计算机控制系统 - 中国大学mooc

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第一章 计算机控制系统概述

第一章 计算机控制系统概述 测验

1、以太网络最典型的应用形式为顶层采用Ethernet,网络层和传输层一般采用国际标准()协议。
    A、TCP/IP
    B、IPX/SPX
    C、NetBEUI
    D、RS-232-C



2、D/A转换器误差的主要来源是( )和保持器(采样点之间插值)的形式以及规定的时间间隔T来决定。
    A、转换器种类
    B、信号种类
    C、转换器字长
    D、信号大小



3、智能仪表接入计算机有两种途径,一种是485串行方式,另一种是( )。
    A、ATM网
    B、以太网Ethernet
    C、FDDI网
    D、互联网 Internet



4、计算机控制系统的主要特点是
    A、结构混合
    B、信号混合
    C、结构唯一
    D、信号唯一



5、计算机控制系统的性能指标主要有
    A、稳定性
    B、稳态指标
    C、动态指标
    D、综合指标等



6、计算机控制系统的基本类型有哪些
    A、计算机监督控制系统
    B、集中式计算机控制系统
    C、集散控制系统
    D、总线控制系统



7、计算机控制系统就是由模拟器件参与并作为核心环节的自动控制系统,即应用模拟器件参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系,以获得一定控制目的而构成的系统。



8、计算机控制系统主要从信号变换、对象建模与性能分析、控制算法设计、控制系统仿真、控制系统实现等5个方面系统讲述计算机控制系统分析和设计的基本理论和方法。



9、计算机控制实验的基本要求是对课本中所涉及的计算机控制系统的相关理论进行仿真和控制实验研究,包括基础型实验,扩展型实验和研究型实验。



10、实验平台的“场所便利化”是指被控对象和控制系统小型化,安全性高、成本低,便于使用者携带和使用,在家中和宿舍等场所即可完成各种实验。



11、分级控制系统由现场总线控制、计算机监督控制、直接数字控制三级组成。



12、直接数字控制系统DDC把显示、打印、报警和设定值的设定等功能都集中到操作控制台上,实现集中监督和控制,给操作人员带来了极大的方便,且DDC对计算机可靠性要求不高,使用成本低廉。



13、计算机控制系统中典型的被控对象类型有快过程和慢过程两种,电机调速运动控制系统是( ),炉温控制系统是慢过程。



14、计算机控制系统中典型的被控对象类型有快过程和慢过程两种,电机调速运动控制系统是快过程,炉温控制系统是( )。



15、计算机控制系统典型结构由( )、D/A转换器、执行机构和被控对象、数字控制器、采样开关和A/D转换环节等组成。



16、计算机控制系统典型结构由测量变送环节、D/A转换器、执行机构和被控对象、( )、采样开关和A/D转换环节等组成。



17、将采样时刻的信号幅值按最小量化单位取整的过程称为( ),其单位越小,采样时刻信号的幅值与变换成的有限位数的二进制数码的差异也越小。



第一章 计算机控制系统概述 作业

1、1. 什么是计算机控制系统?计算机控制系统较模拟系统有何优点?举例说明。



2、2. 计算机控制系统由哪几部分组成?各部分的作用如何?



3、3.计算机控制系统涉及哪些理论问题?



第二章 信号转换与z变换

第二章 信号转换与z变换 测验

1、零阶保持器的幅频特性表达式为
    A、
    B、
    C、
    D、



2、香农采样定理就是如果一个连续信号不包含高于频率的频率分量,那么就完全可以用周期__________的均匀采样值来描述。
    A、
    B、
    C、
    D、



3、
    A、
    B、
    C、
    D、



4、
    A、
    B、
    C、
    D、



5、
    A、
    B、
    C、
    D、



6、
    A、
    B、
    C、
    D、



7、
    A、
    B、
    C、
    D、



8、
    A、
    B、
    C、
    D、



9、
    A、
    B、
    C、
    D、



10、
    A、
    B、
    C、
    D、



11、A/D输入通道的实现方式有( )
    A、查询方式
    B、中断方式
    C、DAM方式
    D、DMA方式



12、D/A 12位转换器有哪些主要芯片?( )
    A、DAC1207
    B、DAC1208
    C、DAC1209
    D、DAC1210



13、根据输入模拟信号的动态范围可以选择A/D转换器位数。( )



14、D/A转换器的字长可以由计算机控制系统中D/A转换器后面的执行机构的动态范围来选定。( )



15、保持器是指将模拟信号转换为数字信号的装置,具体指A/D环节,实际上相当于一个低通滤波器。( )



16、



17、一阶保持器结构简单,对输入信号有较好复现能力,所以在实际系统中,经常采样一阶保持器。( )



18、D/A转换器的分辨率是指输入模拟量发生单位数码变化时输出数字量的变化量。( )



19、对于惯性大,反应慢的生产过程,采样周期T要选长一些,不宜调节过于频繁。( )



20、在进行计算机控制系统的分析和设计时,我们往往不仅关心系统在采样点上的输入和输出关系,还要求关心采样点之间的输入、输出关系,为了达到这个目的,必须对z变换作适当的扩展或改进,即为扩展z变换。( )



21、A/D转换时间的倒数称为______________



22、A/D的转换速率与A/D转换器的__________有关。



23、一般来说,A/D的位数越大,则相应的转换速率就越________。(快/慢)



24、采样信号各频谱分量的互相交叠,称为________。



25、Z变换的方法包括:级数求和法,________,留数法。



26、Z变换的方法包括:级数求和法,部分分式法,________。



27、Z反变换的方法包括:部分分式法 ,综合除法,________。



28、对于一些快速系统,如直流调速系统、随动系统,要求响应快,抗干扰能力强,采样周期可以根据_________指标来选择。



29、A/D的精度指转换后所得__________相当于实际模拟量值的准确度,即指对应一个给定的数字量的实际模拟量输入与理论模拟量输入接近的程度。( 数字量/模拟量).



30、A/D的精度指转换后所得数字量相当于实际_________的准确度,即指对应一个给定的数字量的实际模拟量输入与理论模拟量输入接近的程度。(填数字量/模拟量)



31、从幅频特性来看,零阶保持器具有_________特性。从相频特性来看,零阶保持器增加了滞后相位移。



32、从幅频特性来看,零阶保持器具有低通滤波特性。从相频特性来看,零阶保持器增加了___________。



33、一阶保持器的幅频特性比零阶保持器的要_________。(高/低)



第二章 信号转换与z变换 作业

1、简述两种外推装置组成的保持器



2、简述A/D或 D/A分辨率与精度有何区别和联系



3、简述慢过程中采样周期的选择。



第三章 计算机控制系统数学描述与性能分析

第三章 计算机控制系统数学描述与性能分析 测验

1、
    A、
    B、
    C、
    D、



2、
    A、
    B、
    C、
    D、



3、
    A、
    B、
    C、
    D、



4、
    A、
    B、
    C、
    D、



5、
    A、
    B、
    C、
    D、



6、
    A、
    B、
    C、
    D、



7、系统常规的性能指标有()
    A、稳定性指标
    B、稳态指标
    C、暂态指标
    D、系统的抗干扰指标



8、判断连续系统稳定的频率域方法有()
    A、劳斯判据
    B、根轨迹方法
    C、奈奎斯特判据
    D、波特图法



9、系统暂态主能指标包括()
    A、阻尼比
    B、调节时间
    C、上升时间
    D、峰值时间



10、减小或消除系统的稳态误差方法有()
    A、增大系统开环增益或扰动作用点之前系统的前向通道增益。
    B、在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节。
    C、采用串级控制抑制内回路扰动。
    D、采用反馈补偿法。



11、一个系统稳定是指该系统在平衡状态下,受到外部扰动作用而偏离平衡状态,当扰动消失后,经过一段时间,系统不能够回到原来的平衡状态。



12、线性系统的稳定性是由系统本身固有的特性决定的,而与系统外部输入信号的有无和强弱有关。



13、



14、



15、



16、



17、稳态误差与系统的结构和参考输入无关。



18、系统的暂态性能主要由闭环脉冲传递函数的极点在z平面单位圆上和内、外不同位置决定的。



19、



20、



21、



22、



23、



24、_______指系统过渡过程结束到达稳态以后,系统参考输入与系统输出之间的偏差。



25、系统的类型的作用:系统的类型数将决定系统有无_______。



26、



27、



28、



29、



30、



31、



第三章 计算机控制系统数学描述与性能分析 作业

1、一般来说,计算机控制系统的稳定性与采样周期的关系为:采样周期越小,系统稳定性越高;采样周期越大,系统稳定性越差,甚至变成不稳定。试对此进行详细分析。



2、试说明劳斯判据应用的特殊情况及其处理方法。



3、离散系统的稳定性判据除了书中介绍的方法外,还有哪些?各自有何特点?



4、试从理论上分析采样周期与系统稳态误差之间的关系。



5、减小或消除系统的稳态误差有哪些方法,试分析之。



6、当离散系统的极点位于z平面复平面上时(复根),试推导系统暂态响应表达式。



第四章 数字控制器的模拟化设计方法

第四章 数字控制器的模拟化设计方法 单元测验

1、在合理选择A/D、D/A等环节的基础上,只要选择_________采样周期T,计算机控制系统就可以近视为连续系统, 计算机控制系统的设计就可以引用连续控制系统的设计方法,设计出模拟控制器D(s)后,对其进行离散化得到数字控制器D(z),由计算机实现数字控制器D(z)。
    A、足够小的
    B、足够大的
    C、适中的
    D、随意的



2、
    A、
    B、
    C、
    D、



3、
    A、
    B、
    C、
    D、



4、
    A、
    B、
    C、
    D、



5、
    A、
    B、
    C、
    D、



6、
    A、
    B、
    C、
    D、



7、数字PID各参数对系统性能的影响下面叙述正确的有( )
    A、对系统静态性能的影响:在系统稳定的情况下,Kp增加,稳态误差减小,进而提高控制精度。
    B、对系统动态性能的影响:Kp增加,系统反应速度加快;如果Kp偏大,系统输出振荡次数增多,调节时间加长;Kp过大将导致系统不稳定。
    C、对系统动态性能的影响:选择合适的Td将使系统的超调量减小,调节时间缩短,允许加大比例控制;但若Td过大或过小都会适得其反。
    D、对系统动态性能的影响:若Ti太小,系统将不稳定;若Ti太大,对系统动态性能影响减小。对系统动态性能的影响:若Ti太小,系统将不稳定;若Ti太大,对系统动态性能影响减小。



8、
    A、
    B、根轨迹方法
    C、
    D、



9、数字控制器的离散化方法有 ( )
    A、z变换法
    B、差分变换法
    C、双线性变换法
    D、零极点匹配法



10、消除积分饱和一般采用( )
    A、积分分离法 B. C.D.
    B、遇限消弱积分法
    C、饱和停止积分法
    D、反馈抑制积分法



11、数字控制器的模拟化设计方法是指利用我们比较熟悉并且积累了丰富经验的各种模拟系统设计方法(也称连续域设计方法)设计出令人满意的模拟控制器,然后将其离散化成数字控制器。



12、离散化设计(直接设计)方法是指首先直接在离散域设计数字控制器,然后把模拟被控对象等连续部分离散化。



13、许多控制系统在开始启动、停车或较大幅度改变给定信号时,控制器的输入端都会产生较大的偏差(系统的给定和输出信号之间的偏差),如果采用PID控制器,则PID控制算法中积分项经过短时间的积累就将使控制量变得很大甚至达到饱和(执行机构达到机械极限),这时的控制系统处于一种非线性状态,不能根据控制器输入偏差的变化按预期控制规律来正确地改变控制量。



14、Smith预估控制方案对模型的误差十分敏感,如果构建的模型存在误差,则系统的特征方程中应将存在纯滞后作用,因此纯滞后对系统动态性能的影响依然存在;同时,没有考虑系统中可能出现的各种扰动对系统性能的影响,实际上即使构造的模型是准确的,但扰动对系统造成的影响依然存在,这是必须考虑的问题。



15、在合理选择A/D、D/A等环节的基础上,不需要选择足够小的采样周期T,计算机控制系统就可以近似为连续系统。



16、对具有大的纯滞后被控对象,采用常规的PID控制算法会使系统稳定性变差,甚至产生振荡。



17、离散化方法都必须遵循的基本原则是保证离散化后的数字控制器与原模拟控制器具有相同或相近的动态特性和频率特性。



18、



19、



20、



21、



22、PID控制器是由比例控制,积分控制,微分控制三项组成



23、比例控制的作用,通过加大比例增益可以增加系统动态响应速度,减小系统稳态相应误差。



24、积分控制作用可以完全消除系统稳态误差 。



25、微分控制作用,是与偏差变化速度成比例,能够预测偏差的变化,产生超前控制作用,以阻止偏差的变化,因而能够改善系统动态性能。



26、微分先行PID控制适用于给定值频繁升降的场合,可以避免因输入变动而在输出上产生跃变。



27、当系统在强扰动作用下,或给定输入作阶跃变化时,系统输出往往产生较大的超调和长时间的振荡。采用积分分离方法,既可以发挥积分作用消除系统残差的功能,又能有效地降低积分作用对系统动态性能的有害影响。



28、积分分离是当偏差大于某一规定的门限值时,取消积分作用;只有当误差小于规定门限值时才引入积分作用,以消除稳态误差。



29、积分饱和作用是指控制量达到饱和后,闭环控制系统相当于被断开,积分器输出达到非常大的数值。



30、频率混迭将使数字控制器的频率响应与模拟控制器的频率响应的近似性变差,因此,尽管z变换法看起来严格且简单,但并不实用。



31、



32、



33、



34、



35、



36、



37、系统特征方程之所以含有纯滞后环节,是因为系统的反馈通道中含有纯滞后环节,如果能把纯滞后环节置于反馈通道之外,则系统的稳定性将得到根本性的改善,这就是_______期望的反馈回路配置。



38、



39、



40、



41、



第四章 数字控制器的模拟化设计方法 单元作业

1、



2、



3、对具有大的纯滞后被控对象,采用常规的PID控制算法会产生什么现象?



4、



5、减小或消除系统的稳态误差有哪些方法,试分析之。



第五章 数字控制器的直接设计方法

第五章 数字控制器的直接设计方法 测验

1、若在设计控制器时被控对象不稳定的极点被控制器不稳定的零点对消了,则( )
    A、控制系统的输出达到稳态时,将与输入存在较大的偏差。
    B、控制器的输出将发散,导致控制系统不稳定。
    C、控制系统的输出波动较大,不能快速的跟踪系统的输入。
    D、被控对象的模型参数一旦变化时,控制系统输出将发散。



2、若在设计控制器时被控对象不稳定的零点被控制器不稳定的极点对消了,则( )
    A、控制系统的输出波动较大,不能快速的跟踪系统的输入。
    B、被控对象的模型参数一旦变化时,控制系统输出将发散。
    C、控制器的输出将发散,导致控制系统不稳定。
    D、控制系统的输出达到稳态时,将与输入存在较大的偏差。



3、若控制器D(z)在物理上能够实现则必须满足哪项条件( )
    A、分母多项式最高阶次n大于或等于分子多项式的最高阶次m,即n≥m。
    B、分母多项式最高阶次n大于分子多项式的最高阶次m,即n>m。
    C、分母多项式最高阶次n小于或等于分子多项式的最高阶次m,即n≤m。
    D、分母多项式最高阶次n小于分子多项式的最高阶次m,即n



4、已知消除或者削弱“振铃”现象的方法之一是合理选择给定的闭环系统传递函数模型中的时间常数和系统的采样周期,但该方法并不完美,有以下特性( )
    A、该方法能消除振铃现象,但是改变了控制器的结构,引起系统动态性能的变化。
    B、该方法不改变系统的动态性能,但是不能消除振铃现象。
    C、该方法既改变了系统的动态性能,而且不能消除振铃现象。
    D、该方法能消除振铃现象,且不影响动态响应指标。



5、已知消除或者削弱“振铃”现象的方法之一是找出控制器模型中的振铃因子,并令其中的z=1,使该振铃因子式变成一个常值项,但该方法存在以下问题( )
    A、该方法既改变了系统的动态性能,而且不能消除振铃现象。
    B、该方法不改变系统的动态性能,但是不能消除振铃现象。
    C、该方法能消除振铃现象,但是改变了控制器的结构,引起系统动态性能的变化。
    D、该方法能消除振铃现象,且不影响动态响应指标。



6、若在设计控制器时被控对象不稳定的极点被控制器不稳定的零点对消了,则( )
    A、被控对象的模型参数一旦变化时,控制系统输出将发散。
    B、控制器的输出将发散,导致控制系统不稳定。
    C、控制系统的输出波动较大,不能快速的跟踪系统的输入。
    D、控制系统的输出达到稳态时,将与输入存在较大的偏差。



7、若在设计控制器时被控对象不稳定的零点被控制器不稳定的极点对消了,则( )
    A、控制系统的输出达到稳态时,将与输入存在较大的偏差。
    B、被控对象的模型参数一旦变化时,控制系统输出将发散。
    C、控制系统的输出波动较大,不能快速的跟踪系统的输入。
    D、控制器的输出将发散,导致控制系统不稳定。



8、
    A、可能会,可能不会
    B、不会
    C、会
    D、已有条件无法判断



9、以下哪个是“阻尼因子法”带来的影响( )
    A、系统输出响应的过渡过程时间将会有一定程度的增加。
    B、整个系统的输出响应特性显得比较平稳。
    C、系统对不同输入信号的适应性也会有所改善。
    D、系统的输出达到稳态时,与输入之间的偏差将减小。



10、“有限拍控制”有哪些特性( )
    A、有限拍控制系统的输出响应比最小拍控制系统的慢。
    B、有限拍控制系统可以降低系统对模型参数变化的敏感性。
    C、有限拍控制系统可以解决最小拍控制器中初始控制量过大的问题。
    D、有限拍控制系统可以改善系统的稳定性。



11、最小拍系统的性能指标要求 ( )
    A、无稳态偏差。
    B、达到稳态所需拍数(采样周期数)为最少。
    C、系统的超调量最小。
    D、系统的稳定性最好。



12、.最小拍系统有哪些不足之处( )
    A、最小拍控制系统抗干扰性差。
    B、最小拍控制系统对各种典型输入函数的适应性差。
    C、最小拍控制系统对被控对象的模型参数变化敏感。
    D、最小拍控制系统的输出在采样点之间可能存在纹波。



13、振铃现象与以下哪些因素有关( )
    A、被控对象的特性。
    B、闭环时间常数。
    C、采样周期。
    D、纯滞后时间的大小。



14、1.控制器的可实现性就是指设计得到的数字控制器D(z),在物理逻辑上必须满足因果关系。



15、1.假如控制器D(z)分母多项式最高阶次n大于或等于分子多项式的最高阶次m。那么就会出现要求数字控制器有超前输出,这是无法实现的。



16、闭环系统的稳定性是指由计算机作为数字控制器的闭环控制系统,必须是稳定的。



17、“纹波”现象是指当控制系统到达稳态后,控制器的输出在采样点之间围绕参考输入波动的现象。



18、造成纹波现象的原因是:控制系统到达稳态后,控制器的输出不稳定,仍然呈现出一种衰减震荡的现象。



19、阻尼因子法的基本思路是:在最小拍控制系统设计的基础上,通过在系统的闭环脉冲传递函数中,引入附加的零点因子,又称为阻尼因子,使系统输出偏差不立即为0,而是呈现一定的阻尼衰减特性,逐渐归0。



20、“振铃”现象指数字控制器的输出以1/4采样频率大幅度衰减振荡的现象。



21、解决“分数时滞”方法是通过合理选择给定的闭环系统的时间常数与系统采样周期,保证闭环系统的稳定性。



22、改进最小拍控制可以针对“纹波”现象的工程化改进,即设计最小拍无纹波控制器。其方法是将控制器所有的极点都放置在被控对象的零点当中。



23、改进最小拍控制可以针对输入信号类型敏感问题的改进。其方法是在期望的闭环系统传递函数模型中增加“阻尼因子”极点。



24、PID控制器可以改善系统的大滞后特性,是因为其中“微分环节的预测”。



25、Smith预估算法和大林算法对大滞后控制系统效果显著,但大林算法只针对一阶惯性环节加纯滞后或二阶惯性环节加纯滞后的对象,而Smith预估算法则没有这种限制,因此其应用范围更广泛。



26、数字控制器的直接设计方法就是将连续的控制对象及其零阶保持器用适当的方法离散化后,系统完全变成离散系统,用离散系统的设计方法直接在z域进行控制器的设计。



27、



28、Smith预估控制原理是:与调节器并接一补偿环节,用来补偿被控对象中纯滞后部分。采用Smith预估控制后,系统的特征方程中纯滞后项消失,因此有效地解决了纯滞后系统的稳态偏差问题。



29、计算机控制系统的稳定性包含两方面的含义具体是指系统的输出和_____的输出不能发散,并且控制器应以较少的振荡次数驱动系统的输出复现控制系统的输入。



30、解决“波纹”问题可以在被控对象模型中包含足够多积分环节的前提下,将被控对象所有的零点都放在在给定的_________________的零点因子式中,从而使系统达到稳态后使控制器的输出为常值。



31、大林算法控制器设计时,给定闭环系统传递函数模型离散化时加入零阶保持器,能够保证离散前后的________________相等,但是不加零阶保持器,只能保证离散前后的闭环系统的脉冲响应相等。



32、课程中的“分数时滞”问题是指:按照经典大林算法所设计的控制器模型,是基于纯滞后时间是______________的前提条件的;当被控对象的纯滞后时间发生变化,是采样周期的非整数倍时,整个闭环系统的稳定性将会变差。



33、课程中的“分数时滞”问题是指:按照经典大林算法所设计的控制器模型,是基于纯滞后时间是采样周期整数倍的前提条件的;当被控对象的纯滞后时间发生变化,是采样周期的非整数倍时,整个闭环系统的______将会变差。



34、6.分数时滞影响系统稳定性的原因在于________________是分数时滞的函数,分数时滞的变化将会使闭环系统特征根的位置发生变动,从而影响了系统的稳定性能。



35、控制器设计中“零极点不能对消”其一是指被控对象的不稳定零点不能用控制器的_______对消。



36、控制器设计中“零极点不能对消”其一是指被控对象的不稳定零点不能用控制器的_______对消。



37、控制器设计中“零极点不能对消”其一是指被控对象的不稳定极点不能用控制器的_______对消。



38、要使系统在稳态过程中无纹波,就要求稳态时的控制信号为_______。



39、为使最小拍控制系统能够对不同类型的输入信号具有适应性,可以采用____________法。



40、为解决最小拍控制系统对被控对象的模型参数变化敏感的问题。可以采用__________________,对最小拍控制系统作相应的改进。



41、



42、Smith预估控制原理是:与调节器并接一补偿环节,用来补偿被控对象中________________。



43、稳定性是系统的一种固有特性,它与初始条件和外部作用的大小______。



第五章 数字控制器的直接设计方法 作业

1、直接数字控制器设计中,是否允许数字控制器有在单位圆外的极点?为什么?



2、最小拍控制的工程化改进有哪些方法?这些方法的共性为何?试分析之。



3、试分析PID控制器、Smith预估控制器和大林算法之间的相互关系。



4、分析分数时滞情况下大林算法的振铃现象。



第六章 基于状态空间模型的极点配置设计方法

第六章 基于状态空间模型的极点配置设计方法 测验

1、
    A、
    B、
    C、
    D、



2、
    A、L=[3.688 2.257]
    B、L=[2.257 3.688]
    C、L=[3.688 6.257]
    D、L=[7.688 2.257]



3、
    A、L=[12 5.6]
    B、L=[8 7.6]
    C、L=[10 5.6]
    D、L=[8 5.6]



4、以下对降阶观测器说法正确的是?( )
    A、根据输出量重构出全部状态
    B、观测器阶数等于状态的个数
    C、在系统无测量噪声的条件下,可以直接使用
    D、不需要被控对象数学模型



5、
    A、
    B、
    C、
    D、



6、
    A、
    B、
    C、
    D、



7、
    A、L=[3.257 3.688]
    B、L=[2.257 3.688]
    C、L=[2.257 3.988]
    D、L=[2.257 6.688]



8、
    A、L=[11 5.6]
    B、L=[8 1.6]
    C、L=[18 5.6]
    D、L=[8 5.6]



9、
    A、K=1
    B、K=7
    C、K=10
    D、K=30



10、建立离散系统的状态空间模型有何途径?( )
    A、由连续系统状态空间模型求取
    B、由状态转移矩阵求取
    C、由脉冲传递函数求取
    D、由差分方程求取



11、以下对开环观测器说法正确的是?( )
    A、系统本身不稳定时无法使用
    B、估计状态逼近真实状态的速度无法调整
    C、观测器极点的引入通常将使系统性能变差
    D、只利用输入量及模型参数进行预报,而没有利用可以测量到的输出量来进行修正



12、关于随动系统控制器的设计思路正确的是?( )
    A、设计调节系统控制器:控制规律和观测器
    B、通过时域分析法设计PID参数
    C、设计恰当的采样周期,防止系统不稳定
    D、在调节系统控制器中以适当的方式引入参考输入,构成随动系统控制器。其中适当的方式是指:调节系统与随动系统的闭环系统特征方程相同。



13、观测器的类型有哪些?( )
    A、预报观测器
    B、现时观测器
    C、降阶观测器
    D、闭环观测器



14、根据给定的闭环系统极点得到性能期望的特征方程,再根据闭环系统的结构推导得到实际的闭环系统特征方程,脉冲传递函数模型,然后令二者恒等,即可实现极点配置的目的。( )



15、输出反馈可以实现闭环极点的任意配置,而状态反馈不能。( )



16、系统的能控性和能观性是系统的一种内在行为,分别反映系统控制作用和系统状态以及系统输出量之间的特征关系,都是由系统本身的结构和参数决定的。( )



17、一个能控能观的连续系统,如果采样周期较长,其对应的离散系统可能不稳定。( )



18、一般来说,差分方程与脉冲传递函数是一一对应的关系,而二者与连续状态空间模型不一一对应;一种形式的连续系统状态空间模型,可以有无数种形式的离散状态空间模型与之对应。( )



19、对于全阶观测器,若计算时间与采用周期处于同一数量级,则选用现时观测器,否则选用预报观测器。( )



20、闭环系统的性能主要取决于控制极点,亦即控制极点应是闭环系统的主导极点;而观测器极点的引入通常将使系统性能变差。( )



21、



22、



23、系统通过闭环反馈能够任意配置极点的充要条件是被控对象完全能控。( )



24、



25、



26、



27、系统通过闭环反馈能够任意配置极点的充要条件是被控对象完全能控。( )



28、分离性原理:调节系统控制器包括__________和状态观测器两部分,二者可以分开设计,合起来使用,闭环系统的稳定性不变。



29、分离性原理:调节系统控制器包括控制规律和__________两部分,二者可以分开设计,合起来使用,闭环系统的稳定性不变。



30、



31、



32、采样周期较短,需要对系统全状态信息进行观测时使用__________。



33、



34、如果所测量的输出量便是其中的一部分状态,那么自然会想到,对于这些能量测的状态便没有必要再对它进行重构。因而只要根据能量测的部分状态重构出其余不能量测的状态,也即只需要构造_________来完成这个任务。



35、



36、



第六章 基于状态空间模型的极点配置设计方法 作业

1、简述能控性与能观性的概念。



2、试证明:系统通过闭环反馈能够任意配置极点的充要条件是被控对象完全能控。



3、观测器的类型有哪些?如何选择?



4、什么是分离性原理?有何意义?



期末考试

1、零阶保持器的幅频特性表达式为
    A、
    B、
    C、
    D、



2、香农采样定理就是如果一个连续信号不包含高于频率 的频率分量,那么就完全可以用周期__________的均匀采样值来描述。
    A、
    B、
    C、
    D、



3、
    A、
    B、
    C、
    D、



4、
    A、
    B、
    C、
    D、



5、
    A、
    B、
    C、
    D、



6、
    A、
    B、
    C、
    D、



7、
    A、
    B、
    C、
    D、



8、
    A、
    B、
    C、
    D、



9、
    A、
    B、
    C、
    D、



10、在合理选择A/D、D/A等环节的基础上,只要选择_________采样周期T,计算机控制系统就可以近视为连续系统, 计算机控制系统的设计就可以引用连续控制系统的设计方法,设计出模拟控制器D(s)后,对其进行离散化得到数字控制器D(z),由计算机实现数字控制器D(z)。
    A、足够小的
    B、足够大的
    C、适中的
    D、随意的



11、
    A、
    B、
    C、
    D、



12、
    A、
    B、
    C、
    D、



13、
    A、
    B、
    C、
    D、



14、
    A、
    B、
    C、
    D、



15、若在设计控制器时被控对象不稳定的极点被控制器不稳定的零点对消了,则( )
    A、被控对象的模型参数一旦变化时,控制系统输出将发散。
    B、控制系统的输出达到稳态时,将与输入存在较大的偏差。
    C、控制器的输出将发散,导致控制系统不稳定。
    D、控制系统的输出波动较大,不能快速的跟踪系统的输入。



16、若在设计控制器时被控对象不稳定的零点被控制器不稳定的极点对消了,则( )
    A、控制器的输出将发散,导致控制系统不稳定。
    B、被控对象的模型参数一旦变化时,控制系统输出将发散。
    C、控制系统的输出波动较大,不能快速的跟踪系统的输入。
    D、控制系统的输出达到稳态时,将与输入存在较大的偏差。



17、若控制器D(z)在物理上能够实现则必须满足哪项条件( )
    A、分母多项式最高阶次n大于或等于分子多项式的最高阶次m,即n≥m。
    B、分母多项式最高阶次n大于分子多项式的最高阶次m,即n>m。
    C、分母多项式最高阶次n小于或等于分子多项式的最高阶次m,即n≤m。
    D、分母多项式最高阶次n小于分子多项式的最高阶次m,即n



18、已知消除或者削弱“振铃”现象的方法之一是合理选择给定的闭环系统传递函数模型中的时间常数和系统的采样周期,但该方法并不完美,有以下特性( )
    A、该方法不改变系统的动态性能,但是不能消除振铃现象。
    B、该方法能消除振铃现象,但是改变了控制器的结构,引起系统动态性能的变化。
    C、该方法既改变了系统的动态性能,而且不能消除振铃现象。
    D、该方法能消除振铃现象,且不影响动态响应指标。



19、已知消除或者削弱“振铃”现象的方法之一是找出控制器模型中的振铃因子,并令其中的z=1,使该振铃因子式变成一个常值项,但该方法存在以下问题( )
    A、该方法能消除振铃现象,但是改变了控制器的结构,引起系统动态性能的变化
    B、该方法既改变了系统的动态性能,而且不能消除振铃现象。
    C、该方法不改变系统的动态性能,但是不能消除振铃现象。
    D、该方法能消除振铃现象,且不影响动态响应指标。



20、
    A、会
    B、可能会,可能不会
    C、不会
    D、已有条件无法判断



21、
    A、
    B、
    C、
    D、



22、
    A、L=[2.257 3.688]
    B、L=[3.688 2.257]
    C、L=[3.688 6.257]
    D、L=[7.688 2.257]



23、
    A、L=[8 5.6]
    B、L=[12 5.6]
    C、L=[8 7.6]
    D、L=[10 5.6]



24、以下对降阶观测器说法正确的是?( )
    A、在系统无测量噪声的条件下,可以直接使用
    B、根据输出量重构出全部状态
    C、观测器阶数等于状态的个数
    D、不需要被控对象数学模型



25、
    A、
    B、
    C、
    D、



26、
    A、
    B、
    C、
    D、



27、
    A、L=[2.257 3.688]
    B、L=[3.257 3.688]
    C、L=[2.257 3.988]
    D、L=[2.257 6.688]



28、
    A、K=10
    B、K=19
    C、K=1
    D、K=40



29、计算机控制系统的主要特点是
    A、结构混合
    B、信号混合
    C、结构唯一
    D、信号唯一



30、计算机控制系统的性能指标主要有
    A、稳定性
    B、稳态指标
    C、动态指标
    D、综合指标等



31、计算机控制系统的基本类型有哪些
    A、计算机监督控制系统
    B、集中式计算机控制系统
    C、集散控制系统
    D、总线控制系统



32、A/D输入通道的实现方式有( )
    A、查询方式
    B、中断方式
    C、DMA方式
    D、DAM方式



33、系统常规的性能指标有( )
    A、稳定性指标
    B、稳态指标
    C、暂态指标
    D、系统的抗干扰指标



34、判断连续系统稳定的频率域方法有( )
    A、奈奎斯特判据
    B、波特图法
    C、劳斯判据
    D、根轨迹方法



35、系统暂态主能指标包括( )
    A、调节时间
    B、上升时间
    C、峰值时间
    D、阻尼比



36、减小或消除系统的稳态误差方法有( )
    A、增大系统开环增益或扰动作用点之前系统的前向通道增益。
    B、在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节。
    C、采用串级控制抑制内回路扰动
    D、采用反馈补偿法。



37、数字PID各参数对系统性能的影响下面叙述正确的有( )
    A、对系统静态性能的影响:在系统稳定的情况下,Kp增加,稳态误差减小,进而提高控制精度。
    B、对系统动态性能的影响:Kp增加,系统反应速度加快;如果Kp偏大,系统输出振荡次数增多,调节时间加长;Kp过大将导致系统不稳定
    C、对系统动态性能的影响:选择合适的Td将使系统的超调量减小,调节时间缩短,允许加大比例控制;但若Td过大或过小都会适得其反。
    D、对系统动态性能的影响:若Ti太小,系统将不稳定;若Ti太大,对系统动态性能影响减小。对系统动态性能的影响:若Ti太小,系统将不稳定;若Ti太大,对系统动态性能影响减小。



38、
    A、
    B、
    C、
    D、



39、数字控制器的离散化方法有 ( )
    A、z变换法
    B、双线性变换法
    C、差分变换法
    D、零极点匹配法



40、消除积分饱和一般采用( )
    A、积分分离法
    B、遇限消弱积分法
    C、饱和停止积分法
    D、反馈抑制积分法



41、以下哪个是“阻尼因子法”带来的影响( )
    A、系统输出响应的过渡过程时间将会有一定程度的增加。
    B、整个系统的输出响应特性显得比较平稳。
    C、系统对不同输入信号的适应性也会有所改善。
    D、系统的输出达到稳态时,与输入之间的偏差将减小



42、“有限拍控制”有哪些特性( )
    A、有限拍控制系统的输出响应比最小拍控制系统的慢。
    B、有限拍控制系统可以解决最小拍控制器中初始控制量过大的问题。
    C、有限拍控制系统可以降低系统对模型参数变化的敏感性。
    D、有限拍控制系统可以改善系统的稳定性。



43、最小拍系统的性能指标要求 ( )
    A、无稳态偏差。
    B、达到稳态所需拍数(采样周期数)为最少。
    C、系统的超调量最小。
    D、系统的稳定性最好。



44、最小拍系统有哪些不足之处( )
    A、最小拍控制系统对各种典型输入函数的适应性差。
    B、最小拍控制系统对被控对象的模型参数变化敏感。
    C、最小拍控制系统的输出在采样点之间可能存在纹波。
    D、最小拍控制系统抗干扰性差。



45、振铃现象与以下哪些因素有关( )
    A、被控对象的特性。
    B、闭环时间常数。
    C、采样周期。
    D、纯滞后时间的大小



46、建立离散系统的状态空间模型有何途径?( )
    A、由连续系统状态空间模型求取
    B、脉冲传递函数求取
    C、由差分方程求取
    D、由状态转移矩阵求取



47、以下对开环观测器说法正确的是?( )
    A、系统本身不稳定时无法使用
    B、估计状态逼近真实状态的速度无法调整
    C、观测器极点的引入通常将使系统性能变差
    D、只利用输入量及模型参数进行预报,而没有利用可以测量到的输出量来进行修正



48、关于随动系统控制器的设计思路正确的是?( )
    A、设计调节系统控制器:控制规律和观测器
    B、在调节系统控制器中以适当的方式引入参考输入,构成随动系统控制器。其中适当的方式是指:调节系统与随动系统的闭环系统特征方程相同。
    C、通过时域分析法设计PID参数
    D、设计恰当的采样周期,防止系统不稳定



49、观测器的类型有哪些?( )
    A、现时观测器
    B、预报观测器
    C、降阶观测器
    D、闭环观测器



50、计算机控制系统就是由模拟器件参与并作为核心环节的自动控制系统,即应用模拟器件参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系,以获得一定控制目的而构成的系统。



51、计算机控制系统主要从信号变换、对象建模与性能分析、控制算法设计、控制系统仿真、控制系统实现等5个方面系统讲述计算机控制系统分析和设计的基本理论和方法。



52、计算机控制实验的基本要求是对课本中所涉及的计算机控制系统的相关理论进行仿真和控制实验研究,包括基础型实验,扩展型实验和研究型实验。



53、分级控制系统由现场总线控制、计算机监督控制、直接数字控制三级组成。



54、直接数字控制系统DDC把显示、打印、报警和设定值的设定等功能都集中到操作控制台上,实现集中监督和控制,给操作人员带来了极大的方便,且DDC对计算机可靠性要求不高,使用成本低廉。



55、根据输入模拟信号的动态范围可以选择A/D转换器位数。( )



56、D/A转换器的字长可以由计算机控制系统中D/A转换器后面的执行机构的动态范围来选定。( )



57、保持器是指将模拟信号转换为数字信号的装置,具体指A/D环节,实际上相当于一个低通滤波器。( )



58、一阶保持器结构简单,对输入信号有较好复现能力,所以在实际系统中,经常采样一阶保持器。( )



59、对于惯性大,反应慢的生产过程,采样周期T要选长一些,不宜调节过于频繁。( )



60、在进行计算机控制系统的分析和设计时,我们往往不仅关心系统在采样点上的输入和输出关系,还要求关心采样点之间的输入、输出关系,为了达到这个目的,必须对z变换作适当的扩展或改进,即为扩展z变换。( )



61、一个系统稳定是指该系统在平衡状态下,受到外部扰动作用而偏离平衡状态,当扰动消失后,经过一段时间,系统不能够回到原来的平衡状态。



62、线性系统的稳定性是由系统本身固有的特性决定的,而与系统外部输入信号的有无和强弱有关。



63、



64、



65、稳态误差与系统的结构和参考输入无关。



66、系统的暂态性能主要由闭环脉冲传递函数的极点在z平面单位圆上和内、外不同位置决定的。



67、



68、



69、数字控制器的模拟化设计方法是指利用我们比较熟悉并且积累了丰富经验的各种模拟系统设计方法(也称连续域设计方法)设计出令人满意的模拟控制器,然后将其离散化成数字控制器。



70、离散化设计(直接设计)方法是指首先直接在离散域设计数字控制器,然后把模拟被控对象等连续部分离散化。



71、许多控制系统在开始启动、停车或较大幅度改变给定信号时,控制器的输入端都会产生较大的偏差(系统的给定和输出信号之间的偏差),如果采用PID控制器,则PID控制算法中积分项经过短时间的积累就将使控制量变得很大甚至达到饱和(执行机构达到机械极限),这时的控制系统处于一种非线性状态,不能根据控制器输入偏差的变化按预期控制规律来正确地改变控制量。



72、Smith预估控制方案对模型的误差十分敏感,如果构建的模型存在误差,则系统的特征方程中应将存在纯滞后作用,因此纯滞后对系统动态性能的影响依然存在;同时,没有考虑系统中可能出现的各种扰动对系统性能的影响,实际上即使构造的模型是准确的,但扰动对系统造成的影响依然存在,这是必须考虑的问题。



73、在合理选择A/D、D/A等环节的基础上,不需要选择足够小的采样周期T,计算机控制系统就可以近似为连续系统。



74、离散化方法都必须遵循的基本原则是保证离散化后的数字控制器与原模拟控制器具有相同或相近的动态特性和频率特性。



75、



76、



77、比例控制的作用,通过加大比例增益可以增加系统动态响应速度,减小系统稳态相应误差。



78、积分控制作用可以完全消除系统稳态误差 。



79、微分控制作用,是与偏差变化速度成比例,能够预测偏差的变化,产生超前控制作用,以阻止偏差的变化,因而能够改善系统动态性能。



80、当系统在强扰动作用下,或给定输入作阶跃变化时,系统输出往往产生较大的超调和长时间的振荡。采用积分分离方法,既可以发挥积分作用消除系统残差的功能,又能有效地降低积分作用对系统动态性能的有害影响。



81、频率混迭将使数字控制器的频率响应与模拟控制器的频率响应的近似性变差,因此,尽管z变换法看起来严格且简单,但并不实用。



82、控制器的可实现性就是指设计得到的数字控制器D(z),在物理逻辑上必须满足因果关系。



83、假如控制器D(z)分母多项式最高阶次n大于或等于分子多项式的最高阶次m。那么就会出现要求数字控制器有超前输出,这是无法实现的。



84、闭环系统的稳定性是指由计算机作为数字控制器的闭环控制系统,必须是稳定的。



85、“纹波”现象是指当控制系统到达稳态后,控制器的输出在采样点之间围绕参考输入波动的现象。



86、造成纹波现象的原因是:控制系统到达稳态后,控制器的输出不稳定,仍然呈现出一种衰减震荡的现象。



87、“振铃”现象指数字控制器的输出以1/4采样频率大幅度衰减振荡的现象。



88、改进最小拍控制可以针对“纹波”现象的工程化改进,即设计最小拍无纹波控制器。其方法是将控制器所有的极点都放置在被控对象的零点当中。



89、改进最小拍控制可以针对输入信号类型敏感问题的改进。其方法是在期望的闭环系统传递函数模型中增加“阻尼因子”极点。



90、Smith预估算法和大林算法对大滞后控制系统效果显著,但大林算法只针对一阶惯性环节加纯滞后或二阶惯性环节加纯滞后的对象,而Smith预估算法则没有这种限制,因此其应用范围更广泛。



91、



92、Smith预估控制原理是:与调节器并接一补偿环节,用来补偿被控对象中纯滞后部分。采用Smith预估控制后,系统的特征方程中纯滞后项消失,因此有效地解决了纯滞后系统的稳态偏差问题。



93、根据给定的闭环系统极点得到性能期望的特征方程,再根据闭环系统的结构推导得到实际的闭环系统特征方程,脉冲传递函数模型,然后令二者恒等,即可实现极点配置的目的。( )



94、输出反馈可以实现闭环极点的任意配置,而状态反馈不能。( )



95、系统的能控性和能观性是系统的一种内在行为,分别反映系统控制作用和系统状态以及系统输出量之间的特征关系,都是由系统本身的结构和参数决定的。( )



96、一个能控能观的连续系统,如果采样周期较长,其对应的离散系统可能不稳定。( )



97、一般来说,差分方程与脉冲传递函数是一一对应的关系,而二者与连续状态空间模型不一一对应;一种形式的连续系统状态空间模型,可以有无数种形式的离散状态空间模型与之对应。( )



98、对于全阶观测器,若计算时间与采用周期处于同一数量级,则选用现时观测器,否则选用预报观测器。( )



99、闭环系统的性能主要取决于控制极点,亦即控制极点应是闭环系统的主导极点;而观测器极点的引入通常将使系统性能变差。( )



100、



101、



102、系统通过闭环反馈能够任意配置极点的充要条件是被控对象完全能控。( )



103、



104、



105、系统通过闭环反馈能够任意配置极点的充要条件是被控对象完全能控。( )



106、计算机控制系统中典型的被控对象类型有快过程和慢过程两种,电机调速运动控制系统是( ),炉温控制系统是慢过程。



107、计算机控制系统中典型的被控对象类型有快过程和慢过程两种,电机调速运动控制系统是快过程,炉温控制系统是( )。



108、计算机控制系统典型结构由( )、D/A转换器、执行机构和被控对象、数字控制器、采样开关和A/D转换环节等组成。



109、将采样时刻的信号幅值按最小量化单位取整的过程称为( ),其单位越小,采样时刻信号的幅值与变换成的有限位数的二进制数码的差异也越小。



110、A/D的转换速率与A/D转换器的__________有关。



111、样信号各频谱分量的互相交叠,称为________。



112、Z变换的方法包括:级数求和法,________,留数法。



113、对于一些快速系统,如直流调速系统、随动系统,要求响应快,抗干扰能力强,采样周期可以根据_________指标来选择。



114、从幅频特性来看,零阶保持器具有_________特性。从相频特性来看,零阶保持器增加了滞后相位移。



115、一阶保持器的幅频特性比零阶保持器的要_________。(高/低)



116、系统的类型的作用:系统的类型数将决定系统有无_______。



117、_______指系统过渡过程结束到达稳态以后,系统参考输入与系统输出之间的偏差。



118、



119、



120、



121、



122、



123、



124、



125、



126、



127、



128、



129、计算机控制系统的稳定性包含两方面的含义具体是指系统的输出和_____的输出不能发散,并且控制器应以较少的振荡次数驱动系统的输出复现控制系统的输入。



130、解决“波纹”问题可以在被控对象模型中包含足够多积分环节的前提下,将被控对象所有的零点都放在在给定的_________________的零点因子式中,从而使系统达到稳态后使控制器的输出为常值。



131、大林算法控制器设计时,给定闭环系统传递函数模型离散化时加入零阶保持器,能够保证离散前后的________________相等,但是不加零阶保持器,只能保证离散前后的闭环系统的脉冲响应相等。



132、课程中的“分数时滞”问题是指:按照经典大林算法所设计的控制器模型,是基于纯滞后时间是采样周期整数倍的前提条件的;当被控对象的纯滞后时间发生变化,是采样周期的非整数倍时,整个闭环系统的______将会变差。



133、控制器设计中“零极点不能对消”其一是指被控对象的不稳定零点不能用控制器的_______对消。



134、控制器设计中“零极点不能对消”其一是指被控对象的不稳定极点不能用控制器的_______对消。



135、为使最小拍控制系统能够对不同类型的输入信号具有适应性,可以采用____________法。



136、为解决最小拍控制系统对被控对象的模型参数变化敏感的问题。可以采用__________________,对最小拍控制系统作相应的改进。



137、Smith预估控制原理是:与调节器并接一补偿环节,用来补偿被控对象中________________。



138、稳定性是系统的一种固有特性,它与初始条件和外部作用的大小______



139、分离性原理:调节系统控制器包括__________和状态观测器两部分,二者可以分开设计,合起来使用,闭环系统的稳定性不变。



140、分离性原理:调节系统控制器包括控制规律和__________两部分,二者可以分开设计,合起来使用,闭环系统的稳定性不变。



141、



142、采样周期较短,需要对系统全状态信息进行观测时使用__________。



143、



144、如果所测量的输出量便是其中的一部分状态,那么自然会想到,对于这些能量测的状态便没有必要再对它进行重构。因而只要根据能量测的部分状态重构出其余不能量测的状态,也即只需要构造_________来完成这个任务。



145、



146、



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