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弟-早计算机控制系统是怎么样分类?按功能和控制规律可各分儿类?答计算
1.1机控制系统可按功能分类,按控制规律分类和按控制方式分类按功能计算机控制系统分类)数据处理系统)直接数字控制(1(2(简记为)()监督控制(简记为)()分级控制)集DDC o3SCC o4(5散控制)计算机控制网络(6按照控制规律计算机控制系统分类)程序和顺序控制)比例积(1(2分微分控制(简称控制))有限拍控制)复杂规律控制PID(3
(4)智能控制(5计算机控制系统由哪些部分组成?并画出方框图
1.2答计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成方框图图输出反馈计算机控制系统P
1151.21简述采样定理及其含义
1.9答采样定理如果采样角频率叫二大于即叫如曲,贝[栗样2/T2wmax,$2TI离散信号〃)能够不失真地恢复原来连续信号()式中⑷是连续信号(t yt y()频谱特性中最高角频率t含义要使采样信号)能够不失真地恢复原来连续信号(),必yUt yt须正确选择采样角频率,使叫多路巡回检测时,采样时间采样周期和通道数之间关系
1.10T,T N作用主要适用于串级控制副控回路什么是带死区控制?
5.7PID实际上是非线性控制系统,当时,|ekT||eo|JkT=ekT当时,/|ekT|=|eo|kT=O数字调节器需整定哪些参数?
5.8PID数字调节器参数整定,除了需要确定展力;币外,还需要确定系统采PID样周期T简述参数对系统动态特性和稳态特性影响
5.9PID Kp,Ti,Td、比例控制对系统性能影响1Kp对动态性能影响1比例控制加大,是系统动作灵敏,速度加快,偏大,振Kp Kp荡次数加多,调节时间加长当太大时,系统会趋于不稳定若太小,Kp Kp又会使系统动作缓慢对稳态特性影响2加大比例控制在系统稳定情况下,可以减小稳态误差提Kp,ess,高控制精度,但是不能完全消除稳态误差积分控制对控制性能影响2Ti()对动态特性影响1偏小,振荡次数较多,系统会趋于不稳定太大,对系统性Ti Ti能影响减少当合适时,过度特性比较理想Ti()对稳态特性影响2能消除系统稳态误差,提高控制系统控制精度但是Ti Ti太大时,积分作用太弱,以至不能减小稳态误差、微分控制对控制性能影响4Td微分控制可以改善动态特性当偏大时,超调量较大,调节时间Td较长当偏小时,超调量也较大,调节时间也较长只有比较Td ts合适时,才可以得到比较满意过程选择采样周期应考虑哪些因素影响?
5.10
①信号保真性大一系统保真性|)(采样定理)(T P20稳定性(系统)大一稳定性)例)2(T I
81143.15非线性)(小一非线性加大)3(P125-P126T
④快速性()仃小一调节时间短)P125
⑤成本小一成本高)(T通常,选为T/U1/16,1/10扩充临界比例度法是以模拟调节器中使用临界比例度法为基础一种PID数字调节器参数整定方法整定步骤、选择合适采样周期调节器作纯比例控制1T,Kp、逐渐加大比例使控制系统出现振荡2Kp,、选择控制度
3、按“扩充临界比例度法参数计算公式”表)选择采样4PID(P
1655.2T,Kp,Ti,Tdo、按照求得整定参数,设数运行,观察控制效果,再适当调整参数,直5到获得比较满意控制效果简述扩充响应曲线法选择参数
5.12PID在数字调节器参数整定中也可以采用类似模拟调节器响应曲线法,称为扩充响应曲线法应用扩充响应曲线法时,要预先在对象动态响应曲线上求出等效纯滞后时间等效惯性时间常数及他们比值「,然后查“扩充响r,Tm Tm/应曲线法数字调节器参数计算公式”表),再利用查到这些系数PID(P
1665.3算出人,T,L,Tao简述归一参数法及其优点,试列出算式
5.13PID为了减少在线整定参数数目,根据大量实际经验总结,人为假设约束条件,以减少独立变量个数例如取TA
0.ITs,Ti~
0.5Ts,TdAO.125Ts尸可见,对四个参数整定AukT Kp[
2.45ekT-
3.5ekT-T+
1.25ekT-2T]简化成了对一个参数整定,这样可以节约整定参数时间Kp简述自寻最优控制中指标和寻优方法选择、自寻最优调节器特
5.14PID PID点参见课本页168-171第八章部分习题答案大林算法要点是什么?试为例,用大林算法设计数16Gs=8i-10s/l+2s字调节器D z.设计目标使理想系统闭环传函成为“一阶惯性”加“纯滞后”环节,应用于纯滞后较大被控对象即理想/期望整个系统闭环传函为是对象纯滞后T=ITT即■取“采样周期整数倍7T”1%是期望时间常数7Gc z=;HGz=Z[]=代入即可Dz=什么是振铃?振铃是怎样引起?如何消除振铃?
8.17数字调节器在单位阶跃输入作用下,第拍输出与第拍输出之差01产生振铃原因是数字调节器⑵中含在左半平面极点D消除振铃办法是设法取消在左半平面上极点若⑵中有左半平Dz D面极点,则令该极点为,于是振铃极点就消除了z1补充题:要想形成一个稳定没有振铃控制器,刃极点应当分布在平面什么D z区域?单位圆右半圆内平面与平面映射关系二产厂
2.14S Zz=esT平面虚轴,映射到平面为以原点为中心单位圆周LS Z已知单位反馈系统开环传递函数,试判断闭环系统稳定性
2.19Z二
1.Go z解系统特征方程为为二得二G0;Z2-Z+
0.6320由二字代入上式Z
2.6324So.736W+
0.632=0劳斯表W
22.
6320.632w
10.7360w°
0.
632、单位加速度输入3二厂厂+广B03-
3310.3679zz
3.1606zACl-z-3第五章习题答案离散计算机控制系统,在什么情况下可以近似看做连续系统?
5.1why只要合理选择计算机控制系统元部件,选择足够高采样角频率或足够3s,短采样周期离散计算机控制系统就可以近似看做连续系统T,原因见P147-P148答:采样时间是足够短时间,应满足ykT«ykT+At,OAtne TMNq设有模拟信号和分别用位、位和位
1.120~5V
2.5~5V,81012A/D转换器,试计算并列出各自量化单位和量化误差答量化单位二,量化误差£乂/q2根据以上公式可求得0-5V转换位数81012量化单位Q/mV
19.
534.
881.22量化误差”mV
9.
762.
440.
612.5-5V转换位数S1012量化单位q/mV
9.
762.
440.61量化误差£/mV
4.
881.
220.30试述数模转换器作用?如何选择转换器位数?L14答数模转换器把数字量转换成离散模拟量”⑴转换精度取决模-数ukT转换器位数当位数足够多时,转换可以达到足够高精度n,计算机控制系统有哪些主要性能指标?如何衡量?
1.19答计算机控制系统主要有动态指标,稳态指标和综合指标如何衡量系统稳定性?
1.20答用相角裕量和幅值裕量来衡量计算机控制系统稳定程度动态特性可以由哪些指标来衡量
1.21答超调量%调节时间峰值时间衰减比振荡次数123J4n5N弟一早根据变换定义,由丫⑵求出
2.3Z y kT:
1.己知Yz=O.3+
0.6z4+
0.8z-2+
0.9z-3+
0.95z-4+z~5解:y0=
0.3,y T=
0.6,y2T=
0.8,y3T=
0.9,y4T=
0.95,y5T=
12.己知Yz=z-1-z-2+z-3-z-44-z--z-6解:二y0=0,yT=l,y2T T,y3T=l,y4T=-l,y5T=l,y6T=-l己知离散系统差分方程,试求输出量变换
2.5Z为单位阶跃序列
1.y kT=b°u kT+b°u kT-T-aiy kT-T u kT解」-口寸Y z=ioU z+biz U⑵“Y z」=+Uz-aiz Yz已知时间序列,试求相应变换
2.6Z
1.38kT解⑵二仇二Y JfZx357“3参考:计算机控制系统■•清华大学出版社-何克忠-李伟-习题参考答案例求单位脉冲数的变换
3.25/®Z•-采样信号的表达式为・八丫+/⑺炎-炎7+/27_27+…当//=函数时,意味着只有一项组成,即X/fOXAO匏且兀所以0=1,二£/时Fz=WJ=/0”=
15.afcT,a|l解:Y z=a0za+arz-1+a2rz-2+a3rz-3+a4rz-
2.9Z
1.
0.5z/z〜1z〜
0.5解.退斗a用牛*玄一212-
0.SA!=z-1,z-lAt-IA2=-O.=IA2=-1Z5,ZY z=A7kT=l-0-5ky已知系统方框图,试求输出量变换
2.10Z Yz:.解:右口7y二孑〃令以KL[1-5y+a由二得二二A MJL;a aB代入上式中得』yt L[l-£F}£]a sy+a上口Yz a
15.Yz=NGz-々刀z+NG;_MG zjDGz-NGz DGzl+DGz劳斯表第一列元素都为正,系统稳定第三章知线性离散系统差分方程,试导出离散状态空间表达式
15.
11.y kT+2T+
0.2y kT+T+
0.5ykT=ukT解参考页例P
933.1F=知线性离散系统方框图,试求出对应于各闭环系统离散状态空间表
15.2Gs达式l.Gs=K/s+a解G⑸»二HGz已知系统方框图,试求线性离散系统传递矩阵
3.4Z
1.xkT+T=[]xkT+[og]ukT解已知系统方框图,试导出系统离散状态空间表达式,并求
3.5ykT
1.r t=l t,T=ls,%t0=r0=02解:参考例例P
1103.13P
1123.14HGs=二罟HGz一z1已知线性离散系统状态方程,试判断系统稳定性
3.
61.xkT+T=[]xkT解参考例Pl
143.15第四章部分习题答案采样频率选择受哪些因素影响?
2.2
①信号保真性大一系统保真性〕采样定理T P20
②稳定性系统大一稳定性例T IP
1143.15
③非线性小一非线性加大P125-P126T
④快速性仃小一调节时间短P125
⑤成本小一成本高T通常,选为T/U l/16l/lO设有限拍系统如图,试设计单位阶跃输入时有限拍调节器
4.5Dz、有限拍有纹波调节器1=二分子存在以因子,因此,闭环传递函数⑵应包含卢,HGz HGzZ Gc可选择根据单位阶跃输入,误差传递函数应选为才,又Gcz=az-*Z Ge⑵1-因为和⑵应该是阶次相同多项式,因此」,所以Gcz=l-Gez,Gez GcGe z=bzGc z=z〜;Gez=l〜z~,Dz
二、有限拍无波纹调节器2具有丁因子,零点亍二-极点HGz
0.8,Pl=
0.5,P2=lo所以Gc z=a z-11+
0.8z-1;Gez=1-z-1bo+bl z〜*由Gez=l-Gcz得二二所以a=
0.5556bo1,bl
0.4444二-厂Gc z=
0.5556Tl+
0.8z;Ge z11+
0.4444⑵二设有限拍系统如图,试设计在各种典型输入时有限拍有纹波调节D
4.7器DzoHGz==l-zH[-]
二、单位阶跃输入2Gez=l-z~;Dz=1-Ge z/e zHGz=、单位速度输入2r/X n-1V9nZ X_2严1-
0.3679Z-4Gez-I2Dz-试列出数字控制位置算式、增量算式和速度算式
5.2PID/位置式:课本页式PID1515-14二Gez1-”3增量式课本页式PID1545-34速度式课本页式PID1545-36试列出数字调节器传递函数
5.3PID Z二以尸DQ KpdJ+Kf+Kdd—式中称为比例系数,称为积分时间,为采样周期;Kp Ki=KpT/Ti T称为微分时间Kd=KpTd/T为什么要引进积分分离算法,试列出积分分离算式
5.4PID PID系统中加入积分校正以后,会产生过大超调量,这对某些生产过程是绝对不允许,引进积分分离算法,既保持了积分作用,又减小了超调量,使得控制性能有了较大改善当〉|时,也即偏差值较大时,采用控制,控制算法见课本|ekT|Eo|PD页式1575-39当<二|时,也即偏差值较小时,采用控制,控制算法见课本|ekT|Eo|PID页式1575-40不完全微分优点是什么?试列出其算式
5.5PID不完全微分数字不但能抑制高频干扰,而且克服了普通数字控制PID PID缺点,数字调解器输出微分作用能在各个周期里按照偏差变化趋势,均匀输出,真正起到微分作用,改善了系统性能U kT=ukT-T+伙门-ekT-TJ什么是微分先行有儿种?各自用在何处?
5.6PID微分先行是把微分运算放在比较器附近它有两种结构:输出量微分和偏差微分输出量微分是只对输出量⑴进行微分适用于给定值频繁提降场合;y偏差微分是对偏差值微分,也就是对给定值和输出量一⑴都有微分rt。