计算机控制系统复习要求及综合练习

 

一、课程性质与任务

本课程是江苏广播电视大学普通高等专科工业电气自动化专业的选修专业课。总学时为90学时。

本课程教学的基本任务是使学生在掌握和了解自动控制及计算机控制工作原理和初步分析、设计方法的基础上，培养学生具有完成简单计算机控制系统构成以及系统调试维护的基本知识和能力，为毕业后参与计算机控制系统开发、调试和维护打下初步基础。

二、考试说明

教材：文字教材选用陈忠信主编的《计算机控制系统》

考试题型：填空题、问答题、计算题、设计题

考试形式：本课程采用闭卷笔试形式

考试时间：120分钟

三、复习要求：

第一章　计算机控制系统概述

1．理解连续控制系统与计算机控制系统的区别及计算机控制系统的结构特点

第二章      计算机控制系统中的信号

1．理解信号的采样过程和恢复条件，熟记采样定理

2．掌握零阶保持器的工作原理，熟记零阶保持器的传递函数

3．理解模拟信号整量化的概念和方法

第三章　计算机控制系统的数学描述及分析方法

1．理解z变换的定义，熟悉z变换及z反变换的计算方法，正确理解和运用Z变换的基本定理，掌握运用Z变换求解线性定常差分方程的方法

2．理解脉冲传递函数的定义，掌握由离散系统动态结构图求系统脉冲传递函数的方法

3．理解S平面和Z平面的映射关系，理解离散系统稳定性定义及稳定条件，并能熟练运用判据判别离散系统的稳定性

4．理解单位阶跃函数作用下系统的性能指标，掌握计算离散系统采样时刻稳态误差的方法

第四章　计算机控制系统的模拟化设计

1．掌握各种离散化方法的基本特点，能正确运用离散化方法进行计算

2．掌握模拟化设计计算机控制系统的步骤

4．掌握数字PID控制器的基本算式

第五章      计算机控制系统的离散域设计

1．掌握Z平面根轨迹设计法

2．掌握W平面设计法

3．掌握解析设计法

第六章　控制算法的编排实现及量化效应

1．理解将控制算法传递函数变换为计算机能进行计算的表达式的几种主要方法

2．理解利用调整及分配增益来配置比例因子的方法

3．理解控制算法系数量化对控制算法特性（零极点）的关系

第七章　计算机控制系统的工程实现（一）

1．了解计算机控制系统硬件的组成和各部分功能

2．了解计算机控制系统的外部设备及接口

3．了解计算机控制系统实时控制程序设计

第八章　计算机控制系统的工程实现（二）

1．了解计算机控制系统中的传感器与执行机构

2．了解采样频率的选择

3．了解计算机控制系统中的抗干扰

4．了解系统故障及可靠性

四、综合练习

一、填空题

1．模拟信号的             过程是一个单位脉冲序列被模拟信号进行幅值调制的过程。

2．为了近似恢复原信号e (t)，必须在系统中引入（1）            ，（2）               ，

 （3）                      。

3．离散系统稳定的充要条件是系统的特征根必须全部位于Z平面的               ，只要有个根在            ，系统就不稳定。对于实际系统来说，处于稳定边界也称为系统            。

4．双线性变换置换公式为            ，特点有               、             、                 和            等。

5．在计算机控制系统中，          、           以及        将会产生变量的量化现象。

6．常用的两种整量化的方法是                   和                   。

 

二、问答题

1．试述前置滤波器的作用。

2．二阶离散系统稳定的充要条件是什么？

3. 试述连续控制系统与计算机控制系统的根本区别。

4．简述信号恢复的条件。为了实现近似恢复信号，需在系统中引入什么装置。

三、计算题

1．求该系统的开环传递函数。

                                      

                                  

      

 

2．已知采样系统，单位反馈，开环脉冲传函，计算在r(t)=1(t)时，系统稳态误差。

3．已知D（S）=，T=0.4s,试用零极点匹配法离散化。

4．已知D（S）=，T=0.5s,试用零极点匹配法离散化。

四、设计题

已知被控对象为，采样周期T=1s，试设计一个在单位斜坡作用下的有波纹最少拍系统。

五、综合练习答案（供参考）

一、填空题

1. 采样 

2．前置滤波       后置滤波       零阶保持器

3． 单位圆内    单位圆外      不稳定

4．    无频率混叠现象      稳态增益不变    串联性质   分子分母同阶

5．A / D 、D /A变换器

6．截尾量化     舍入量化

二、问答题

1．（1）滤掉连续信号频谱中高于/2的部分，防止采样后的混叠现象发生

（2）滤除原信号中的高频干扰分量

2．特征方程A（Z）满足：

（1）<1      (2)>0      (3)>0

3．在连续控制系统中的控制器是模拟式的，所处理的信号在时间上和幅值上都是连续的，而在计算机控制系统中由于控制器由数字机代替，而数字机只能处理数字信号，所以必须引入A/D、D/A变换器，用以完成对其它模拟设备的接口。

4．信号恢复的条件：

（１）原信号的频谱必须是有限谱；

（２）采样频率必须满足采样定理；

必须用理想低通滤波器滤掉中所有派生的高频分量。

引入装置：前置滤波器、后置滤波器、零阶保持器 。

三、计算题

1．开环传递函数：G（Z）=G1(z)•G2(z)=Z[  

                        Z[G2(s)]=

2．征方程A(z)=1+G(z)=0

则

系统稳定的充要条件：

该系统稳定。

当系统在r(t)=1(t)的作用下

3．零点：s= -1  极点：s= -5

按匹配，得  D(z)=

  按∣z=0=∣z=1确定

  D(z)

4．极点：s=-1/4

D(z)=

D(s)

D(s)

D(z)

D(z)

四、设计题

（1）    对象离散化

（2）    设计有波纹最少拍系统

按闭环特性，得

协调因子应取为：

解得：

最后求得

（3）    计算D(z)

      

检验

也即误差系列为

e（0）=0，e（T）=1，e（2T）= e（3T）=…=0

也就是从第二拍开始，系统的误差为0，

同样表明，从第二拍开始按单位斜坡变化。