中国矿业大学计算机制系统期末复习整理.doc

中国矿业大学计算机控制系统期末复习 （学长整理，经验证有大量考试原题） 填空题整理： 计控系统组成：①被控对象②执行机构③测量装置④指令给定装置⑤计算机系统：A/D转换器（将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号送入计算机）、D/A转换器（将计算机产生的数字指令信号转换为连续的模拟信号送给直流电动机的放大部件）、数字计算机（实现信号的变换处理以及工作状态的逻辑管理按给定算法产生相应的控制指令） 计控系统控制过程：①实时数据采集②实时决策③实时控制④时钟表示计算机及其输入输出按自然时间运行 计控系统优点：①易实现复杂控制规律②性价比高③适应性强灵活性高④系统测量灵敏度高⑤控制与管理容易结合并实现层次更高的自动化⑥系统可靠性和容错能力高 连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？(1)计控系统是模拟和数字部件组成的混合系统（2）计控系统是混合信号系统(3)一个数字控制器可采用分时控制的方式同时控制多个回路(4)在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过数字控制器实现的，有很大灵活性、适应性（5)能实现模拟电路不能实现的复杂控制规律(6)计算机控制系统是离散控制的(7)采用计算机控制，便于实现控制与管理一体化 计控系统种类：直接数字控制系统DDC、计算机监督控制系统SCC、分散型计算机控制系统DCS A/D变换（连续→离散）①过程：采样、量化、编码a。采样：采样保持器（S/H）对连续的模拟输入信号按一定时间间隔T进行采样，变成时间离散、幅值等于采样时刻输入信号值得序列信号b。量化：（整量化）将采样时刻的信号幅值按最小量化单位取整c。编码：将整量化得分层信号变换为二进制数码形式②保持器作用：提高采样精度③采样是最本质？采样过程是将连续时间信号变为离散时间信号得过程，此过程涉及信号得有无问题④为什么整量化：为了将采样后的信号变成有限位数的二进制数码 D/A变换①过程：解码、信号恢复a.解码：通过解码器将数字量转换为幅值等于该数字量的模拟脉冲信号b.信号恢复：通过信号恢复器（0阶保持器）将解码后的模拟信号变成随时间连续变化的信号c.0阶保持器：在1个采样周期内将信号保持为常值，形成阶梯状信号的保持器 频谱混叠①坏处：会产生假频率假信号严重影响测量质量②产生原因：a当连续信号的频谱带宽有限且此时采样频率低于模拟信号中所要分析的最高分量的频率的2倍b当连续信号频谱是无线带宽时③抑制a提高采样频率达到被测信号最高频率的3倍以上b在采样开关前串前置滤波器（模拟低通） 采样定理：若采样频率ws＞2wmax（连续信号中所含频率分量的最高频率）那么就可从采样信号中不失真的恢复原连续信号，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-失真 采样信号失真①现象：信号的高频分量折叠为低频分量、隐匿振荡②解决：串前置滤波器 前置滤波器作用①滤除连续信号中高于ws/2的频谱分量避免采样后出现频谱混叠现象②滤除高频干扰信号避免经采样后干扰信号折叠到有用信号的低频段 后置滤波器（ZOH后）位于D/A之后的模拟低通滤波器①由于0保允许高频分量通过当T较大ZOH的输出会对系统动态特性产生不良影响②作用：滤除ZOH输出的高频分量③不利影响：串入会给系统引入相位滞后影响整个系统动态特性。解决：在系统控制器的适当位置串入超前环节/通过修改控制器参数加以补偿 信号的理想不失真恢复条件①原连续信号的频谱必须是有限带宽的频谱②采样必须满足采样定理ws＞2wmax③采用理想低通滤波器对采样信号进行滤波 理想低通滤波器：可对指定的截频wc以下的频率分量不失真的进行传输而对wc以上的分量全部衰减为0 0阶保持器特性①有无限多个截止频率在0~ws内幅值随w增而衰减②0允许高频分量通过但幅值逐渐衰减③0是一个相位滞后环节，滞后大小与信号频率及采样周期T正比④优点：物理可实现 零阶保持器时域响应的特点a.时域响应为阶梯形状阶梯大小与采样周期成正比b.时域响应与输入信号相比，平均延迟T/2 G(z)出现不稳定零点：若连续系统G（s）没有不稳定零点且极点数与零点数之差大于2，当T较小时，G（z）总会出现不稳定零点变成非最小相位系统 T与系统稳定性：a.离散系统稳定性比连续系统差，体现在使系统稳定的k值：连续系统的k值范围大于离散系统的k值范围b.一般来说，T减小系统稳定性增强。 T与稳态误差：对于具有零阶保持器的离散系统稳态误差的计算结果与T无关只与系统的类型放大系数及输入信号的形式与关 极点与零位置与时间响应的关系 ①pi＞1单调发散，pi=1常值，0＜pi＜1单调衰减，-1＜pi＜0振荡收敛，pi=-1正负交替的等幅脉冲，pi＜-1正负交替的发散脉冲 Wd=ws/2 ws=2π/T