《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？画出典型计算机控制系统的方框图。
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,既:用算机代替模拟控
制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。
被控制量 给定值偏差控制量被控对象 调节器
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测量环节 计算机(数字调节器)
图1.3-2 典型的数字控制系统
1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。
答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型：
①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。
②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。
③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC计算机, 完成直接数字控制功能；第二级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，给DDC计算机提供最佳给定值和最优控制量等。
④分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT操作站相连。
1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？
答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：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,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。 与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点：
(1)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标. (3)抗干扰能力强，稳定性好。 (4)可以得到比较高的控制精度。 (5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。
(6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度. (7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。
第二章
2.1.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点?
答：在计算机控制系统中，通常既有连续信号也有离散信号，这些信号一般是信息流,而不是能量流。
可分为四种形式：⑴ 连续模拟信号：时间和信号的幅值都是连续的。
⑵ 阶梯模拟信号：时间是连续的，信号的幅值是阶梯形的。 ⑶ 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：信号的时间以及幅值都是离散的，且幅值经过了量化处理。
2.2.采样信号的频谱和原连续信号的频谱有何不同？
答：采样信号的频谱和原连续信号的频谱的区别：
①通常，连续信号带宽是有限的，频率的极限值wmax, 它的频谱是孤立的。采样信号的频谱是以ωs为周期的无限多个频谱所组成。
②∣y(jw)∣和∣y*(jw) ∣形状相似。幅值只差一个比例因子1/T(又称为采样增益)。
2.3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述零阶保持器的特点。
答：保持器的原理是根据现在时刻或过去时刻输入的离散值,用常数、线性函数或抛物函数形成输出
的连续值。零阶保持器有如下特性：
①低通特性：保持器的输出随着信号频率的提高，幅值迅速衰减。
②相位滞后持性：信号经过零阶保持器会产生相位滞后，它对控制系统的稳定性是不利的。
2.4.试求下例函数的Z变换：(采样周期为T)
答：
（1）f(t)?1(t?T) （2）f(t)???9t?0t?0t?0
F(z)?9Tz1 F(z)? 2(z?1)z?1?ak?1（3）f(k)???0?e?atsin2tk?1,2,3,??? （4）f(t)??k?0?0t?0 t?0ze?aTsin2TzF(z)? F(z)?2
a(z?a)z?2ze?aTcos2T?e?2aT
2.5.设函数的La氏变换如下，.试求它们的Z变换:
答：
（1）F(s)?s?31 （2）F(s)?
(s?2)(s?1)(s?5)2Tze?5T?z2zF(z)?? F(z)?
(z?e?5T)2z?e?2Tz?e?T
（3）F(s)?101F(s)? （4） 23s(s?1)sT2z(z?1)10Tz10(1?e?T)zF(z)?? F(z)? 32?T2(z?1)（5）F(s)?10s2?16
F(z)?2.5zsin4Tz2?2zcos4T?1 2.6已知函数的Z变换如下，.试求它们的y(kT):
答：（1）Y(z)?zz2?1 y(kT)?12?(?1)k2 （3）Y(z)?2z2(z?1)(z?2) y(kT)??2(?1)k?4(?2)k （5）Y(z)?0.6zz2?1.6z?0.6 y(kT)?1.5(?0.6)k?1.5(?1)k （7）Y(z)?z?4(1?z?1)2 y(kT)?k?3 2.7求下列函数的初值和终值：
答：（1）F(z)?2.7zz?0.8 y(0)?2.7y(?)?0 (z?1)(z?1)(z?e)2）Y(z)?z(z?1)2(z?2) y(kT)?2k?1?k
（4）Y(z)?1z(z?0.2)
y(kT)?25(0.2)k
（6）Y(z)?1?3z?1?3z?1(1?0.5z?1)(1?0.8z?1)y(kT)??3530.5k?31k60.8 8）Y(z)?Te?aT（z(z?e?aT)2 y(kT)?kTe?akT
（2）F(z)?1.6z2?zz2?0.8z?0.5
y(0)?1.6y(?)?0
（
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