?TI?20?2T2?1?0.1?2T22?
解之得
TI?4
于是得到模拟控制器的传递函数为
Gc(s)?8s?14s?KP(1?1KIs)?2(1?18s)
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：看清楚前向差分和后向差分，答案与实际有冲突
(1?D(z)?Gc(s)s?1?zT?1?2)z?18z?1T
五、已知广义被控对象:G(s)?1?es?Ts1s(s?1), 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, 并画出系统的输出波形图。
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
?1?e?Ts?1G(z)?Z?G(s)??Z??ss(s?1)?? ?(1?z?1?1???1z11?1?)Z?2?(1?z)?????12?1?1?1?1?z1?ez??s(s?1)??(1?z)
?0.368z(1?z?1(1?0.718z?1?1)?1)(1?0.368z)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
?(z)?z?1(c0?c1z?1)
?(1)?c0?c1?1??(1)?c?2c1?0
解得 c0?2,c1??1 。
闭环脉冲传递函数为
?(z)?z?1(2?z?1)?2z?1?1?z)2?2
?1?e(z)?1??(z)?(1?z则
D(z)??(z)?e(z)G(z)z?1?1?5.435(1?0.5z(1?z?2?1)(1?0.368z?1)?1)(1?0.718z?3)
Y(z)?R(z)?(z)?(1?z)2(2z?1?z)?2z?2?3z?4z?4?? （图略）。
计算机控制系统试卷二答案
班级： 姓名： 学号： 成绩：
一、 简答题（每小题4分，共40分）
1、连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？
答：与连续控制系统相比，计算机控制系统具有以下特点：?
(1) 计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。?
(2) 在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的（数字控制器），修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。
(3) 计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。?
(4) 计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。? (5) 一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。?
(6) 采用计算机控制，如分级计算机控制、集散控制系统、计算机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。?
2、简述计算机控制系统的一般控制过程。
答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理。
(2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执
行器发出控制信号。
3、简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。
答：(1) 连续信号
连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的、也可以是断续的。
(2) 模拟信号
模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。
(3) 离散信号
离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。 (4) 采样信号
采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。
(5) 数字信号 数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。 4、线性定常离散系统的稳态误差是否只与系统本身的结构和参数有关？ 答：线性定常离散系统的稳态误差，不但与系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列的形式及幅值有关。除此之外，离散系统的稳态误差与采样周期的选取也有关。 5、增量型PID控制算式具有哪些优点？
答：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小；
(2)在i时刻的输出ui，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差ei-1，ei-2和前一次的输出值ui-1，这大大节约了内存和计算时间；
(3)在进行手动-自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。 6、如何利用试凑法调整PID算法的参数？
答：(1)先整定比例部分：将比例系数KP由小调大，并观察相应的系统响应趋势，直到得到反映快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围之内，同时响应曲线已较令人满意，那只须用比例调节器即可，最优比例系数也由此确定。
(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。整定时一般先置一个较大的积分时间系数TI,同时将
第一步整定得到的比例系数KP缩小一些(比如取原来的80%)，然后减小积分时间系数使在保持系统较好的动态性能指标的基础上，系统的静差得到消除。在此过程中，可以根据响应曲线的变化趋势反复地改变比例系数KP和积分时间系数TI,从而实现满意的控制过程和整定参数。
(3)如果即使有比例积分控制器消除了偏差，但动态过程仍不尽满意，则可以加入微分环节，构成PID控制器。在整定时，可先置微分时间系数TD为零，在第二步整定的基础上，增大微分时间系数TD，同时相应地改变比例系数KP和积分时间系数TI，逐步试凑，以获得满意的调节效果和控制参数。 7、简述对偶原理的基本内容。
答：对偶原理：设S1=(A,B,C)、S2=(AT, CT, BT)是互为对偶的两个系统，则S1的能控性等价于S2的能观测性；S1的能观测性等价于S2的能控性。或者说，若S1是状态完全能控的(完全能测观的)，则S2是状态完全能观测的(完全能控的)。
8、与应用了传统的通用计算机的数字产品相比，嵌入式系统有哪些特点？
答：系统内核小；系统精简；高实时性和高可靠性；智能化和网络化；专用性强；需要有专用的开发工具和环境。
9、 尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，如何防治尖峰脉冲干扰？
答：尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能随机脉冲，其幅度可达几千伏，宽度只有几个毫微秒或几个微秒，出现的位置也无规律，因此采用常规的抑制办法是无效的，而必须采取综合治理办法：
(1)“远离”干扰源。
(2) 用硬件设备抑制尖峰干扰的影响
较常用的抑制方法有三种：在交流电源的输入端并联压敏电阻；采用铁磁共振原理，如采用超级隔离变压器；在交流电源输入端串入均衡器。
(3) 在大功率用电设备上采取措施抑制尖峰干扰的产生
(4)采用“看门狗”(Watchdog)技术 10、 么是硬件故障冗余系统？
答：硬件故障冗余系统的定义是：如果一个系统在出现一定的运行性故障时，依靠系统冗余硬件的内驻能力，仍能保持系统连续正确地执行其程序和输入、输出功能，则称这一系统为硬件故障冗余系统。 二、已知系统框图如下所示： T=1s (15分)
T r (t) ?TsK1?e -s(s?1)s
试确定闭环系统稳定时K的取值范围。 解：广义对象传递函数
G(s)?1?es?Tsy(t) Ks(s?1)
对应的脉冲传递函数为
?1?e?Ts?KG(z)?Z?G(s)??Z??ss(s?1)?? ?K(1?z0.368Kz(1?z?1?1?1???1z11?1?)Z?2????K(1?z)??12?1?1?1?s(s?1)(1?z)1?z1?ez????
?1 ?(1?0.718z?1))(1?0.368z?1)?K0.368z?0.264z?1.368z?0.3682此时系统的特征方程为
1?G(z)?1?K(0.368z?0.624)z?1.368z?0.3682
采用双线性变换z?1?(T/2)w1?(T/2)w?1?0.5w1?0.5w
可得等效的特征方程为
(1?0.0381K)w?(0.924?0.386K)w?0.924K?0
2此时，劳斯表为
w2 （1-0.0381K） 0.924K → K< 26.2
w1 0.924-0.386K → K< 2.39