计算机控制系统试卷一答案

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一、简答题(每小题 5 分，共 50 分)

1. 画出典型计算机控制系统的基本框图。

答：典型计算机控制系统的基本框图如下：

2. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？

答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。

(1) 周期采样

指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。

(2) 同步采样

如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时

进行采样，则称为同步采样。

(3) 非同步采样

如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同

时开闭，则称为非同步采样。

(4) 多速采样

如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样

的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。

(5) 随机采样

若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。

3. 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。

答：(1) 比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一

旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向

变化，控制作用的强弱取决于比例系数 KP 。比例调节器虽然简单快

速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数

KP 可以减小静差，但是 KP 过大时，会使系统的动态质量变坏，引起

输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。

(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例

调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差 e

不为零，它将通过累积作用影响控制量 u ，从而减小偏差，直到偏

差为零。积分时间常数 T 大，则积分作用弱，反之强。增大 T 将减

I I

慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的

代价是降低系统的快速性。

(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的

瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就

是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，

使系统趋于稳定。

4. 采样保持器 LF398 工作原理图如下图，试分析其工作原理。

答：LF398 的电路原理：放大器A2 作为比较器来控制开关 S 的

通断，若 IN 的电压高于IN 的电压，则 S 闭合，由A 、A 组成跟

+ - 1 3

随器，并向 C 端外接的保持电容充电；IN 的电压低于IN 的电压时，

H + -

则 S 断开，外接电容保持 S 断开时刻的电压，并经 A3 组成的跟随器

输出至Aout 。

5. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？

答：线性离散控制系统稳定的充要条件是： 闭环系统特征方程

的所有根的模｜zi ｜<1 ，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z 平面的

单位圆内。

6. 为什么会出现比例和微分饱和现象？

答：当给定值发生很大跃变时，在 PID 增量控制算法中的比例

部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大( 由于积分项的系数一

般小得多，所以积分部分的增量相对比较小) 。如果该计算值超过了

执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算

值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制

效果。

7. 什么是振铃现象？如何消除振铃现象？

答：所谓振铃(Ringing)现象，是指数字控制器的输出以二分之

一采样频率大幅度衰减的振荡。有两种方法可用来消除振铃现象。

第一种方法是先找出 D(z) 中引起振铃现象的因子(z=-1 附近的极点) ，

然后令其中的 z=1 ，根据终值定理，