《计算机控制系统》答卷2范本.doc

上海理工大学研究生课程试题 2014/2015学年第 1 学期 考试课程 计算机控制系统 学 号 147670670 姓 名 金永威 得 分 一、基础题（本大题共2小题，共20分） 1.(a) + (b) float PID(float K,float Td,float Ti) { float D; Int T,z; D=z/(z-1)*K[(1+T/Ti+Td/T)-(1+2*Td/T)*(1/z)+Td/T*(1/z2)]; If (D=0D255) %错误控制 Printf(“Error”); } 香农定理指出，采样频率必须满足下面的条件采样信号才能准确地包含原连续信号的信息。应当指出的是，在一个闭环系统中，应当取闭环系统的最高频率。采样周期对系统的稳定性有着明显的影响，一个系统在连续状态下可以是稳定的。在采样状态下，由于采样周期选择不当，系统可以是不稳定的。定性地讲，就是采样周期加大，会使系统的稳定裕量减少，甚至会成为不稳定系统。这是由于连续信号经采样后，再恢复成连续信号，一般都采用零阶保持器。这使信号产生警的附力。 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。 比例参数Kp对系统的动态性能和稳态性能均有影响：Kp增大，将使系统响应速度加快，调节时间加长；Kp太小则会使系统的响应速度太慢。此外在系统稳定的前提下，加大Kp可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。因此Kp主要作用是改变系统的动态性能。 (3)积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。 积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。它对系统的性能也有很大影响，而且会影响到系统的稳定性，Ki过大，会造成系统不稳定，且振荡次数较多；积分环节最大的特点是可以消除稳态误差，提高系统的控制精度，但在仿真的过程中发现，当Ki太小时，积分控制作用太弱，不能消除残差。 (4)微分（D）控制：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 微分参数Kd对系统的动态性能和稳态性能也均有影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。Kd增大即微分作用的增强还可以改善系统的动态特性，如可以明显减少超调量，缩短调节时间等，提高控制精度。但Kd值偏大都会适得其反。此外微分作用可能会放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。 ，，得知： ，其中 (b) 由(a)知系统的特征方程式为： 依据Routh稳定性判据，得： 由知：该系统稳定。 (c) 其状态流图如下： 二、设计题（10分，可采用MATLAB/Simulink设计） (a)由图知，闭环系统的传递函数为： 当K=1、10、20时， (b)由(a)知的最佳值在K=20时值最小，即灵敏度最好，故K的最佳值为20。 三、课程设计（报告）（70分） 对象特性分析与建模： 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。 电加热炉本身有上下两组炉丝加热，用上下两组热电偶检测炉内温度。因此电加热炉为一双输入双输出的受控对象。由于在各类工业控制中，时滞现象相当普遍，对于许多大的时间常数系统，也可以用适当的时间常数加滞后环节来近似。因此，可以用阶跃响应近似确定电加热炉的连续模型。 采用的被控对象的数学模型为： 由于电加热炉本身是一个较复杂的被控对象，它具有非线性、时变和分布参数等特性。所以通常我们把这个双输