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計算機控制系統試題及答案
計算機控制系統是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。以下是由陽光網小編整理關于計算機控制系統試題的內容，希望大家喜歡!
計算機控制系統試題及答案
一、 簡答題(每小題4分，共40分)
1. 連續控制系統相比，計算機控制系統具有哪些特點
答：與連續控制系統相比，計算機控制系統具有以下特點：?
(1) 計算機控制系統是模擬和數字的混合系統。?
(2) 在計算機控制系統中，控制規律是由計算機通過程序實現的(數字控制器)，修改一個控制規律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應性。
(3) 計算機控制系統能夠實現模擬電路不能實現的復雜控制規律。?
(4) 計算機控制系統并不是連續控制的，而是離散控制的。?
(5) 一個數字控制器經常可以采用分時控制的方式，同時控制多個回路。?
(6) 采用計算機控制，如分級計算機控制、集散控制系統、計算機網絡等，便于實現控制與管理一體化，使工業企業的自動化程度進一步提高。?
2. 簡述計算機控制系統的一般控制過程。
答：(1) 數據采集及處理，即對被控對象的被控參數進行實時檢測，并輸給計算機進行處理。
(2) 實時控制，即按已設計的控制規律計算出控制量，實時向執行器發出控制信號。
3. 簡述典型的計算機控制系統中所包含的信號形式。
答：(1) 連續信號
連續信號是在整個時間范圍均有定義的信號，它的幅值可以是連續的,也可以是斷續的。
(2) 模擬信號
模擬信號是在整個時間范圍均有定義的信號，它的幅值在某一時間范圍內是連續的。模擬信號是連續信號的一個子集，在大多數場合與很多文獻中，將二者等同起來，均指模擬信號。
(3) 離散信號
離散信號是僅在各個離散時間瞬時上有定義的信號。
(4) 采樣信號
采樣信號是離散信號的子集，在時間上是離散的、而幅值上是連續的。在很多場合中，我們提及離散信號就是指采樣信號。
(5) 數字信號
數字信號是幅值整量化的離散信號，它在時間上和幅值上均是離散的。
4. 線性定常離散系統的穩態誤差是否只與系統本身的結構和參數有關
答：線性定常離散系統的穩態誤差，不但與系統本身的結構和參數有關，而且與輸入序列的形式及幅值有關。除此之外，離散系統的穩態誤差與采樣周期的選取也有關。
5. 增量型PID控制算式具有哪些優點
答：(1)計算機只輸出控制增量，即執行機構位置的變化部分，因而誤動作影響小。
(2)在i時刻的輸出ui，只需用到此時刻的偏差，以及前一時刻、前兩時刻的偏差ei-1、ei-2和前一次的輸出值ui-1，這大大節約了內存和計算時間。
(3)在進行手動—自動切換時，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡。
6. 如何利用試湊法調整PID算法的參數
答：(1)先整定比例部分：將比例系數KP由小調大，并觀察相應的系統響應趨勢，直到得到反應快、超調小的響應曲線。如果系統沒有靜差或靜差已小到允許范圍之內，同時響應曲線已較令人滿意，那只需用比例調節器即可，最優比例系數也由此確定。
(2)如果在比例調節的基礎上系統的靜差不能滿足設計要求，則需加入積分環節。整定時一般先置一個較大的積分時間系數TI,同時將第一步整定得到的比例系數KP縮小一些(比如取原來的80%)，然后減小積分時間系數，使在保持系統較好的動態性能指標的基礎上，系統的靜差得到消除。在此過程中，可以根據響應曲線的變化趨勢反復地改變比例系數KP和積分時間系數TI,從而實現滿意的控制過程和整定參數。
(3)如果即使有比例積分控制器消除了偏差，但動態過程仍不令人滿意，則可以加入微分環節，構成PID控制器。在整定時，可先置微分時間系數TD為零，在第二步整定的基礎上，增大微分時間系數TD，同時相應地改變比例系數KP和積分時間系數TI，逐步試湊，以獲得滿意的調節效果和控制參數。
7. 簡述對偶原理的基本內容。
答：對偶原理：設S1=(A,B,C)、S2=(AT, CT, BT)是互為對偶的兩個系統，則S1的能控性等價于S2的能觀測性;S1的能觀測性等價于S2的能控性。或者說，若S1是狀態完全能控的(完全能測觀的)，則S2是狀態完全能觀測的(完全能控的)。
8. 與應用了傳統的通用計算機的數字產品相比，嵌入式系統有哪些特點
答：系統內核小;系統精簡;高實時性和高可靠性;智能化和網絡化;專用性強;需要有專用的開發工具和環境。
9. 尖峰干擾是一種頻繁出現的疊加于電網正弦波上的高能隨機脈沖，如何防治尖峰脈沖干擾
答：尖峰干擾是一種頻繁出現的疊加于電網正弦波上的高能隨機脈沖，其幅度可達幾千伏，寬度只有幾個毫微秒或幾個微秒，出現的位置也無規律，因此采用常規的抑制辦法是無效的，而必須采取綜合治理的.辦法：
(1)“遠離”干擾源。
(2) 用硬件設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壓敏電阻;采用鐵磁共振原理，如采用超級隔離變壓器;在交流電源輸入端串入均衡器。
(3) 在大功率用電設備上采取措施抑制尖峰干擾的產生。
(4)采用“看門狗”(Watchdog)技術。
10. 什么是硬件故障冗余系統
答：硬件故障冗余系統的定義是：如果一個系統在出現一定的運行性故障時，依靠系統冗余硬件的內駐能力，仍能保持系統連續正確地執行其程序和輸入、輸出功能，則稱這一系統為硬件故障冗余系統。
二、已知系統框圖如下所示： T=1s (15分)
解：廣義對象傳遞函數
1eTsK G(s)ss(s1)
對應的脈沖傳遞函數為
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
此時系統的特征方程為
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，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、已知某連續控制器的傳遞函數為 (10分)
2n D(s)22s2nsn
試用雙線性變換法求出相應的數字控制器的脈沖傳遞函數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、已知離散控制系統的結構如下所示，采樣周期T0.2s，輸入信號
1r(t)1tt2，求該系統的穩態誤差。 (10分) 2
解：系統開環脈沖傳遞函數為
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)
穩態誤差為
e()lim(1z1)E(z)Φe(z)R(z)0.1 z1
五、已知廣義被控對象為 (15分)
1eTs12s
G(s)e
ss1
其中，T=1s。期望的閉環脈沖傳遞函數中的時間常數取為Tc=0.5s,應用史密斯預估器方法確定數字控制器。
解：不含純滯后的廣義對象脈沖傳遞函數為
1eTs1
G0(z)ZG0(s)Z
ss1
1
10.632z
(1z1)Z10.368z1
s(s1)
廣義對象脈沖傳遞函數為
G(z)G0(z)z
4
0.632z5 10.368z1
不考慮純滯后，閉環系統理想脈沖傳遞函數為
1eTs110.865z1
Φ0(s)，進而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、采用逐點比較法插補圓弧OP，起點坐標O(0，5)，終點坐標P(5，0)，圓心在原點。要求以表格形式給出插補計算過程，并畫出插補運動軌跡。(10分)
解：
(圖略)
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