《计算机控制系统》作业参考答案作业一第一章1.1(组图)

《计算机控制系统》作业参考答案

作业一

第一章

1.1什么是计算机控制系统？画出典型的计算机控制系统的框图。

答：计算机控制系统又称数字控制系统，是指计算机参与控制的自动控制系统。

控制装置用于对受控对象进行调整和控制。控制系统中的计算机由硬件和软件组成。硬件部分：计算机控制系统的硬件主要由上位机、外部设备、过程输入输出设备组成；软件部分：软件是各种程序的总称，通常分为系统软件和应用软件。

控制量给定值偏差 控制量 控制对象调节器

_

测量链接计算机（数字调节器）

图1.3-2 典型数字控制系统

1.2.计算机控制系统的典型类型有哪些？各有什么特点。

答：计算机控制系统系统一般可分为四种：

①数据处理和操作指导控制系统；计算机不直接控制被控对象，计算机对传感器产生的参数进行电路检测、处理、分析、记录和报警，从而预测被控对象的运行趋势。

②直接数字控制系统；一台电脑可以代替多个模拟调节器的功能。除实现PID调节外，还可实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解耦控制。，以及自适应、自学习、最优控制等复杂控制。

③监控计算机控制系统；它是一个二级计算机控制系统：一级DDC计算机完成直接数字控制功能；二级SCC计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，为DDC计算机提供最优给定值和最优控制量等。

④分布式计算机控制系统。以微处理器为核心的基本控制单元通过高速数据通道与上位监控计算机和CRT操作站相连。

1.3.计算机控制系统和连续控制系统的主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？

答：计算机控制系统和连续控制系统的主要区别：计算机控制系统，又称数字控制系统，是指计算机的参与

用于控制的自动控制系统，即用计算机代替模拟控制装置，对被控对象进行调节和控制。与模拟调节器组成的控制系统相比，计算机控制系统具有以下优点：

(1)控制律灵活，可在线修改。(2)可实现复杂的控制律，提高系统性能指标。(3)抗干扰能力强，稳定性好。（4)可以获得比较高的控制精度。（5)可以同时控制多个回路，一机多用，性价比高。）

（6)方便实现控制、管理、通讯相结合计算机控制系统z变换，提高工厂生产的自动化程度。（7)推动制造系统向自动化、集成化、智能化方向发展。

第二章

2.1.计算机控制系统中有哪四种信号？各有什么特点？

答：在计算机控制系统中，通常既有连续信号又有离散信号。这些信号通常是信息流，而不是能量流。

可分为四种形式：⑴连续模拟信号：时间和信号幅度是连续的。

(2)阶梯模拟信号：时间连续计算机控制系统z变换，信号幅度呈阶梯状。(3) 采样信号：时间是离散的，信号的幅值是连续的脉冲信号。

⑷ 数字信号：信号的时间和幅度是离散的，幅度已经量化。

2.2.采样信号的频谱和原始连续信号的频谱有什么区别？

答：采样信号的频谱与原始连续信号频谱的区别：

① 通常，连续信号的带宽是有限的，频率限制为 wmax，其频谱是孤立的。采样信号的频谱由无数个周期为 ωs 的频谱组成。

②∣y(jw)∣和∣y*(jw)∣形状相似。幅度仅相差 1/T 的比例因子（也称为采样增益）。

2.3.保持器在计算机控制系统中的作用是什么，简述零级保持器的特点。

答：持有人的原理是根据当前时刻或过去时刻输入的离散值，形成一个常数、线性函数或抛物线函数的输出

连续值。零阶保持器具有以下特点：

①低通特性：支架的输出随着信号频率的增加而迅速衰减。

②相位滞后保持：信号经过零阶保持器后会产生相位滞后，不利于控制系统的稳定性。

2.4.尝试求以下示例函数的Z变换：（采样周期为T）

回答：

F(z)?1z?1F(z)?9Tz(z?1)?at2

F(z)?za(z?a)F(z)?zez?2ze2?aTsin2Tcos2T?e?2aT?aT

2.5. 让函数的 La 变换如下，试着找出它们的 Z 变换：

回答：

(1）F(s)?s?3(s?2)(s?1)(2）F(s)?1(s?5)泽(z?e2

(3）F(s)?1s3(4）F(s)?10s(s?1)2

F(z)?Tz(z?1)23F(z)?10Tz2?10(1?e?T)z?T

2(z?1)(5）F(s)?10

s2?16F(z)?2.5zsin4T2

z?2zcos4T?12.6个已知函数的Z变换如下，求它们的y(kT)：

答案：(1）Y(z)?zz2?1ky(kT)?12?(?1)22(3）Y(z)?2z(z?1) (z?2)y(kT)??2(?1)k?4(?2)k(5）Y(z)?0.6zz2 ?1.6z?0.6y(kT)?1.5(?0.6)k?1.5(?1)@ >k(7）Y(z)?z?4(1?z?1)2y(kT)?k?32.7 求初值和终值以下功能：

答案：(1）F(z)?2.7zz?0.8y(0)?2.7y(?)?0

(z?1)(z?1)(z?e)2）Y(z)?z(z?1)2

(4）Y(z)?1

z(z?0.2)y(kT)?25(0.2)k

?1(6）Y(z)?1?3z?3z?1(1?0.5z?1)(1?0.8z?1) y(kT)??3530.5k?310.8k6

(8）Y(z)?Te?aTz

(z?e?aT)2y(kT)?kTe?akT

2 (2）F(z)?1.6z?zz2

(

作业二

第三章

3.1 微分方程x(kT)?ax(kT?T)?1(kT)已知，x(kT)?0(k​​?0);?1?a?< @1.试试Z变换的方法找

x(kT) 和 x(∞)。

x(kT)?1?a11?ak 答案：

3.2 知道 F(z)?z22z?1.2z?0.2?1 ，尝试长除法和 Z 逆变换求解 f(kT)。

k3.3 知道差分方程y(k?1)?2y(k)?0,y(0)?1, ⑴通过递归求y(k)的前面三(2) 用逆变换法求解

y(k)。

答案：(1）y(1)??2ky(2)?4y(3)??8

(2）y(kT)?(?2)

3.4 使用 Z 变换方法求解以下差分方程：

答案：(1）f(k?1)?f(k)?ay(kT)?(?2)

kk,f(0)?0

(2）f(k?2)?3f(k?1)?2f(k)?r(k) 其中f(0)?f(1)@ >?0，当 k?0 时 f(k)?0；

(3）y(k)?2y(k?1)?k?1 其中y(0)?1

3.5 使用劳斯判据，确定以下单元负反馈系统闭环稳定时K的取值范围。(1） Gk(z)?K(0.1z?0.08)(z?1)(z?0.7)K(0.1z?0.08)z(z?1)(z?0.7)答案：0?K? 3.75

(2) Gk(z)?答案：0?K?1.23

3.6 给定下列系统的特征方程，尝试判断系统的稳定性。

(1） z?1.5z?9?0 答：系统不稳定。(2） z?2z?2z?0.5?0 答：系统不稳定不稳定。(3）z?1.5z?0.25z?0.4?0 答：系统稳定。

3.7 设置离散系统框图如图，尽量确定闭环稳定时K的取值范围。(T=1s, K1=2 T1=1)

32322_Title diagram3.7 单元反馈闭环系统框图

回答：

HG(z)?20.736(z?1.717)(z?1)(z?0.368)z? z(0.736K?1.368)?(0.368?1.264K)?0

3.8 使用长除法或逆 Z 变换或迭代求以下闭环系统的单位阶跃响应。(1） Gc(z)?z?0.53(z?z?0.5)2

答案：y(kT)?13r(kT?T)?1316r(kT?2T)?y(kT?T)?0.5y(kT?2T) 56y(3T)?76???

即：y(T)？

y(2T)？

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