《计算机控制系统》答卷2资料.docVIP

上海理工大学研究生课程试题 计算机控制系统 2014 第 PAGE 9页/共 NUMPAGES 9页 第 PAGE 1页/共 NUMPAGES 9页 共 9 页 第 页 上海理工大学研究生课程试题 2014/2015学年第 1 学期 考试课程 计算机控制系统 学 号147670670姓 名金永威得 分 一、基础题（本大题共2小题，共20分） 1.(a) + (b) float PID(float K,float Td,float Ti) { float D; Int T,z; D=z/(z-1)*K[(1+T/Ti+Td/T)-(1+2*Td/T)*(1/z)+Td/T*(1/z2)]; If (D=0D255) %错误控制 Printf(“Error”); } (c) (1)对于采样周期：香农定理指出，采样频率必须满足下面的条件，采样信号才能准确地包含原连续信号的信息。应当指出的是，在一个闭环系统中，应当取闭环系统的最高频率。采样周期对系统的稳定性有着明显的影响，一个系统在连续状态下可以是稳定的。在采样状态下，由于采样周期选择不当，系统可以是不稳定的。定性地讲，就是采样周期加大，会使系统的稳定裕量减少，甚至会成为不稳定系统。这是由于连续信号经采样后，再恢复成连续信号，一般都采用零阶保持器。这使信号产生警的附力。 (2）比例（P）控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。 比例参数Kp对系统的动态性能和稳态性能均有影响：Kp增大，将使系统响应速度加快，调节时间加长；Kp太小则会使系统的响应速度太慢。此外在系统稳定的前提下，加大Kp可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。因此Kp主要作用是改变系统的动态性能。 (3)积分（I）控制：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。 积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。它对系统的性能也有很大影响，而且会影响到系统的稳定性，Ki过大，会造成系统不稳定，且振荡次数较多；积分环节最大的特点是可以消除稳态误差，提高系统的控制精度，但在仿真的过程中发现，当Ki太小时，积分控制作用太弱，不能消除残差。 (4)微分（D）控制：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 微分参数Kd对系统的动态性能和稳态性能也均有影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。Kd增大即微分作用的增强还可以改善系统的动态特性，如可以明显减少超调量，缩短调节时间等，提高控制精度。但Kd值偏大都会适得其反。此外微分作用可能会放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。 2. (a) 由，，得知： ，其中 (b) 由(a)知系统的特征方程式为： 依据Routh稳定性判据，得： 由知：该系统稳定。 (c) 其状态流图如下： 二、设计题（10分，可采用MATLAB/Simulink设计） (a)由图知，闭环系统的传递函数为： 当K=1、10、20时， (b)由(a)知的最佳值在K=20时值最小，即灵敏度最好，故K的最佳值为20。 三、课程设计（报告）（70分） 对象特性分析与建模： 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。 电加热炉本身有上下两组炉丝加热，用上下两组热电偶检测炉内温度。因此电加热炉为一双输入双输出的受控对象。由于在各类工业控制中，时滞现象相当普遍，对于许多大的时间常数