1、學(xué)習(xí)計算控制系統(tǒng)需要的相關(guān)知識有哪些？

答案：

數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識：高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、矩陣?yán)碚摰?/p>

專業(yè)基礎(chǔ)知識：自動控制原理、微機原理、電力電子技術(shù)、Matlab編程基礎(chǔ)等

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2、計算機控制系統(tǒng)是什么？

答案：

計算機控制系統(tǒng)就是由計算機參與并作為核心環(huán)節(jié)的自動控制系統(tǒng)，即應(yīng)用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。

1、計算機控制系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容是什么？

答案：

主要從信號變換、對象建模與性能分析、控制算法設(shè)計、控制系統(tǒng)仿真、控制系統(tǒng)實現(xiàn)等5個方面系統(tǒng)講述計算機控制系統(tǒng)分析和設(shè)計的基本理論和方法。

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2、計算機控制系統(tǒng)的主要特點是什么？

答案：

結(jié)構(gòu)混合：控制器是離散的，而被控對象一般是連續(xù)的；

信號混合：包括模擬信號、離散模擬信號、數(shù)字信號等。

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3、計算機控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有哪些？

答案：

計算機控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)、動態(tài)指標(biāo)、綜合指標(biāo)等。

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4、計算機控制系統(tǒng)的基本類型有哪些？

答案：

計算機控制系統(tǒng)的基本類型主要有：操作指導(dǎo)型計算機控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、集中式計算機控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、總線控制系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。

1、計算機控制實驗的基本要求是什么？

答案：

對課本中所涉及的計算機控制系統(tǒng)的相關(guān)理論進行仿真和控制實驗研究，包括基礎(chǔ)型實驗，擴展型實驗和研究型實驗。

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2、計算機控制系統(tǒng)中典型的被控對象類型有哪些？

答案：

有快過程和慢過程兩種，快過程如電機調(diào)速運動控制系統(tǒng)，慢過程如爐溫控制系統(tǒng)。

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3、實驗平臺的“功能一體化”是何含義？

答案：

主要指計算機仿真與實際閉環(huán)控制的一體化，將仿真控制算法直接下載到控制器中，不必二次編程。

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4、實驗平臺的“結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化”是何含義？

答案：

指被控對象與控制器之間通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，使實驗者可以通過普遍存在的廣域網(wǎng)絡(luò)完成各種實驗，并可以通過實時圖像監(jiān)視被控對象的運行過程。

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5、實驗平臺的“場所便利化”是何含義？

答案：

指被控對象和控制系統(tǒng)小型化，安全性高、成本低，便于使用者攜帶和使用，在家中和宿舍等場所即可完成各種實驗。

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1、系統(tǒng)常規(guī)的性能指標(biāo)一般包括哪些內(nèi)容？
答案：
穩(wěn)定性指標(biāo)，穩(wěn)態(tài)指標(biāo)和暫態(tài)指標(biāo)，有時還包括系統(tǒng)的抗干擾指標(biāo)。
2、簡述系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念
答案：
一個系統(tǒng)穩(wěn)定是指該系統(tǒng)在平衡狀態(tài)下，受到外部擾動作用而偏離平衡狀
態(tài)，當(dāng)擾動消失后，經(jīng)過一段時間，系統(tǒng)能夠回到原來的平衡狀態(tài)。
線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由系統(tǒng)本身固有的特性決定的， 而與系統(tǒng)外部輸入信號
的有無和強弱無關(guān)。
3、連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件是什么？
答案：
系統(tǒng)的特征方程的所有特征根， 亦即系統(tǒng)傳遞函數(shù)的所有極點都分布在 s 平
面的左半平面， s 平面的虛軸為穩(wěn)定邊界。
4、判斷連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定的方法有哪些？
答案：
（1）代數(shù)判據(jù)：勞斯判據(jù)，胡爾維茨判據(jù)等
（2）根軌跡方法
（3）頻率域方法：奈奎斯特判據(jù)，波特圖法等

1、什么是穩(wěn)態(tài)誤差？系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與哪些因素有關(guān)？
答案：
穩(wěn)態(tài)誤差指系統(tǒng)過渡過程結(jié)束到達穩(wěn)態(tài)以后， 系統(tǒng)參考輸入與系統(tǒng)輸出之間
的偏差。穩(wěn)態(tài)誤差是衡量計算機控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的一項重要指標(biāo)，一般與系統(tǒng)的
結(jié)構(gòu)和參考輸入有關(guān)。

1、 典型計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法主要有哪幾種？
答案：
主要設(shè)計方法或思路有兩種： 一是利用我們比較熟悉并且積累了豐富經(jīng)驗的
各種模擬系統(tǒng)設(shè)計方法（也稱連續(xù)域設(shè)計方法）設(shè)計出令人滿意的模擬控制器，
然后將其離散化成數(shù)字控制器，這就是數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計方法；二是首先
把模擬被控對象等連續(xù)部分離散化，然后直接在離散域設(shè)計數(shù)字控制器，這就是
所謂的離散化設(shè)計（直接設(shè)計）方法。
2、數(shù)字控制器為什么可以采用模擬化的設(shè)計方法？
答案：
在合理選擇 A/D、 D/A 等環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，只要選擇足夠小的采樣周期 T，計
算機控制系統(tǒng)就可以近視為連續(xù)系統(tǒng)， 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計就可以引用連續(xù)控
制系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計出模擬控制器 D(s)后，對其進行離散化得到數(shù)字控制器
D(z)，由計算機實現(xiàn)數(shù)字控制器 D(z)。

3、改進的數(shù)字 PID 控制算法中積分分離作用是什么？
答案：
許多控制系統(tǒng)在開始啟動、停車或較大幅度改變給定信號時，控制器的輸入
端都會產(chǎn)生較大的偏差（系統(tǒng)的給定和輸出信號之間的偏差），如果采用 PID 控
制器， 則 PID 控制算法中積分項經(jīng)過短時間的積累就將使控制量u(k)變得很大甚
至達到飽和（執(zhí)行機構(gòu)達到機械極限），這時的控制系統(tǒng)處于一種非線性狀態(tài)，
不能根據(jù)控制器輸入偏差的變化按預(yù)期控制規(guī)律來正確地改變控制量。 由于積分
項很大，一般要經(jīng)過很長時間誤差才能被減下來，因此系統(tǒng)會產(chǎn)生嚴(yán)重的超調(diào)。
這種現(xiàn)象是實際控制系統(tǒng)所不能容忍的，必須加以改進。

1、控制器設(shè)計中“零極點不能對消”是何含義？
答案：
含義有兩方法：
（1）被控對象不穩(wěn)定的極點不能用控制器不穩(wěn)定的零點來對消，否則當(dāng)被
控對象的模型參數(shù)發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)將不穩(wěn)定（系統(tǒng)輸出發(fā)散）；
（2）被控對象不穩(wěn)定的零點不能用控制器不穩(wěn)定的極點來對消，否則控制
器的輸出將發(fā)散，控制系統(tǒng)將不穩(wěn)定。
2、什么是“紋波”現(xiàn)象？原因為何？
答案：
“紋波”是指當(dāng)控制系統(tǒng)到達穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的輸出在采樣點之間圍繞參考輸
入波動的現(xiàn)象。
造成紋波現(xiàn)象的原因是：控制系統(tǒng)到達穩(wěn)態(tài)后，控制器的輸出不穩(wěn)定，仍然
呈現(xiàn)出一種衰減震蕩的現(xiàn)象。

1、如何解決最小拍控制器的“紋波”問題？
答案：
在被控對象模型中包含足夠多積分環(huán)節(jié)的前提下， 將被控對象所有的零點都
放在在給定的閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型的零點因子式中， 從而使系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后使
控制器的輸出為常值。
2、解釋“阻尼因子法”？
答案：
阻尼因子法的基本思路是：在最小拍控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過在系統(tǒng)的
閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中，引入附加的極點因子，又稱為阻尼因子，使系統(tǒng)輸出偏差
不立即為 0，而是呈現(xiàn)一定的阻尼衰減特性，逐漸歸 0。這樣的話，系統(tǒng)輸出響
應(yīng)的過渡過程時間將會有一定程度的增加， 但整個系統(tǒng)的輸出響應(yīng)特性顯得比較
平穩(wěn)，對不同輸入信號的適應(yīng)性也會有所改善。

1、大林算法控制器設(shè)計時，給定閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型離散化時為何要加入零
階保持器？答案：
（1）加入零階保持器，能夠保證離散前后的閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)相等
（2）不加零階保持器，只能保證離散前后的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)相等
2、何為“振鈴”現(xiàn)象？原因為何？
答案：
“振鈴”現(xiàn)象指數(shù)字控制器的輸出以 1/2 采樣頻率大幅度衰減振蕩的現(xiàn)象。
造成紋波現(xiàn)象的原因是：閉環(huán)系統(tǒng)的控制量傳遞函數(shù)模型 Wu(z)有或有接近
于 z=-1 的極點，將引起輸出序列 u(k)的振蕩。

1、消除或者削弱“振鈴”現(xiàn)象有哪些方法？各方法有何特點？
答案：
（1）找出控制器模型中的振鈴因子，并令其中的 z=1，使該振鈴因子式變
成一個常值項。該方法可以消除振鈴現(xiàn)象，但是改變了控制器的結(jié)構(gòu)，引起系統(tǒng)
動態(tài)性能的變化；
（2）合理選擇給定的閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型中的時間常數(shù)和系統(tǒng)的采樣周
期，可以達到削弱振鈴現(xiàn)象的目的。該方法不改變系統(tǒng)的動態(tài)性能，但是不能消
除振鈴現(xiàn)象。
2、如何理解“分?jǐn)?shù)時滯”問題？
答案：
課程中的“分?jǐn)?shù)時滯”問題是指：按照經(jīng)典大林算法所設(shè)計的控制器模型，
是基于純滯后時間是采樣周期整數(shù)倍的前提條件的； 當(dāng)被控對象的純滯后時間發(fā)
生變化，是采樣周期的非整數(shù)倍時，整個閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性將會變差，甚至使系
統(tǒng)不穩(wěn)定。
分?jǐn)?shù)時滯影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的原因在于閉環(huán)系統(tǒng)的特征根是分?jǐn)?shù)時滯的函數(shù)，
分?jǐn)?shù)時滯的變化將會使閉環(huán)系統(tǒng)特征根的位置發(fā)生變動， 從而影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定
性能。
解決方法是通過合理選擇給定的閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)與系統(tǒng)采樣周期， 保證
閉環(huán)系統(tǒng)的決定穩(wěn)定性。

1、什么是極點配置設(shè)計方法？
答案：
根據(jù)給定的閉環(huán)系統(tǒng)極點得到性能期望的特征方程， 再根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
推導(dǎo)得到實際的閉環(huán)系統(tǒng)特征方程，脈沖傳遞函數(shù)模型，然后令二者恒等，即可
實現(xiàn)極點配置的目的。
2、為何研究狀態(tài)反饋，而不是輸出反饋？
答案：
狀態(tài)反饋可以實現(xiàn)閉環(huán)極點的任意配置，而輸出反饋不能，一般來說，輸出
反饋是是狀態(tài)反饋的特例。
3、什么是系統(tǒng)能控性和能觀性？
答案：
能控性: 是系統(tǒng)控制作用對系統(tǒng)行為控制影響的可能性；
能觀性: 指由系統(tǒng)輸出量能否完全確定系統(tǒng)狀態(tài)的可能性。
系統(tǒng)的能控性和能觀性是系統(tǒng)的一種內(nèi)在行為， 分別反映系統(tǒng)控制作用和系
統(tǒng)狀態(tài)以及系統(tǒng)輸出量之間的特征關(guān)系，都是由系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的。

1、建立離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型有何途徑？
答案：
有三種途徑：（1）由連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型求取；（2）由差分方程求取；（3）
由脈沖傳遞函數(shù)求取。
2、連續(xù)系統(tǒng)能控能觀，對應(yīng)的離散系統(tǒng)特性如何？
答案：
受采樣周期的影響，一個能控能觀的連續(xù)系統(tǒng)，其對應(yīng)的離散系統(tǒng)不一定能
控能觀；反之，一個能控能觀的離散系統(tǒng)，其對應(yīng)的連續(xù)系統(tǒng)一定能控能觀。
3、差分方程、脈沖傳遞函數(shù)與離散狀態(tài)空間模型的對應(yīng)關(guān)系為何？
答案：
一般來說，差分方程與脈沖傳遞函數(shù)是一一對應(yīng)的關(guān)系，而二者與離散狀態(tài)
空間模型不一一對應(yīng)；一種形式的差分方程和脈沖傳遞函數(shù)模型，可以有無數(shù)種
形式的離散狀態(tài)空間模型與之對應(yīng)。

1、開環(huán)觀測器存在什么問題？
答案：
（1）系統(tǒng)本身不穩(wěn)定時無法使用；（2）估計狀態(tài)逼近真實狀態(tài)的速度無法調(diào)整。
2、為何要研究降階觀測器？
答案：
由于系統(tǒng)的狀態(tài)變量中， 有一部分可以測量得到， 因此對于該部分狀態(tài)變量，
不必再進行狀態(tài)估計，在系統(tǒng)無測量噪聲的條件下，可以直接使用。
3、三種觀測器的選擇條件為何？
答案：
無測量噪聲時，選用降階觀測器，否則選用全階觀測器。對于全階觀測器，
若計算時間與采用周期處于同一數(shù)量級，則選用預(yù)報觀測器，否則選用現(xiàn)時觀測
器。

簡述控制極點和觀測器極點的作用。
答案：
閉環(huán)系統(tǒng)的性能主要取決于控制極點， 亦即控制極點應(yīng)是閉環(huán)系統(tǒng)的主導(dǎo)極
點；而觀測器極點的引入通常將使系統(tǒng)性能變差。
3、什么是分離性原理？
答案：
調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制器包括控制規(guī)律和狀態(tài)觀測器兩部分，二者可以分開設(shè)計，合
起來使用，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不變。
4、隨動系統(tǒng)控制器的設(shè)計思路是什么？
答案：
在調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制器設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計隨動系統(tǒng)的控制器。具體步驟為：
（1）設(shè)計調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制器：控制規(guī)律和觀測器；
（2）在調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制器中以適當(dāng)?shù)姆绞揭雲(yún)⒖驾斎耄瑯?gòu)成隨動系統(tǒng)控制
器。
其中適當(dāng)?shù)姆绞绞侵福赫{(diào)節(jié)系統(tǒng)與隨動系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)特征方程相同。

ref：

https://www.icourse163.org/learn/NEU-1001765003?tid=1465480462#/