简答题（每题6分，共30分）

1． 0．1； 0； 0．1

3．（1）精度：应高于传感器的精度一个数量级；（2分）

（2）分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定；（2分） （3）转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率。 （2分）

）

c *(t)

4．（1）2

2)

1(1)(-=????

??=z Tz s Z z G ， （3分） （2）2

2)1()1()1(11)(-=-?-=???

??????????=z z z z z z s Z s Z z G ，（3分） 5．∑∑∑∞=∞=∞=-=-?+=-=0

00*

)(5.0)()]323sin(55.0[)()()(k k k kT t kT t k kT t k x t x δδπδ （ 若仅写出5.0)(=k x ，只能给3分）

三、（12分） 1）10=K ，1.0/1==K K v ； （4分） 2）10=c ω；

（4分）

3）)

1(10

)(+=

Ts s s G ，故T tg o c 1090)(1---=ω?

T tg o o M 10901801

---=∴γ （4分）

五、（13分）

1）)368.0(632.0)1(1)1(111)(1

-=??????+-=??????+-?=--z K s s Z z K s s

e Z K z G sT ，（3分） 要求：1|632.0368.0|||<-=K z

1)632.0368.0(->-K ， 16.2<∴K 1)632.0368.0(<-K ， 1->∴K

取 0>K （由于系统均为负反馈），所以 16.20<

2）该系统为一阶系统，0>K 均稳定； 3）表明系统变为采样系统后系统的稳定性降低。

评分：1）第1小题满分为8分，如果方法正确，计算有误，可给4分；

2）第2问满分为2分； 3）第3问满分为3分。

数字控制器的直接设计算法是以 为基础的 系统。

常用的数字滤波方法（最少四

种）： 。 一、填空题(每空2分，共20分)

1．在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母相同 2．系统的稳定性仅与系统本身固有特性有关。

3．在计算机控制系统中存在有五种信号形式的变换，其中采样、量化、零阶保持(信号恢复)等三种信号形式变换最重要。

4．若连续信号的最高频率为?max ，按采样定理要求采样频率?s 应大于2max ω

5．脉冲传递函数定义为在零初始条件下系统输出量Z 变换与输入量Z 变换之比。6．若已给闭环系统的自然频率为?n ，经验上，采样频率?s 应取为(4--10)?n 7．通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。

8．平均值滤波是对信号y 进行m 次采样；滤波器的输出=)k (y

9．系统传递函数零极点的分布状况决定了系统的动态响应特性。 10．若信号的动态范围为N ，计算机字长n ?lgN / lg2 二、单项选择题(每小题2分，共10分

2．在单位闭环负反馈控制系统里，通常若增大系统的开环放大系数，则系统的稳定程度 A 。 A 减弱；B 不变；C 增强。

3．连续系统传递函数的一个极点P=-5，Z 变换后将映射到Z 平面的 C 。 A 单位园外；B 单位园上；C 单位园里。

4．双线性变换的一个特性是，连续传递函数经过双线性变换后所得Z 传递函数的稳态增益 B 。A 增大；B 不变；C 减小

5．计算机控制系统与连续系统相比，在系统结构与参数不变的条件下，抑制干扰的能力 B 。A 增强； B 减弱； C 不变。 三、简答题（每题5分，共25分）

1．试简单说明如何根据系统开环对数频率特性来判断闭环系统是否稳定。 答：依相稳定裕度进行判断，若相稳定裕度大于零，闭环系统稳定

2．已知A 点信号如图2所示，试画出B 点、C 点的信号图形，设采样周期T=?

3．计算机控制系统在选择A/D 变换器时应注意哪几项指标，这些性能指标应根据什么原则

选取。

答：(1）精度：应高于传感器的精度一个数量级；

（2）分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定； （3）转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率。 4．试简单说明控制器直接编排实现方法的优缺点。

答：优点：简单、直接。但字长有限时量化误差较大，对参数变化的灵敏度较高；缺点：对计算机的速度及内存要求较高

5．已知某系统的单位斜坡响应如图3所示，试确定该系统的类型及开环放大系数。答：I 型系统，开环放大系数K=1/=5。

五、（15分）若已知计算机控制系统结构如图所示

1）试确定使系统稳定的K 的范围；

2）若将该系统改为连续系统（即取消采样开关及ZOH ）；

试问使系统稳定的K 值范围。

K ZOH

c *(t) c (t)

T=秒

?

T

T

r (t) )

(t x o

1

2

ππ

2ZOH

A

B

C

T

图 2

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

) 答：

)606.0(394.0)1(1)1(111)(1-=

??????+-=???

?????+-?=--z K s s Z z K s s e Z K z G sT ，（5分） 要求：1|394.0606.0|||<-=K z 1)394.0606.0(->-K ，076.4∴K 取 0>K （系统均为负反馈），所以 06.40<

2）连续系统为一阶系统，0>K 均稳定；

3）表明连续系统变为采样系统后系统的稳定性降低。

一、填空题:20分，每题02分

1、 连续系统稳定的充要条件是系统特征方程所有根均为______________。

2、 通常，系统的相稳定裕度反映了系统的__________。

3、 比例+微分校正的主要应用是_____________。

4、 在计算机控制系统中存在多种信号形式的变换，其中_________三种变换最重要。

5、 与连续系统不同，采样系统由于_________的位置不同，所得闭环系统脉冲传递函数不同。

6、 当系统的极点位于z 平面单位园的正实轴上时，其响应呈__________。

7、 当系统的极点p<-1，其响应呈__________。

9、 集成D/A 转换器的输入方式有不带缓冲寄存器和_______两种。 10、 共模干扰产生的主要原因是__________之间存在共模电压。

二、单选题:20分，每题02分

11、 已知系统的开环传递函数为，可知该环节由__________环节组成

13、某系统的零极点分布如下图所示，从中可知该系统是___________的。 A:稳定 B:临界稳定 C:不稳定

16、 已知离散系统脉冲传递函数为：可知该系统是_________。

A:稳定的 B:不稳定的 C:中性稳定的

17、 连续系统传递函数的一个极点p=-5，z 变换后将映射到z 平面的_________。 A:单位园外 B:单位园内 C:单位园上

18、 控制算法串联实现与直接实现相比，有限字长所引起的量化误差_________。 A:较大 B:较小

C:相当

19、连续传递函数D(s)，采用双线性方法离散，所得D(z) 的稳定性与采样周期T A:有关

B:无关

C:不一定

20、为了减少有限字长产生的量化误差，采样周期_________。

A:应增大

B:应减小

C:可以不变

三、简答题:30分，每题05分

四、综合题:30分，每题10分

27、

已知单位负反馈的二阶系统的单位阶跃响应曲线如下图所示，试确定其开环传递函数。

一、填空题:20分，每题02分

1、闭环负反馈系统结构如下图所示，其中环节1及2分别为___________环节。

2、频率特性定义为___________复数比。

3、比例+微分校正的主要缺点是____________。

4、当系统的极点p<-1，其响应呈__________。

5、离散系统稳定性的充分必要条件是，系统特征方程所有特征根应位于_________。

6、离散系统稳定性的充分必要条件是，系统特征方程所有特征根模值_________。

7、 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__________。

8、控制算法计算机编排实现时，考虑到字长有限产生的量化误差影响，不同编排实现时，其特性是_________的。

9、集成D/A转换器的输入方式有不带缓冲寄存器和_______两种。

10、常用的数字滤波方法有惯性滤波、限幅滤波、平均值滤波和_________。

二、单选题:20分，每题02分

11、当增大二阶振荡环节的自然频率wn时，系统的超调量s%将_________。

14、从相频特性上来看，零阶保持器是一个___________环节。

A:相位超前

B:相位滞后

C:无相移

15、从频率特性上来看，零阶保持器类似是一个____________环节。

A:比例

B:低通

C:高通

16、已知离散系统脉冲传递函数为：可知该系统是__________。

A:稳定的

B:不稳定的

C:中性稳定的

17、已知离散系统脉冲传递函数为：可知该系统是

_________。

A:稳定的

B:不稳定的

C:中性稳定的

单选:

A:也是稳定的

B:是不稳定的

C:的稳定性不一定

19、连续传递函数D(s)，采用双线性方法离散，所得D(z) 的分子、分母阶次_________。

单选:

A:不同

B:相同

C:不一定

20、为了减少有限字长产生的量化误差，采样周期_________。 A:应增大B:应减小

C:可以不变

22、单位负反馈系统的开环传递函数如下，试求静态位置及速度误差系数。

24、 A/D转换器数字部分的误差和模拟部分的误差主要由什么决定。

25、在计算机控制系统中为什么要采用信号调理电路？

26、简述数字滤波的优点

1、传递函数特性只取决于____________，与输入信号特性无关。

2、微分环节的输出量c(t)与输入量r(t)的___________成正比。

3、连续系统稳定的充要条件是系统特征方程所有根均为______________。

4、截止频率wc定义为L(wc)=________时的频率。

5、在计算机控制系统中存在多种信号形式的变换，其中_________三种变换最重要。

6、一个任意大小的模拟量，在用有限位二进制数表示时，将会产生__________。

7、已知闭环系统特征方程为(z+(z+=0，判断稳定性，可知该系统________。

8、为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入___________。

9、串模干扰定义为__________被测信号上的干扰信号。

10、采用输入滤波器是抑制_________干扰的方法之一。

11、当增大二阶振荡环节的阻尼比时，系统的超调量s%将___________。

1、惯性环节的主要特点是：当输入变量发生突变时，其输出变量不能突变，而是按（周期）变化。

2、通常，系统的稳定裕度的大小反映了系统的（稳定性）。

3、若信号的动态范围为N，计算机字长n>=_____________.

4、若连续系统为Gc(s)稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得Gc(z)_______C___.

A.也是稳定的 B。是不稳定的 C。稳定性不一定

5、已知离散系统脉冲传递函数为：G（Z）=（Z+）/+^2,可知该系统是_____A_____.

A.稳定的 B。不稳定的 C。中性稳定的

6、双线性变换的一个特性是：连续传递函数经过双线性变换后所得Z传递函数的稳态增益

____C____

A.不变 B。变小 C。增大

7、当系统中含有零阶保持器时，系统的稳态误差与采样周期T__A_____.

A，无关 B.有关 C.关系不定

8,在单位闭环负馈控制系统里,增大开环放大系数K,则系统的稳态误差能常（ A ）

A，减少 B，不变， C，增大

9，确定A/D变换器精度时，能常要求它的精度应（ A ）传感器的精度。

A，高于 B，小于 C，等于

10，单位闭环负反馈控制系统里，在下向能首中加入一积分环节，则系统工程的稳定程度（增大）

11，一阶系统单位阶跃响应调节时间近似为ts=__C_____（按误差带为5%计算）

A， B,4T C,3T（1）模拟量输入通道一般由信号处理装置（1分）、多路转换器（1分）、采样保持（1分）和A/D转换器（1分）等组成。模拟量输出通道主要由D/A转换器（1分）和输出保持器（1分）组成。

（2）把时间连续的信号变成一连串不连续的脉冲时间序列的过程为采样过程（2分）。采样信号是时间上离散而幅值上连续的信号，该信号不能直接进入微型计算机。必须经量化后成为数字信号，才能为微型计算机接受（3分）。

（3）计算机与外设交换数据的种类:数字量（1分）、模拟量（1分）和开关量（1分）。传送方式有三种：①程序查询方式（1分）；②中断控制方式（1分）；③直接存贮器存取(DMA)方式（1分）。