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计算机控制系统基础试题

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第2章 习 题A 习题（具有题解）A 2-1 下述信号被理想采样开关采样，采样周期为T ，试写出采样信号的表达式。

1)()1()f t t = 2)()e at f t t -=3)()e s i n (atf t t ω-=解： 1) *0()1()()k f t kT t kT δ∞==-∑；2)*()()()akT k f t kT e t kT δ∞-==-∑；3) *0()sin()()akTk f t ekT t kT ωδ∞-==-∑A 2-2 已知f (t ) 的拉氏变换式F (s ) ，试求采样信号的拉氏变换式F * (s )(写成闭合形式) 。

11)()(1)F s s s =+ 12)()(1)(2)F ss s =++解：1) 首先进行拉氏反变换，得()1e tf t -=-；*(1)0()()e(1e)eee kTskTkTskTskT s k k k k F s f kT ∞∞∞∞-----+======-=-∑∑∑∑因为201e 1e e 1ekTs Ts Ts Tsk ∞----==+++⋅⋅⋅⋅⋅=-∑, 1Ts e -<，(依等比级数公式) 类似，(1)(1)01e1ek s Ts Tk ∞-+-+==-∑，(1)e 1T s -+<，所以有*(1)11()1e 1e Ts T s F s --+=--- A 2-3 试分别画出10()5e t f t -=及其采样信号*()f t 的幅频曲线(设采样周期T ＝0.1s)。

解：连续函数10()5e tf t -=的频率特性函数为：5(j )10j F ωω=+。

连续幅频曲线可以用如下MATLAB 程序绘图： step=0.1; Wmax=100; w2=-Wmax;y2=5*abs(1/(10+w2*i)); W=[w2]; Y=[y2];for w=-Wmax:step:Wmax y=5*abs(1/(10+w*i)); W=[W,w]; Y=[Y ,y]; endplot(W,Y); axis([-Wmax Wmax 0 0.6]) grid结果如题图A 2-3-1所示。

题图A 2-3-1该函数的采样信号幅频谱数学表达式为*s 1(j )(j j )n F F n T ωωω∞=-∞=+∑ *s s 1(j )(j j )n F F n T ωωω∞=-∞≈+∑1(j j )N s n N F n T ωω=-≈+∑显然，采用的项数N 越大，则计算得到的值越逼近于实际值。

这里采用9N =来进行计算。

采样幅频曲线可以用如下MATLAB 程序绘图： T=0.1; %采样周期 ws=2*pi/T; %采样频率 num=50; %每个采样周期的计算点数 step=ws/num; %计算步长 Wmax=150; %画图显示的频率范围 GW=4*Wmax; %计算的频率范围g0=(1/T)*5*abs(1/(1+10*GW*i)); G00=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+ws)*i)); G11=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-ws)*i)); G12=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+2*ws)*i)); G21=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-2*ws)*i)); G22=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+3*ws)*i)); G31=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-3*ws)*i)); G32=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+4*ws)*i)); G41=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-4*ws)*i)); G42=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+5*ws)*i)); G51=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-5*ws)*i)); G52=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+6*ws)*i)); G61=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-6*ws)*i)); G62=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+7*ws)*i)); G71=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-7*ws)*i)); G72=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+8*ws)*i)); G81=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-8*ws)*i)); G82=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW+9*ws)*i)); G91=[g0]; g0=(1/T)*5*abs(1/(10+(GW-9*ws)*i)); G92=[g0]; 其余类似，最后可得，结果如题图A 2-3-2所示。

题图A 2-3-2A 2-4若数字计算机的输入信号为10()5tf t e-=，试根据采样定理选择合理的采样周期T 。

设信号中的最高频率为m ω定义为m ()0.1(0)F j F ω=。

解： 5()10F s s =+；5(j )j 10F ωω=+；所以有 0.150.1(0)0.0510F ⨯===222max 0.05(10)25ω+=由此可得 max 99.5ω=依采样定理得：max 2199s ωω>=rad/sA 2-5 已知信号x ＝1cos()A t ω，试画出该信号的频谱曲线以及它通过采样器和理想滤波器以后的信号频谱。

设采样器的采样频率分别为4ω1，1.5ω1，和ω1 3种情况。

解释本题结果。

解：1cos()t ω的频谱为脉冲，如题图A 2-5-1所示。

当采样频率s 14ωω=时，采样频谱如题图A 2-5-1所示。

由于满足采样定理，通过理想滤波器后，可以不失真恢复原连续信号。

(见题图A 2-5-2)当采样频率s 11.5ωω=时，采样频谱如题图A 2-5-1所示。

由于不满足采样定理，采样频率发生折叠，当通过理想滤波器后，只保留了折叠后的低频信号，其频率为1111.50.5ωωω-=。

(见题图A 2-5-2)当采样频率s 1ωω=时，采样频谱如题图A 2-5-1所示。

由于不满足采样定理，采样频率发生折叠，折叠后的低频信号位于0ω=处，当通过理想滤波器后，只保留了折叠后的低频信号，其频率为0ω=，即直流信号。

(见题图A 2-5-2)题图A 2-5-1题图A 2-5-2A 2-7 已知信号s sin()sin(4),1,3,4,x t y t ω===和若试求各采样信号的x (kT )及y(kT)，并说明由此结果所得结论。

解： ()sin()sin(2π/)s x kT kT k ω==；s ()sin(4)sin(8π/)y kT kT k ω==s s 1,()sin(2π/)sin(2π)0x kT k k ωω====；()sin(8π)0y kT k == s 3,()sin(2π/)sin(2π/3)s x kT k k ωω===；s ()sin(4)sin(8π/)sin(8π/3)sin(2π2π/3)sin(2π/3)y kT kT k k k k k ω====+=。

s s 4,()sin(2π/)sin(2π/4)sin(π/2)x kT k k k ωω====； s ()sin(4)sin(8π/)sin(8π/4)sin(2π)y kT kT k k k ω====结果表明，不满足采样定理，高频信号将变为低频信号。

A 2-10 用z 变换法求解下列差分方程。

（1）(1)()()c k bc k r k +-=，已知输入信号()kr k a =，初始条件(0)0c =。

（2）(2)4(1)3()2c k c k c k k ++++=，已知初始条件(0)(1)0c c ==。

（3）(2)5(1)6()0c k c k c k ++++=，已知初始条件(0)0,(1)1c c ==。

求()c k 。

解：(1) 对差分方程进行z 变换，得()()zz b C z z a-=-，所以，1()()()()()z z z C z z a z b a b z a z b ==------， z 反变换，得 1()()k k c k a b a b=-- (2) 对差分方程进行z 变换，得2222(43)()[](1)z z z C z Z kT T z ++==-，222()(1)(43)zC z z z z =-++， 22()2(1)(1)(3)(1)(1)(1)(3)C z A B C Dz z z z z z z z ==+++-++--++ 212lim []3/1643z d A dz z z →==-++；21()lim(1)1/4z C z B z z→=-=；1221/4(1)(3)z C z z =-==-+；3221/16(1)(1)z D z z =-==--+。

21311()4(1)16(1)4(1)16(3)z z z zC z z z z z =-+---++z 反变换，1()[434(1)(3)]16k kc k k =-+---A 2-11 已知以下离散系统的差分方程，求系统的脉冲传递函数。

（1）()0.5(1)(2)0.5(3)4()(2)0.6(3)c k c k c k c k r k r k r k +---+-=----；（2）13023(3)(2)()(3)(1)()c k a c k a c k b r k b r k b r k ++++=++++且初始条件为零。

解：(1) 对差分方程进行z 变换，得12323(10.50.5)()(40.6)()z z z C z z z R z -----+-+=--23123()(40.6)()()(10.50.5)C z z z G z R z z z z -------==+-+ A 2-12 试列出题图A 2-12所示计算机控制系统的状态方程和输出方程。

图中1120()(10.5)/(10.2),()10(5)/,0.1D z z z G s s s T s --=++=+=。

题图A 2-12 题A 2-12系统框图解：1）被控对象离散化：212231e 10(5)5(1)()[]10(1)[](1)(1)sT s Tz T z z G z Z z s s z z ---++==-+--=21.25(0.6)(1)z z -- 依串行法写状态方程：1.25(0.6)()(1)(1)z G z z z -=--11(1)() 1.25()x k x k u k +=+2211(1)()(1)0.6()x k x k x k xk +=++- 21112()[() 1.25()]0.6()0.4()() 1.25()x k x k u k x k x k x k u k =++-=++1122(1)()10 1.25()(1)0.41() 1.25x k x k u k x k x k +⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦2()()y k x k = 2) 控制器离散化0.50.3()10.20.2z D z z z +==+++ 状态方程为 33(1)0.2()0.3()x k x k e k +=-+3()()()u k x k e k =+ ()()()e k r k y k =- 3) 闭环系统方程1132(1)()1.25() 1.25() 1.25()x k x k x k r k x k +=++- 21232(1)0.4()() 1.25() 1.25() 1.25()x k x k x k x k r k x k +=+++- 332(1)0.2()0.3()0.3()x k x k r k x k +=-+-112232(1)()1 1.25 1.25 1.25(1)0.40.25 1.25()()1.2500.30.20.3(1)()x k x k x k x k r k x k x k +-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=-+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥--+⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦[()0y k = 1 0]123()()()x k x k x k ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦A 2-18 已知某经过零阶保持器采样的连续系统由下述差分方程描述，如若可能，试确定它所对应的连续时间系统。

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计算机控制系统A试卷带答案

计算机控制系统A试卷带答案

***********2015－2016 学年第一学期出题教师：【计算机控制系统】课程试题(A卷) 【闭卷考试】姓名学号专业及班级本试卷共有4道大题一、填空题（共14分，每空1分，共11道小题）1. 描述连续系统所用的数学模型是微分方程，描述离散系统所用的数学模型是差分方程。

2.离散系统稳定性不仅与系统结构和参数有关，还与系统的采样周期有关。

3.在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中采样、量化、零阶保持器等三种信号变换最重要。

4. 计算机控制系统通常是由模拟与数字部件组成的混合系统。

5. 在连续系统中，一个系统或环节的频率特性是指在正弦信号作用下，系统或环节的稳态输出与输入的复数比随着正弦信号频率变化的特性。

6.采样周期也是影响稳定性的重要参数，一般来说，减小采样周期，稳定性增强。

7.对于具有零阶保持器的离散系统，稳态误差的计算结果与T无关，它只与系统的类型、放大系数及输入信号的形式有关。

8.若D(s)稳定，采用向前差分法离散化，D(z)不一定稳定。

9.双线性变换的一对一映射，保证了离散频率特性不产生频率混叠现象，但产生了频率畸变。

10.计算机控制系统分为三类：直接数字控制 (Direct Digital Control，DDC) 系统、计算机监督控制 (Supervise Control by Computer，SCC) 系统和分散型计算机控制系统(Distributed Control System，DCS)二、选择题（满分20分，每小题2分，共10道小题）1.电力二极管属于 A 。

A.不可控器件B. 全控器件C.半控器件2．电力电子器件不具有的特征有 B 。

A.所能处理电功率的大小是其最重要的参数B.一般工作在放大状态C.一般需要信息电子电路来控制D.不仅讲究散热设计，工作时一般还需接散热器3. 晶闸管内部有 C 个PN结。

A 一B 二C 三D 四4.下列哪种功能不属于变流的功能 CA.有源逆变B. 交流调压C. 变压器降压D. 直流斩波5.下列不属于使晶闸管关断的方法是 A 。

计算机控制技术期末复习试题附答案

计算机控制技术期末复习试题附答案

计算机控制技术期末复习试题附答案一、选择题1. 下面哪个不是计算机控制系统的组成部分？A. 控制器B. 传感器C. 运算器D. 计算机主机答案：D2. 控制器的作用是什么？A. 输入信息B. 处理信息C. 输出信息D. 以上都是答案：B3. 在控制系统中，传感器的作用是什么？A. 输入信息B. 处理信息C. 输出信息D. 以上都是答案：A4. 控制器与执行器之间的信息传递通常采用哪种形式?A. 电信号B. 光信号C. 音频信号D. 无线信号答案：A二、填空题1. 在控制系统中，PID是什么的缩写？答案：比例-积分-微分2. 当一个过程变量小于或大于设定值时，控制器需要发出一个____信号来调节执行器。

答案：控制3. 开环控制系统中，控制器完全依赖于____来判断并调节执行器。

答案：设定值三、解答题1. 请解释闭环控制系统和开环控制系统的区别。

答案：闭环控制系统和开环控制系统是两种基本的控制系统结构。

闭环控制系统通过传感器获得反馈信息，将反馈信息与设定值进行比较后进行调节，以使系统输出接近设定值。

开环控制系统则没有反馈环节，控制器仅仅根据设定值来调节执行器。

闭环控制系统具有较好的稳定性和鲁棒性，能够减小外界干扰对系统的影响，但由于需要进行反馈调节，系统可能存在一定的响应延迟。

开环控制系统较为简单，但容易受到干扰的影响，对系统稳定性要求较高。

四、简答题1. 请简述计算机控制技术在工业自动化中的应用。

答案：计算机控制技术在工业自动化中广泛应用，其主要作用是实现对生产过程的自动控制。

通过传感器获取实时数据，计算机控制系统可以实时监测和控制生产过程中的各项参数，将实际数值与设定值进行比较，并通过执行器调节控制。

这种自动化控制能够提高生产效率、降低成本，同时还可以减少人为操作中的误差，提高产品的质量稳定性。

在工业生产中，计算机控制技术广泛应用于各种制造过程中，如汽车制造、电子设备制造、化工生产等。

通过计算机控制技术，可以实现生产过程中的自动监测、自动调节、自动报警等功能，从而提高生产效率，降低生产成本，提高产品的一致性和稳定性。

(完整版)计算机控制系统试题库1

(完整版)计算机控制系统试题库1

1、某压力测量仪表的量程为400～1200Pa，采用8位A/D转换器，设某采样周期计算机中经采样及数字滤波后的数字量为171D，求此时的压力值。

解：设：A0为工程量量程的下限，Am为工程量量程的上限N0为测量仪表下限所对应的数字量，Nm为测量仪表上限所对应的数字量，Nx为测量值所对应的数字量，则相应的标度变换公式为：Ax = A0 +（Am-A0）*(Nx-N0)/(Nm-N0)根据题义，A0=400，Am=1200，Nm=28=255，N0=0，Nx=171，则Ax =400 +（1200-400）*（171-0）/（255-0）=936（pa）题义所示的数字量171对应的压力值为936pa。

2、12位A/D转换器的输入电压为0～5V，求当输入模拟量为下列值时输出的数字量：（1）1.25V (2)4V解：（1）1.25/5×212＝1024（2）4/5×212＝3276.83、已知G1（S ）＝S 3，G2（S ）＝32+S ，试分别求出他们中间没有采样开关隔开时，和中间有采样开关隔开时的脉冲传递函数。

解：（1）没有采样开关时：G （Z ）＝Z[G1(S)G2(S)]=Z[3/S ＊2/(S+3)]=2Z[1/S －1/(S+3)]＝)1(23TeZ zZ Z ---- （3分）(2)中间有采样开关时：()()TT e Z Z Z e Z Z Z Z S G Z S G Z Z G Z G Z G 323212116213)]([)]([)()()(----=-*-=*==4.用双线性变换法、后向差分法离散下列连续函数121)(2++=S S S D设T=2S ，写出其脉冲传递函数及差分方程。

解：(1)双线性变换法令11112--+-=Z Z T S 代入式中得)()(5.01)21(25.0121)(1212Z E Z U ZZ Z S S Z D =-++=++=--- 等效差分方程为U(k)=0.5u(k-1)+0.25e(k)+0.5e(k-1)+0.25e(k-2) (2)后向差分法令T Z S 11--=)()(694121)(212Z E Z U ZZ S S Z D =+-=++=-- 等效差分方程为 u(k)=4e(k)/9+2u(k-1)/3-u(k-2)/95、设计算机控制系统中广义对象的脉冲传递函数)268.01()1()2.01)(78.21(000392.0)(121111-------++=Z Z Z Z Z Z G 设系统采样周期T=0.05S ，典型输入信号为斜坡信号，试设计最少拍有纹波控制系统。

计算机控制试题及答案

计算机控制试题及答案

计算机控制试题及答案一、单项选择题（每题1分，共10分）1. 计算机控制系统中，以下哪个不是典型的控制策略？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 模糊控制答案：D2. 在计算机控制系统中，系统响应时间指的是：A. 系统从接收到控制命令到开始执行的时间B. 系统从接收到控制命令到完成执行的时间C. 系统从接收到控制命令到输出结果的时间D. 系统从接收到控制命令到输出稳定结果的时间答案：D3. 以下哪个不是计算机控制系统的优点？A. 精度高B. 响应快C. 易于维护D. 能耗高答案：D4. 在计算机控制系统中，闭环控制系统与开环控制系统的主要区别在于：A. 是否有反馈B. 是否有传感器C. 是否有执行器D. 是否有控制器答案：A5. 计算机控制系统的稳定性分析通常采用哪种方法？A. 频率响应法B. 时域分析法C. 状态空间法D. 所有上述方法答案：D6. 在计算机控制系统中，以下哪个参数不是系统性能指标？A. 稳态误差B. 响应时间C. 系统复杂度D. 带宽答案：C7. 以下哪个不是计算机控制系统的组成部分？A. 传感器B. 执行器C. 显示器D. 电源答案：D8. 计算机控制系统中，以下哪个不是典型的干扰？A. 电源波动B. 温度变化C. 机械振动D. 人为操作答案：D9. 在计算机控制系统中，以下哪个不是控制器的设计方法？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 机械控制答案：D10. 计算机控制系统的实时性要求是指：A. 系统响应时间必须小于一个固定的阈值B. 系统响应时间必须大于一个固定的阈值C. 系统响应时间必须等于一个固定的阈值D. 系统响应时间可以是任意值答案：A二、多项选择题（每题2分，共10分）1. 计算机控制系统的输入设备包括：A. 传感器B. 键盘C. 鼠标D. 扫描仪答案：A2. 计算机控制系统的输出设备包括：A. 显示器B. 打印机C. 执行器D. 扬声器答案：C3. 计算机控制系统的设计目标通常包括：A. 稳定性B. 快速性C. 准确性D. 经济性答案：A, B, C, D4. 计算机控制系统的干扰可能来自：A. 电源B. 环境C. 人为操作D. 系统内部答案：A, B, C, D5. 计算机控制系统的稳定性分析方法包括：A. 根轨迹法B. 奈奎斯特准则C. 李雅普诺夫方法D. 频域分析答案：A, B, C, D三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述计算机控制系统的工作原理。