（精）计算机控制第四章课后题.ppt

1.数字控制器的模拟化设计步骤是什么？ 模拟化设计步骤： （1）设计假想的模拟控制器D(S) （2）正确地选择采样周期T （3）将D(S)离散化为D(Z) （4）求出与D(S)对应的差分方程 （5）根据差分方程编制相应程序。 2.某连续控制器设计为 试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(Z)。 双线形变换法： 把 代入，则 前向差分法： 把 代入，则 后向差分法： 把 代入，则 递推控制算法 3.在PID调节器中系数 、 、 各有什么作用？它们对调节品质有什么影响？ 系数 为比例系数，提高系数 可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境地提高系数 最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。 系数 为积分常数， 越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的同时，往往使调节的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度。 系数 为微分常数， 越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。 .4.什么是数字PID位置型控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点。 为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟PID算式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周期T远小于信号变化周期时，作如下近似(T足够小时，如下逼近相当准确，被控过程与连续系统十分接近)： 于是有： u(k)是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置(如控制阀门的开度)一一对应，所以称之为位置型PID算法。 在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量u(k)不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得u(k)产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。所以实际中当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，可以采用增量型PID算法。当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量型PID控制算法。 增量型PID控制算法。 5.已知模拟调节器的传递函数为 试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。 位置型 增量型 6.有哪几种改进的数字PID控制器？ 有四种： （1）积分分离PID控制算法 （2）不完全微分PID控制算法 （3）带死区的PID控制算法 （4）消除积分不灵敏区的PID控制 9.数字控制器直接（离散化）设计步骤是什么？ 由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可求得控制器的脉冲传递函数D(z)。 数字控制器的直接设计步骤如下： (1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)。 (2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。 (3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。 (4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。 10.已知被控对象的传递函数为 解：广义脉冲传递函数为 10.已知被控对象的传递函数为 10.被控对象的传递函数为 采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，设计： (1)最少拍控制器； (2)画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的输出曲线。 写出系统的广义对象的脉冲传递函数 由于输入r(t)=t，则 q = 1 （单位阶跃输入） 采样周期T=1s，采用零阶保持器。要求 （1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的D(z )，并计算输出响应y(k )、控制信号u(k ) 和误差e(k )序列，画出它们对时间变化的波形。 （2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的D(z )，并计算输出响应y(k )、控制信号u(k ) 和误差e(k )序列，画出它们对时间变化的波形。 (1) 对于单位速度输入信号 d=0, q=2, v=1, j=1 , w=1 m=w+d=1, n=v-j+q=2 V-j w 因为: 所以: 比较等式两边系数得： f11=0.11 f21=1.89 f22=-0.99 故有： E(kT) t 1 1T 2T (2)单位阶跃输入信号 R(z)= d=0, q=1, u=0, v=1, j=1, m=u+d=0,