《计算机控制技术与系统》课程思考题与习题new

来源:互联网 编辑: 张倩 手机版

《计算机控制技术与系统》课程

思考题与习题

第1章 绪论

1.1简述计算机控制技术发展史。

1.2简述计算机控制系统的类型、结构和特点。

1.3计算机控制与常规控制主要不同点在哪里?

1.4典型计算机控制系统有哪几部分组成,画出方框图。

1.5什么叫做动态系统?

1.6对计算机控制系统的基本要求是什么?

1.7简述调节系统与跟踪系统(随动系统)的特点。

1.8典型计算机集成制造系统(CIMS)有哪四个功能系统和两个支持系统?

第2章 过程通道

2.1采样定理对于采样周期的选取有什么意义?

2.2写出采样过程的数学描述形式。

2.3影响采样周期选择的因素主要有哪些?

2.4多路采样装置的主要作用是什么,常用采样器包括哪些?

2.5过程通道的采样周期T是否越小越好,为什么?

2.6D/A转换的工作方式主要有哪几种,简述其原理。

2.7A/D转换的工作方式主要有哪几种,简述其原理。

2.8简述模入通道结构与各组成部分功能。

2.9简述过程通道的类型和基本功能。

2.10简述开关量通道的基本构成形式和主要作用。

2.11简述开关量通道的抗干扰措施有哪些。

2.12模出通道的类型主要有哪几种,各有什么特点?

2.13保持器在过程通道中的作用是什么,举例分析。

2.14某热工过程有16点温度信号,变化范围:150--850, 采用微机监测。

求解问题:

1、若经A/D转换后的数字量每个脉冲对应的实际温度小于等于0.01,则A/D分辨率至少为多少才能保证该精度?

2、写出A/D转换后的数字量与被测点实际温度间关系式。

3、该处理方式零点迁移量为多少?

第3章 理论基础

3.1求下图示离散系统脉冲传递函数G(z)

3.2已知采样系统如下图所示,求下图示离散系统脉冲传递函数G(z)和当闭环系统稳定时K的取值范围。

3.3分析下图所示采样系统,当采样周期T=1,开环增益K=5时的稳定性。

3.4给定传递函数,试以10倍的转角频率为近似的截止频率,求满足采样定理的采样频率和采样周期T。

3.5证明离散系统脉冲响应的z变换即为离散系统传递函数。

3.6设离散系统结构如下图所示,图中D(z)为数字PID调节器,其差分方程为

试求当r(t)为单位阶跃输入时系统的稳态误差。

3.7试分析下列差分方程所描述系统的稳定性

3.8求下列x(t)信号的z变换

第4章 控制算法

4.1计算机控制系统的常规设计方法是如何考虑的?

4.2写出PID控制规律的离散位置式和增量式表达式,求出z传递函数D(z)。

4.3 PID算法的理想型和实际型的主要差别在哪里,为什么要提出实际型算式?

4.4 简述PID算法的主要变形型式和特点。

4.5设计PID算法控制程序时需考虑哪些问题?

4.6简述Smith预估控制算法的设计思想,其主要特点是什么?

4.7某主汽温系统采用Smith预估补偿控制,设包括零阶保持器在内的广义对象

(, 取整,T为采样周期),

阀门系数为,控制器为PID规律。求解问题:

1、画出主汽温系统Smith预估补偿控制原理框图(不考虑扰动和测量环节)。

2、导出控制系统计算机实现过程和控制器位置式算式。

3、设计Smith预估控制程序框图。

4.8试说明扩充响应曲线法与扩充临界比例带法适用于何种对象。

4.9数字控制算法中引入非线性不灵敏环节的主要作用是什么,非线性环节实现的形式主要有哪几种?非线性不灵敏区的设置原则是什么?

4.10在数字PID中,采样周期是如何确定的?它与哪些因素有关?采样周期的大小对调节品质有何影响?

4.11位置型PID和增量型PID有什么区别?它们各有什么优缺点?

4.12在自动控制系统中,正、反作用如何判定?在计算机控制系统中如何实现?

4.13在自动控制系统中,积分饱和现象是如何产生的?计算机控制系统中如何消除饱和?

4.14计算机控制系统中是否需要加手动后援,为什么?

第5章 直接数字设计

5.1直接数字设计法的设计思想是什么?其设计控制系统的前提是什么?

5.2离散系统控制器的主要设计方法包括哪几种?最少拍和有限拍属于哪种类型?

5.3设被控对象为一阶惯性加纯迟延,含零阶保持器的广义对象Z传递函数为

根据达林算法期望的闭环响应传递函数为:

,的时间常数)

证明由此设计的控制器D(z), 经消除振铃现象后为理想的PI控制器。

5.4设被控对象传递函数为

经采样(T=1)和零阶保持后,其对应的广义Z传递函数为:

试求:1、系统对于单位阶跃输入的最少拍无波纹稳定控制器D(z);

2、控制量U(z)、系统输出Y(z)及在各采样点时刻上的值;

3、系统输出在几拍之后进入稳态。

5.5设跟踪系统如下图示,被控对象传递函数为

ZOH为零阶保持器,采样周期T=0.5S,试设计单位阶跃输入时的有限拍控制器Gc(z)。

5.6设跟踪系统如下图示,被控对象传递函数为

采样周期T=1S,试设计单位阶跃输入时的有限拍控制器Gc(z)。

第6章 现代控制设计方法

6.1简述基于状态空间描述的离散系统控制器设计主要包括哪几种?

6.2简述基于状态空间描述的离散系统控制器极点配置设计法。

6.3简述基于状态空间描述的离散系统控制器最优设计法。

6.4简述分离性原理的设计思想。

6.5离散控制系统设计中为什么要引入状态观测器,简述状态观测器的类型和各自特点。

6.6基于极点配置法设计观测器的基本原则是什么?

6.7设离散系统状态方程为

用状态观测器实现系统状态重构,并以状态估计值构成预估状态线性反馈控制:

其中状态观测器和反馈控制规律采用极点配置法设计。求解问题:

(1)导出整个系统的特征方程,并分析系统性能与特征方程根之间的关系;

(2)给出系统按极点配置设计控制器的步骤;

(3)试求当输入,平衡状态为零态,考虑零静差时,对应的PI控制规律。

6.8设离散系统状态空间模型为:

式中:

给定系统闭环极点为:

判断该系统的可控性,并设计状态反馈控制规律L,使系统具有给定的闭环控制极点。

6.9已知离散系统

分析系统可观测性,设计系统预报状态观测器,并使其极点配置到P1=P2=0.5。

第7章 接口技术与总线

7.1什么是接口技术,主要内容是什么?

7.2简述的总线类型和特点,计算机应用系统为什么要采用总线。

7.3简述同步串行和异步串行通信的差异,各适用于什么场合?

7.4简述RS232C和IEEE488总线标准的功能和特点。

7.5简述计算机总线的发展历程。

7.6简述国际ISO组织制定的计算机通网络信协议模型,画出模型图。

第8章 可靠性与抗干扰技术

8.1什么是系统的可靠性,主要指标有哪些?

8.2提高计算机控制系统可靠性的主要方法有哪些?

8.3简述差错控制技术的主要内容和特点。

8.4简述容错技术的主要内容和特点。

8.5简述RAS技术的主要内容和特点。

8.6提高系统软件可靠性的技术措施有哪些?

8.7干扰的类型有哪些,主要传播途径包括哪些?

8.8分析共模干扰和差模干扰的原理,等效的表述方法有哪几种?抑制能力怎样体现?

8.9模拟量通道的抗干扰措施有哪些,画图分析双层屏蔽技术的抗干扰原理。

8.10开关量通道的抗干扰措施主要有哪些?

8.11已知计算机控制系统可靠性单元结构如图(1)、(2)所示,试求图(1)、(2)系统的平均无故障工作时间MTBF。

(1) (2)

第9章 控制软件设计

9.1简述实时监控软件的主要功能和特点。

9.2简述计算机操作系统的分类和特点,实时操作系统的主要内容包括哪些?

9.3什么是数据结构,其在应用软件设计中的主要作用是什么?

9.4控制软件的设计原则是什么,设计语言如何考虑?

9.5简述结构化设计法、模块化设计法和面向对象设计法的基本思想。

9.6实时监控软件主要包括哪几个组成部分?

第10章 现场总线技术

10.1简述现场总线的发展历史。

10.2现场总线的种类有哪些,主要研制公司的产品包括哪几种?

10.3现场总线控制系统(FCS)与常规DCS系统相比较的优势之处在哪里?

10.4画图简述现场总线控制系统的拓扑结构。

10.5简述现场总线技术的国际发展动态。

10.6我国发电厂现场总线控制系统(FCS)今后的发展和应用前景如何?

10.7简述Profibus、FF、CAN现场总线的结构特点和主要内容。

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