第一章概述

2、控制的本質是什么？

［指導信息］:參見1.L2自動控制中的基本問題。

控制過程本質上是一系列的信息過程，如信息獲取、信息傳輸、信息加工、信息施效等。

控制系統中的目標信息、被控對象的初始信息、被控對象和環境的反饋信息、指令信息、執

行信息等，通常由電子或者機械的信號來表示。

3、白動特制中有啷些基本向顧？

［指導信息］:參見1.1.2自動控制中的基本問題。

自動控制中的基本問題包括：自動控制系統的結構、過程、目標和品質等。

結構包括組成及其關系兩個部份；控制過程主要為一系列的信息過程，如信息獲取、信

息傳輸、信息加工、信息施效等；目標規則體現了系統的功能；控制品質即為控制的質量，

可通過系統的性能指標來評價。

6、一個典型的計算機控制系統由哪些部份組成？它們的關系如何？

［指導信息］:參見L2.1計算機控制系統的結構。

計算機系統分為硬件系統和軟件系統，硬件系統包括計算機、輸入輸出接口、過程通道(

輸入通道和輸出通道)、外部設備(交互設備和通信設備等)，軟件系統包括系統軟件和應用

軟件，其中計算機系統作為控制單元，見圖16所示。

計算機系統

設計人m交互輸入反饋

管理人設備

輸

入

輸通道單元

員操作人

出

出

轍

輸被控

口

接

計算機匚

接對象

通信輸出執行

其他系統

設備通道單元

、外圍設缶?||［過程通道

軟件系統

(系統軟件+應用軟件)

典型計算機控制系統的結構框用

7、計算機種制系統有啷些分類？試比較DDC、$CC、DC*和FCS的冬白持點.

［指導信息］:參見1.2.2計算機控制系統的分類。

分類方法有：按系統結構的分類、按控制器與被控對象的關系分類、按計算機在控制系

統中的地位和工作方式分類、按控制規律分類。

其中DDC(DirectDigitalControl)>SCC(SupervisoryComputerControl)>

DCS(DistributedControlSystem)和FCS(FieldbusControlSystem)是按計算機在控制系統中

的地位和工作方式來分類的。

DDC中的計算機直接承擔現場的檢測、運算、控制任務，相當于“一線員工”。

SCC系統中的SCC計算機主要完成監督控制，指揮下級DDC計算機完成現場的控制，

相當于“車間主任''或者“線長

DCS由多臺分布在不同物理位置的計算機為基礎，以“分散控制、集中操作、分級管理”為

原則而構建的控制系統，DCS中的計算機充當各個部門的“管理人員”，如過程管理、生產管

理、經營管理等職能。

FCS是建立在網絡基礎上的高級分布式控制系統。在FCS中，控制器、智能傳感器和執

行器、交互設備、通信設備都含有計算機，并通過現場總線相連接。這些計算機的功能不僅

僅在于對普通信息處理，而是更強調計算機的信息交換功能。

8、試通過實例來說明不同控制規律的特征。

［指導信息工參見1.2.2計算機控制系統的分類。

不同控制規律分類有恒值控制、隨動控制、PID控制、順序控制、程序控制、含糊控制、最

優控制、自適應控制、自學習控制等。

恒值控制：控制目標是系統的輸出根據輸入的給定值保持不變，輸入通常是在某一時間

范圍內恒定不變或者變化不大的摹擬量。如恒溫爐的溫度控制，供水系統的水壓控制，傳動

機構的速度控制。

隨動控制：控制目標是要求系統的輸出跟蹤輸入而變化，而輸入的值通常是隨機變化的

摹擬量，往往不能預測。如自動導航系統、自動駕駛系統、陽光自動跟蹤系統、雷達天線

的控制等。

PID控制：根據給定值與輸出值之間偏差的比例（P）、積分⑴、微分（D）進行的反饋控制,

是工業上合用面較廣、歷史較長、目前仍得到廣泛應用的控制規律。許多連續變化的物理

量如溫度、流量、壓力、水位、速度等的控制，都可采用PID控制。許多恒值控制和某些隨

動控制也可采用PID規律來實現。

順序控制：根據給定的動作序列、狀態和時間要求而進行的控制。如交通信號燈的挖制、

電梯升降的控制、自動包裝機、自動流水線的控制。

程序控制（數值控制、數字控制）：指根據預先給定的運動軌跡來控制部件行動。如線

切割機的控制、電腦繡花機的控制。

含糊控制：基「含糊集合和含糊運算，采用語言規則表示法進行的控制。在許多家用電

器（電飯煲、洗衣機等）、工業過程控制等領域得到了越來越多的應用。

最優控制（最佳控制）：使系統的某些指標達到最優，而這些指標往往不能直接測量，

如時間、能耗等。

自適應控制：在工作條件改變的情況下，仍能使控制系統對被控對象的控制處于最佳狀

態。它需要隨時檢測系統的環境和工作狀況，并可隨時修正當前算法的一些參數，以適應環

境和工作狀況的改變。

自學習控制：能夠根據運行結果積累經驗，自行改變和完善控制的算法，使控制品質愈

來愈好。它有一個積累經驗和主動學習的過程，可以適時地調整算法的結構和參數，以不斷

地提高自身算法質量。

第二章計算機控制系統的理論基礎

3、什么是連續系統的傳遞函數？什么是離散系統的脈沖傳遞函數？它們有什么實用意義？

［指導信息］:參見2.1.5用傳遞函數表示的系統模型，2.3.6脈沖傳遞函數。

連續系統的傳遞函數定義為零初始條件下系統輸出y⑴的拉氏變換與輸入r（t）的拉氏

G（S）/⑸

變換之比，即：R（s）

H⑵=丫⑵

離散系統的脈沖傳遞函數（也稱Z傳遞函數）可定義為：R（z）

其中，Y⑵為系統輸出序列y（k）的Z變換，R⑵為輸入序列麻）的Z變換。

傳遞函數或者脈沖傳遞函數都反映了系統固有木質屬性，它與系統本身的結構和特征參

數

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有關，而與輸入量無關。利用傳遞函數的表達式就能分析出系統的特性，如稔定性、動態特

性、靜態特性等；利用傳遞函數可通過求解方程代數而不是求解微分方程，就可求出零初始

條件下的系統響應。

特殊指出，通過實驗的方法，求出離散系統的脈沖傳遞函數更為方便有效。

鼠畫出狀態空間模型框圖.寫出輸出方程和狀態方程表達式.

［指導信息］:參見2.1.7狀態空間概念和模型框圖和2.3.7離散系統的狀態空間描述。

離散系統的狀態空間描述與連續系統類似，其模型框圖參見圖2-14所示。A為狀態矩

陣、B為輸入矩陣、C為輸出矩陣、D為傳輸矩陣，延時單元ZT可以看成一組D型觸發器或者

數據寄存器。

輸出方程和狀態方程表達式用矩陣表示為：

x(k+1)=A.x(k)+B.r(k)

y(k)=C.x(k)+D.r(k)

8、寫出下列序列xl(k)、x2(k)對應的z變換。

［指導信息］:參見2.3.3序列和差分方程。

x1(k)=2+1Z-I+3Z-2+4Z-4x2(k)=1+2Z-I+8*Z-2/(1-z-i)

9、寫出下列Z表達式所對應的序列表達式和序列圖。

(1)X1(z)=5+3z-1-z-2+2z-4；(2)X2(z)=2+------L-7z<1

-2z-1

10z-i4.69(1-0.6065;-1)

⑶X3(z)(4)X4(z)

z-i+0.3Z-2l+0847z-i

［指導信息］:參見2.3.3序列和差分方程。

xl(k)、x2(k)、x3(k)、x4(k)所對應的序列表達式和序列圖如下:

xl(k)=55(k)4-38(k-l)-8(k-2)+35(k-3)

x2(k)=38(k)+28(k-1)H8(k-2)+88(k-3)+98(k-4)+328(k-5)+648(k-6)+.......專業整理知識分

x3(k)=0+IO6(k-l)+lld(k-2)+9.16(k-3)+6.716(k-4)+4.6516(k-5)+3.103i5(k-

6H.......

x4(k)=4.695(k)-6.81695(k-l)+5.77396(k-2)-4.890555(k-3)+4.142328(k-

4)+……

xl(k)、x2(k)、x3(k)、x4(k)所對應的序列圖如下：

11、離散系統穩定的充要條件是什么？

［指導信息］:參見2.4.2穩定性分析。

根據自動控制理論，連續系統穩定的充要條件是系統傳遞函數的特征根全部位于s域左

半平面，而對離散系統穩定的充要條件是系統脈沖傳遞函數的特征根全部位于z平面的單位

圓中。

12、動態特性主要是用系統在單位階躍輸入信號作用下的響應特性來描述。常見的有哪些

具體的指標？

［指導信息］:參見2.2.2連埃系統的分析和設計方法回顧和2.4.4動態特性分析。

系統的動態特性可通過多項性能指標來描述，常見的具體指標有上升時間tr、峰值時

間tp、調節時間ts和超調量5等。

13、已知如下所示的離散系統的G(z)、D(z),試分別求出不同R(z)情況下的穩態誤差ess。

0.2z-i(1+O.8Z-1)~、2.5(1—0.6z-i)

其中：G(z)

(1-z-i)(1-0.6z-i)'D⑵=1+gt；區⑵分別取:

(2)R(Z)=

(1)R(Z)=ITTI妥。

［指導信息］:參見2.4.3靜態誤差分析。

2.5(1-O.6Z-1)0.2z-i(1+0.8z-i)_0.5z-i(1+0.8z-i)

因為D(Z).G(Z)=1+0.5Z-1-(1-z-i)(1-0.6z-i)=(1+0.5z-i)(1-z-i)*所以系

統是I型系統。

1

(i)R(z)=-------穩態誤差e(k)為(%

1-Z-1ss

Z-1時，穩態誤差e(k)為1一(取T=I),其中

(2)R(z)

ssK

K=lim2(i--i)D(z)G(z)=lim10.5z-i(1+0.8z-i)0.5.1.8-

Z-------------------------------==U.b

vZTlTZ_1T(1+0.5z-i)1.5

則e』"T露667

第三章器的設計與實現

2.已知某對象的傳遞函數如下.分別用向后矩形法和梯忍變換法求出相應的脈沖傳遞函數

設果樣周期TRs

GMs)=羨G2(s)二位小")03(8)=-^

［指導信息］:參見3.2.1積分變換法。

根據公式(3-3)和(3-5)計算。

G(Z)=G(S)|3G(z)=G(s)|

s=

T

用向后矩形法求解(設T=l)：

2-

7

2-

G1(z)=G1(s)4

^

1-7

G2(z)=G2(s)

—n------------------—141

1-z-1.(0.11ZT_+1).(o,51-z-i+z-2

Ioooo

T+1)

G3(z)=G3(s)31

4-Z-L1方2

S=T

1-Z-1.1-Z-1o1-3…I”

(z)x2+4+3

TT48

用梯形變換法(設T=l)

22

G1(Z)=G1(S)=-——二

2LOsLtL1-Z-l?v°

111

一+一Z-1+一Z-2

OJ

G2(z)=G2(s)241224

21^=12I-7-i___2[—T-I~2

s=.1+_Z-1

1(0.1?二」—+l).(0.5?二」—+1)

T1+z-T1+z-iT1+z-i3

21-7-1

4/15+8/15Z-I+4/15Z-2

G3(z)=G3(s)T1+Z?i

,-2-4--->.21-z-\21-z-\°I+I3/15Z-I-1/5Z-2-l/l5z-3

匕…(ri+z)+4A(fri+z，+3

4、寫出PTP的傳讀函物TXd,并分利用向后矩形法和梯彩亦賴法或由相應的n(z)惠求將表

伙式整理成規范的分式.設采樣周期T=ls,

[指導信息]:參見3.2.1積分變換法和3.3.2數字PID控制算法。

PID的傳遞函數D(s)如下：

口⑸二或二K[1+J_+Td.s]=[K+!S+Kd.s]

￡l\JpTisps

用向后矩形法求出相應的D(z)如下：

D(z)—Kp.[(1—z-i)+1/Ti+Td.(1—2.Td.z-i+z-2)]

Kp.[(1+1/Ti+Td)+(-1-2.Td).z-i+Td.z闋

用梯形變換法求出相應的D(z)如下：

D(z)=Kp.[(1+1/(2.Ti)+2.Td)+(1/Ti-4.Td).z-1+(-1+1/(2.Ti)+2.Td).z封

5、PIP的KP、Ki、Kd參數各有什么作用？

[指導信息]:參見331PID控制的原理。

比例系數Kp的增大利于提高靈敏度，加快調節速度，減小穩態誤差，但不能消除穩態

誤差。Kp過大時，系統容易引起振蕩，趨于不穩定狀態，

積分時間Ti是消除系統穩態誤差的關鍵，Ti要與對象的時間常數相匹配，Ti太小，容易誘

發系統振蕩，使系統不穩定；Ti太大，則減小穩態誤差的能力將削弱，系統的過渡過程會

延長。

微分時間Td的主要作用是加快系統的動態響應，即可以減少超調量，乂可減小調節時

間。但引入Td后，系統受干擾的影響會增加。

6、數字PTD沖制的參教整宗方法有矚些？客有什么轉點？

[指導信息]:參見3.3.3數字PID控制的參數整定。

數字PID控制的參數整定方法常見的有擴充臨界比例度法、擴充響應曲線法、歸??參數

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法和經驗整定法等。

擴充臨界比例度法在閉環系統中進行，在整定過程中允許浮現振蕩。

擴充響應曲線法通過開環實驗獲得對象的動態特性，實驗過程中不會浮現振蕩。

歸一參數整定法根據經驗數據，人為地設定“約束條件”，只需要改變Kp,就可觀察控

制效果。

8、已知某控制系統的G⑵如下，假定R(z)分別在階躍信號、單位速度信號激勵下，按最

少拍隨動系統設計方法，求出D(z),并畫出各點波形。

0.5z-i(1+0.6z-i)

G(z)=

(1-z,i)(1-0.4z-i)

［指導信息］:參見3.4.2至少拍隨動系統的設計。

(1)在階躍信號激勵下：

R(z)J-

l-Zi

因為G(z)具有因子Z.1,無單位圓外的零點，則中⑵應包括Z-1因子；G⑵分母和R(z)均有

(1-2-。因子則6改2)應包含(1-2-。；又因為力(z壬1-Ge(z),①(z)和Ge(z)應該

是Z-1同階次的多項式，所以有：

=1-G(z)=az-i

e

|Ge(z)=(1-z-i)b=b-bz-i

兩式中的a,b為待定系數。將上兩式聯立，得：

(a=b

1-b+bz-i=az-i,比較等式兩側，得到解:

|b=1

所以:

,|?b(z)=1-G⑵=z-1

|[Ge(z)=(1-z-i)

中億)Z-1

D(z)=

G(z).Ge(z)G(z).Ge(z)

D⑵=ZT=2.(—

0.5z-i(1+0.6z-i)z_v(1+0.6z-i)

(1—z-i)(1—0.4z-i)

各點波形：

k:0r(k):1234567

1e(k):1111111

1.000p(k):0.00()0.0000.0000.000O.O(X)().(X)()0.000

2.000y(k):1.200-0.7200.432-0.2590.156-0.093

-2.000

0.0001.0001.000I.(X)()l.(X)()1.0001.000

1.0(M)

(2)在單位速度信號激勵下:

T.z-i

R(z)=

(1-Z-1)2

因為G(z)含有因子z-1,則(D(z)份子應包括z-1；G(z)分母有(1-Z-1)因子，R(z)分母有

(1-Z-i)2均則Ge(z)應包含(1-Z-i)2；又因為①(z+1-Ge(z),①⑵和Ge(z)應該

是z-1同階次的多項式，所以有：

(|<l)(z)=1-G(z)=az-i(Ubz-i)

|G(z)=(1-z-i)2.c

e

式中a、b、c為待定系數，求解上述方程組可得：a=2,b=-0.5,c=l6所以有:

(|<^(z)=1-G(z)=2.z-i(1-0.5.z-i)=2.z-i-z-2

，G(Z)=(1-Z-i)2

e

中⑵Z-1

D億)=

G(z).Ge(z)G(z).Ge(z)

2(2-Z-I)-(1-0.4Z-I)

D(z)=

0.5z-i(l+06z-i)(l+06c-i)(1-z-i)

(l-z-i)(l-04z-i)

各點波形:

注意：按至少拍隨動系統設計方法，p(k)會有紋波。

序列數據：

k:01234567

r(k):01234567

c(k):().()()()1.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000

p(k):0.0004.000-2.0002.400-0.2401.3440.3940.964

y(k):0.0000.0002.0003.0004.0005.0006.0007.000

1。、按至少拍無紋泄除動豕統講計方法.求由前面習題區和習顧9的項2).并畫由冬占油形c

他導信息］:參見343至少拍無紋波隨動系統的設計。

(1)在階躍信號激勵下：

R⑵=10.5Z-I(1+0.6Z-I)

@z)=

1-Z-1(l-z-?)(l-04z-i)

因為G(z)具有因子z-1,單位圓內的零點z=-0.6,則應包括z-1和(1+0.6Z-)因子:

G(z)分母和R(z)均有(1一Z-1)因子則Gc(z)應包含(1-Z-1)因子：又因為

①(z+1-Ge(Z),①⑵和Ge(z)應該是z-1同階次的多項式，所以有:

(|中(z)=1-Ge(z)=az-i(1+0.6z-i)=az-1+0.6.a.z-2

^Ge(z)=(1-z-i)(1+qz-i)=1-(1-q)z-i-qz-2

兩式中的a,b為待定系數。將上兩式聯立，可求得：a=0.625,b=().375a(

參考MATLAB命令：[a,b]=solve(,a='(0.6*a)=b');)

所以有：

(卬(z)=1-Ge(z)=0.625.z-i(1+0.6z-i)=0.625.z-i+0.375.z々

^Ge(z)=(1-z-i)(1+0.375z-i)=1-0.625.z-1-0.375.z尺

將上面兩式代入，可求出數字控制器的脈沖傳遞函數

小①(z)0.625.z-1(1+0.6z-i)1.25.(1-0.4z-i)

-G(z).Ge(z)魯騾萼45z-J(1+0-375z-)

各點波形：

注意：按至少拍無紋波隨動系統設計方法，p(k)不會有紋波。

序列數據：

k:01234567

r(k):11111111

e(k):1.0000.3750.0000.0000.0000.0000.0000.000

p(k):1.250-0.50()0.000().00()0.000().00()0.000().00()

y(k):0.0000.6251.0001.0001.0001.0001.0001.000

(2)在單位速度信號激勵下：

zxT.z-10.5：-|(1+0.6：-|)

Dn(Z=--------,.U(Z)=-----------------

因為G(z)含有因子z-1和零點z=-0.6,因此，①(z)中應含有z7、(1+0.6Z-)項;G(z)分母和

R⑵均有(1-Z-1)因子則Ge(z)應包含(1-Z-1)；又因為①(Z)=1-Ge(z),(D(z)

和Ge(z)應該是z-1同階次的多項式，所以有：

(|<lXz)=1-Ge(z)=a.z-i(1+0.6.z-i)(1+b.z-i)=az-n-a.(0.64-b),z-2+a.0.6.b.z-3

Ge(z)=(1-z-i)2(1+c.z-i)=(1-2z-i+z-2).(1+c.z-1)=1+(-2+c).z-1+(1-2.c).z-2+c.z-3

式中a、b、c為待定系數，由此得方程組:

(產=—(—2+c)

〈</(0.6+/?)=-(1-2-C)

la-0.6b=c

求解上述方程組可得：a=1.484;b=-0.579;c=0.5160

(參考MATLAB命令：

[a,b,c]=solve('a=-(-2+c)','a*(0.6+b)=-(1-2*c)\'a*0.6*b=-c');)

(I中⑵=1-Ge(z)=1.484z-i(1+0.6.z-i)(1-0.579z-i)

、Ge(z)=(1-z-1)2(1+0.516z-i)=(1—2z-i4-Z-2).(1+0.516z-i)

或者(|(1】⑵=1-Ge(z)=1.484Z-10.031z^-0.516z^

,(Ge(z)=1-1.484z-i-0.031z-2+0.516z-s

將上面兩式代入，可求出數字控制器的脈沖傳遞函數

①⑶=1.484z-i(1+0.6.z-1)(1-0.578z-i)

D(z)=

G(z)Ge(z)照?翳.(心W)

_2.968(l-0.4z?i)(l?0.5781i)

(1-z-i)(1+05162-1)

各點波形:

311-------'------'------?------

2

0246810

kk

注意：按至少拍無紋波隨動系統設計方法，p(k)不會有紋波。

序列數據：

k:01234567

r(k):01234567

e(k):0.000I.O(X)0.5160.0010.0010.0020.0020.002

p(k):0.0002.9680.0620.7500.7500.7500.7500.750

y(k):0.0000.0001.4842.9993.9994.9985.9986.998

(3)在階躍信號激勵人

川力=1G⑵-2?Z-F+1?5Z41+0.1ZM)

1-z-1(1-z-i)(1-0.6z-i)(1-0.2z-i)

由G(z)可知①(z)應包括z-i和(1+1.5川和(1+0.1川因子；由G(z)和R(z可知Gc(z)應包含(1

-z-i)因子；①(z)和Ge(z)應該是ZT同階次的多項式，廳以有：

g(z)=1-Ge(z)=az-i(1+1.5z-i)(1+0.1z-i)(1+bz-i)

1Ge(z)=(1-z-i)(1+cz-i+dz-2)

(|4)(z)=1-Ge(z)=az-i(1+1.5z-i)(1+0.1z-i)

[Ge(z)=(1-z-i)(1+bz-i+cz-2)

兩式中的a,b,c,d為待定系數。a=4/ll;b=7/1l;c=3/55;

1,

(參考MATLAB命令:[a,btc]=solve(3/20*a=c,'(8/5*a)=-(c-b)','a="(b-1),))求得：a

=4/1l,b=7/1l,c=3/55,則有:

(|cD(z)=1-Ge(z)=4/11.z-i(1+1.5z-i)(1+0.1z-i)

\Ge(z)=(1-z-i)(1+7/11z-?十3/55z-2)

將上面兩式代入，可求出數字控制器的脈沖傳遞函數

4/11.Z-I(1+1.5Z-I)(1+0.1Z-I)

2.z-i(1+1.5z-i)(1+0.1z-i)

,(1-z-i)(1+7/11z-i4-3/55z-2)

(1-Z-i)(1-0.6z-i)(1-0.2z-i)

-(1+7/II^-I+3/55Z-2)

各點波形：

02468100246810

kk

序列數據：

k:01234567

r(k):I1I11111

e(k):1.0000.6360.055O.O(X)0.0000.0000.0000.000

p(k):0.182-0.1450.022-0.0000.000-O.O(X)0.000-0.000

y(k):0.0000.3640.9451.0001.0001.000l.(X)()l.(M)0

(4)在單位速度信號激勵下:

R(z)Jz

,G(z)=

?1-z-i)2(1-c-i)(l-06：-i)(1-02z-i)

由G(z)可知①(z)應包括z-1和(1+1.5〃。和(1+0.1川因子；由G(z)和R(z可知Ge(z)應包含(1

-z-i)因子；①(z)和Ge⑵應該是Z-1同階次的多項式，所以有：

(|<b(z)=1-Ge(z)=az-i(1+1.5z-i)(1+0.1z-i)(1+bz-i)

\Ge(z)=(1-z-i)2(1+cz-i)

(參考MATLAB命令：[a,b,c,d]=solveC3/20*a*b=-d；(8/5*a*b+3/20*a)=(2*d-c);

'(a*b+8/5*a)=(-d+2*c-l)','a=(-c+2)'))

求得：a=592/605,b=-93/148,c=618/605,d=279/3025.,以及：

(|①⑵=1-Getz)=592/605.z-i(1+1.5z-i)(1+0.1z-i)(1-93/148z-i)

((Ge(z)=(1-z-i)2(1+618/605Z-1+279/3025z㈤

將上面兩式代入，可求出數字控制器的脈沖傳遞函數

D(z)=

G(z).Ge(z)

592/6()5z-i(l+1.5z-i)(1+0.1z-i)(I-93/148z-i)

2-z-i(l+l5z-i)(l+O.lz-i)

(l-z-i)2(l+618/605z-i+279/3025z-2)

(l-z->)(l-06：-i)(1-02z-i)

296/605(I-93/148s)(1-0.6z-i)(l-0.2z-i)

(1-z-i)(1+618/605z-i+279/3O25z-2)-

各點波形：

02468100246810

kk

序列數據：

k:0r(k):I234567

0e(k):1234567

0.000p(k):1.0001.0210.0920.0000.0000.0000.000

0.0000.489-0.2100.0950.0580.0580.0580.058

y(k):0.0000.0000.9792.9084.0005.0006.0007.000

附：不同輸入信號下的各點波形:

(1)在三個階躍信號激勵下：

0.5z-i(1+0.6z-i)

1G(z)=

R(z)=

-1-Z1(1—z0.4z-i)

D(Z)=Q1.25.(1-0.4Z-9

G(z).Ge(z)(1+0.375.z-i)

(2)在三個單位速度信號激勵下:

R⑵J"G億)=03

(1-Z-1)2,(I-ZTXI-04M

①(z)=2.968.(1-0.4z-i)(1-0.578Z-1)

D(z)=

G(z).Ge(z)(1-z-i)(1+0.516z-i)

(3)在三個階躍信號激勵下:

R(z)=1G(z)=2.z-i(1+1.5z-i)(1+0.1z-i)

1-z-1(1_Z-i)(1-0.6z-i)(1-0.2z-i)

D(z)=①⑵=2/11.(1-0.6z-i)(1-0.2z-i)

G(z).Ge(z)(1+7/11z-i+3/55z<)

(4)在三個單位速度信號激勵下:

島日江渭黑上當

2961605193/1

D(z)=①(Z)=-(-48z-i)(1-0.6z-i)(1-0.2z-i)

G(z).Ge(z)(1-z-i)(1+618/605z-i+279/3025z^)

11根據下列捽制器的D⑵，分別畫出宜格式、串行實現法和并行實現法的實現框圖和相應

的輸出方程和狀態方程。

eq/\3+3.6z—1+0.6z-scc/\02+0.1z-i—z-2

UI(Z)=u/(z)=

1+0.1Z-1—0.2Z-21—2z—1—3Z-2

［指導信息］:參見351實現框圖與算法。

(1)對Dl(z),采用直接式1和直接式2的實現框圖如下:

Dl(z)對應直接式1實現框圖的狀態方程和輸出方程如下：

狀態方程：

(x1(k+1)=(-0.1).x1(ki+x2(k)+(3.6+(3.(-0.1)),e(k)=-0,1.x1(k)+x2(k)+3.3.e(k)

〈|x2(k+1)=0.2.x1(k)+[0.6+(3.(0.2)).e(k)=0.2.x1(k)+1.2.e(k)

輸出方程：d(k)=x1(k)+3.e(k)

Dl(z)對應直接式2實現框圖的狀態方程和輸山方程如下：

狀態方程：

(x1(k+1)=(-0.1).x1(k)+(0.2).x2(k)+e(k)=-0.1.x1(k)+0.2.x2(k)+e(k)

〈|x2(k+1)=x1(k)

d(k)=(-0.1*3+3.6).x1(k)+(0.2*3+0.6).x2(k)+3.e(k)

輸出方程:

=3.3.x1(k)+1.2.x2(k)+3.e(k)

Dl(z)串行實現法的表達式為:

3+3.6c-i+0.6c-23(1++0.2z-i)(l+z->)(l+0.2z-i)

1+().1Z-I-O2Z-2"(I+O5Z-I)(I-O4Z-I)-(1+05Z-I)(1-0.4Z-I)

(實現框圖略。)

Dl(z)并行實現法的表達式為:

3+3g+0.6：j-IJ

I+O.IZ-I-O2Z-2(I+0.5Z-I)(1-04z-i)

(實現框圖略。)

(2)對D2(z),采用直接式I和直接式2的實現框圖如下:

D2(z)對應直接式I實現框圖的狀態方程和輸出方程如下：

狀態方程：

(x1(k+1)=2.x1(k)+x2(k)+(0.1+0.2.2),e(k)=2.x1(k)+x2(k)+0.5.e(k)

〈[x2(k+1)=3.x1(k)+(-1+0.2.3).e(k)=3.x1(k)-0.4.e(k)

輸出方程:d(k)=x1(k)+0.2.e(k)

D2(z)對應直接式2實現框圖的狀態方程和輸出方程如下：

狀態方■程：

(x1(k+1)=2.x1(k)+3.x2(k)+e(k)

〈|x2(k+1)=x1(k)

輸出方程：

d(k)=(0.2*2+0.1).x1(k)+(0.2*3-1).x2(k)+0.2.e(k)

=0.5.x1(k)-0.4.x2(k)+0.2.e(k)

D2(z)串行實現法的表達式為:

0.2+0.lz-i-k-z02(1+2.5”(心“)=02(l+2.5s)

DMz)=

1-2z-1-3J-2(l-3z-?)-(l+z-i)(l-3z-i)(]+z“)

(實現框圖略。)

D2(z)并行實現法的表達式為：

D1⑵=0?2+0?1Z-LZT

1—2z-i—3Z-2

__2..2*(1+2.4/3)*(1—2/3)*3/,0.2*(—1.5)*3/4

—3(1—3z-i)(1+z-i)

10.09—0.225

=+

3(1—3z-：i)(1+z-i)

(實現框圖略。)

第四章控制系統中的計算機及其接口技術

1、工業控制計算機有哪些要求？基于PC機工業控制計算機其結構與普通PC機有何不同？

［指導信息］:參見4.1.1工業控制計算機的特點和結構。

對工業控制計算機的要求主要體現在其所具有特點：適應性、可靠性、實時性、擴展性

等方面。

基于PC機工業控制計算機其結構與普