北科大计算机控制系统试卷A.doc

北京科技大学成人教育学院 2009—2010学年第二学期 《计算机控制系统》试题A卷 姓名： 班级： 学号： 题号 一 二 三 四 五 六 总分 得分 简答题（每小题分8，共32分） 画出典型计算机控制系统的基本框图。 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。 已知系统的差分方程为 （15分） 输入信号是 初始条件为，试写出输出脉冲序列。 三、设被控对象传递函数为，在对象前接有零阶保持器，试求广义对象的脉冲传递函数。 （15分） 四、已知被控对象传递函数为 试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器Gc(s)，并用后向差分法给出等效的数字控制器形式。（18分） 五、已知广义被控对象:, 给定T=1s (20分) 针对单位斜坡输入设计最小拍有纹波控制系统。 北京科技大学成人教育学院 《计算机控制系统》A卷试题解答及评分标准 2009—2010学年第二学期 一、简答题（每小题8分，共32分） 1、答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。 (1) 周期采样 指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样 如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样 若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数KP。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数KP可以减小静差，但是KP过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数TI大，则积分作用弱，反之强。增大TI将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关K的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则K闭合，由A1、A3组成跟随器，并向CH端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。 二、（15分） 解： 三、（15分） 解：广义对象传递函数 对应的脉冲传递函数为 四、（18分） 解：经动态校正后系统的开环传递函数为 应选择Gc(s)为PI控制器，其基本形式为 为使PI控制器能抵消被控对象中较大的时间常数，可选择 则有 根据二阶工程最佳设计法则，应有 解之得 于是得到模拟控制器的传递函数为 对以上的模拟PI控制器，根据后向差分近似的等效变换方法，得等效的数字控制器： 五、 (20分) 解：由已知条件，被控对象含有一个积分环节，有能力产生单位斜坡响应。 求广义对象脉冲传递函数为 可以看出，G(z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内)，故u=0,v=0(单位圆上除外),m=1。根据稳定性要求，G(z)中z=1的极点应包含在Φe(z)的零点中，由于系统针对等速输入进行设计，故p=2。为满足准确性条件另有Φe(z)=(1-z-1)2F1(z),显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设 解得 。 闭环脉冲传递函数为 则 1