计算机控制技术课后习题详解答案.docx

第一章 计算机限制系统概述习题参考答案1.计算机限制系统的限制过程是怎样的计算机限制系统的限制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的限制规律，确定下一步的限制过程。(3)实时限制：依据决策，适时地对执行机构发出限制信号，完成限制任务。2.实时, 在线方式与离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入, 计算与输出都是在肯定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在肯定的时间内作出反应并进行限制，超出了这个时间就会失去限制时机，限制也就失去了意义。(2)“在线”方式：在计算机限制系统中，假如生产过程设备干脆与计算机连接，生产过程干脆受计算机的限制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。(3)“离线”方式：若生产过程设备不干脆与计算机相连接，其工作不干脆受计算机的限制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。3.微型计算机限制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。(1)主机：这是微型计算机限制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种吩咐，同时对被控对象的被控参数进行实时检测与处理。主机的主要功能是限制整个生产过程，按限制规律进行各种限制运算(如调整规律运算, 最优化计算等)与操作，依据运算结果作出限制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预料与报警；编制生产技术报告，打印制表等等。图1.1微机限制系统组成框图 (2)输入输出通道：这是微机与生产对象之间进行信息交换的桥梁与纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的限制吩咐与数据，转换成可以对生产对象进行限制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道与数字量输入输出通道。(3)外部设备：这是实现微机与外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台), 输入输出设备(磁盘驱动器, 键盘, 打印机, 显示终端等)与外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即依据操作人员的要求，能马上显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启, 停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有爱护功能。(4)检测与执行机构a.测量变送单元：在微机限制系统中，为了收集与测量各种参数，采纳了各种检测元件与变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(05V或420mA)后，再送入微机。b.执行机构：要限制生产过程，必需有执行机构，它是微机限制系统中的重要部件，其功能是依据微机输出的限制信号，变更输出的角位移或直线位移，并通过调整机构变更被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。例如，在温度限制系统中，微机依据温度的误差计算出相应的限制量，输出给执行机构(调整阀)来限制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动, 液动与气动等限制形式，也有的采纳马达, 步进电机与可控硅元件等进行限制。4.微型计算机限制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总与。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件, 应用软件与数据库。(1)系统软件：它是由计算机设计者供应的特地用来运用与管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不须要自己设计的。系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序, 磁盘操作系统程序, 监控程序等；b.诊断系统：指的是调整程序与故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言, 语言处理程序(编译程序), 服务程序(装配程序与编辑程序), 模拟主系统(系统模拟, 仿真, 移植软件), 数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译, 企业管理等。(2)应用软件:它是面对用户本身的程序，即指由用户依据要解决的实际问题而编写的各种程序。应用软件包括：a.过程监视程序：指巡回检测程序, 数据处理程序, 上下限检查与报警程序, 操作面板服务程序, 数字滤波与标度变换程序, 推断程序, 过程分析程序等；b.过程限制计算程序：指的是限制算法程序, 事故处理程序与信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成调度, 文件管理与输出, 打印, 显示程序等；c.公共服务程序：包括基本运算程序, 函数运算程序, 数码转换程序, 格式编码程序。(3)数据库：数据库与数据库管理系统主要用于资料管理, 存档与检索，相应软件设计指如何建立数据库以与如何查询, 显示, 调用与修改数据等。5.微型计算机限制系统的特点是什么？微机限制系统与常规的自动限制系统相比，具有如下特点：a.限制规律敏捷多样，改动便利b.限制精度高，抑制扰动实力强，能实现最优限制c.能够实现数据统计与工况显示，限制效率高d.限制与管理一体化，进一步提高自动化程度6.操作指导, DDC与SCC系统工作原理如何？它们之间有何区分与联系？(1)操作指导限制系统：在操作指导限制系统中，计算机的输出不干脆作用于生产对象，属于开环限制结构。计算机依据数学模型, 限制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各限制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图1.2所示。图1.2操作指导限制系统原理框图(2)干脆数字限制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行限制运算，然后通过输出通道限制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。其原理框图如图1.3所示。图1.3 DDC系统原理框图(3)计算机监督限制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变更的实际状况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调整器进行限制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值限制，并且还可以进行依次限制, 最优限制以与自适应限制等。SCC系统的原理框图如图1.4所示。图1.4 SCC系统原理框图SCC是操作指导限制系统与DDC系统的综合与发展。7.计算机限制系统的发展趋势是什么？大规模与超大规模集成电路的发展，提高了计算机的牢靠性与性能价格比，从而使计算机限制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机限制系统提出的越来越高的要求，目前计算机限制系统的发展趋势有以下几个方面。a.普与应用可编程序限制器b.采纳集散限制系统c.探讨与发展智能限制系第二章 输入输出过程通道习题参考答案1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机与生产过程之间设置的信息传送与转换的连接通道。按信息传递的方一直分，过程通道可分为输入过程通道与输出过程通道；按所传递与交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道与模拟量过程通道。2.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？数字量过程通道包括数字量输入通道与数字量输出通道。数字量输入通道主要由输入缓冲器, 输入调理电路, 输入地址译码电路, 并行接口电路与定时计数电路等组成。数字量输出通道主要由输出锁存器, 输出驱动电路, 输出口地址译码电路等组成。其中：输入调理电路将来自限制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高, 低电平，同时还要考虑对信号进行滤波, 爱护, 消退触点抖动，以与进行信号隔离等问题。3.简述两种硬件消抖电路的工作原理。采纳积分电路的硬件消抖电路，首先利用积分电路将抖动的高频部分滤出，其次利用施密特触发器整形。采纳RS触发器的硬件消抖电路，主要是利用RS触发器的保持功能实现消抖。4.简述光电耦合器的工作原理与在过程通道中的作用。光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管与光敏三极管组成，如图2.1所示。输入电流流过二极管时使其发光，照耀到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入与输出在电气上的完全隔离。图2.1光电耦合器电路图5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输入通道一般由I/V变换, 多路转换器, 采样保持器, A/D转换器, 接口与限制逻辑电路组成。(1)I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰实力，削减了信号的衰减，为与标准化仪表与执行机构匹配供应了便利。(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总须要肯定的时间。在进行A/D转换时间内，盼望输入信号不再变更，以免造成转换误差。这样，就须要在A/D转换器之前加入采样保持器。(4)A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter，简称A/D转换器或ADC)。6.对志向多路开关的要求是什么？志向的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。此外，还盼望切换速度快, 噪音小, 寿命长, 工作牢靠。7.采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总须要肯定的时间。在进行A/D转换时间内，盼望输入信号不再变更，以免造成转换误差。这样，就须要在A/D转换器之前加入采样保持器。保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。8.在数据采样系统中，是不是全部的输入通道都须要加采样保持器？为什么？不是，对于输入信号变更很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变更很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。9.A/D转换器的结束信号有什么作用？依据该信号在I/O限制中的连接方式，A/D转换有几种限制方式？它们在接口电路与程序设计上有什么特点？A/D转换器的结束信号的作用是用以推断本次AD转换是否完成。常见的A/D转换有以下几种限制方式，各自特点如下延时等待法:EOC可不与I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。保持等待法:EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态。直至EOC有效时，取数据。查询法: EOC可以与随意I/O口连接，程序设计时，反复推断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。中断响应法: EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。10.设被测温度变更范围为0oC1200oC,假如要求误差不超过0.4oC,应选用辨别为多少位的A/D转换器？选择依据：11.设计出8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量数据采集程序。本例给出用8031, DAC0809设计的数据采集系统实例。把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。其数据采集的初始化程序与中断服务程序如下：初始化程序：MOV R0，#30H ；设立数据存储区指针 MOV R2，#08H ；设置8路采样计数值 SETB IT0 ；设置外部中断0为边沿触发方式 SETB EA ；CPU开放中断SETB EX0 ；允许外部中断0中断 MOV DPTR，#FEF8H ；送入口地址并指向IN0LOOP： MOVX DPTR，A ；启动A/D转换，A的值无意义HERE： SJMP HERE ；等待中断中断服务程序： MOVX A，DPTR ；读取转换后的数字量 MOV R0，A ；存入片内RAM单元 INC DPTR ；指向下一模拟通道 INC R0 ；指向下一个数据存储单元 DJNZ R2，INT0 ；8路未转换完，则接着 CLR EA ；已转换完，则关中断 CLR EX0 ；禁止外部中断0中断 RETI ；中断返回 INT0： MOVX DPTR，A ；再次启动A/D转换 RETI ；中断返回12.模拟量输出通道由哪几部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输出通道一般由接口电路, D/A转换器, 功率放大与V/I变换等信号调理电路组成。(1)D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器(Digital/Analog Converter,简称D/A转换器或DAC)。它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。(2)V/I变换：一般状况下，D/A转换电路的输出是电压信号。在计算机限制系统中，当计算机远离现场，为了便于信号的远距离传输，削减由于传输带来的干扰与衰减，须要采纳电流方式输出模拟信号。很多标准化的工业仪表或执行机构，一般是采纳010mA或420mA的电流信号驱动的。因此，须要将模拟电压信号通过电压/电流(V/I)变换技术，转化为电流信号。13.采纳DAC0832与PC总线工业限制机接口。请画出接口电路原理图，并编写产生三角波, 梯形波与锯齿波的程序。本章作业设计一八路数据采集与其回放系统。要求八路数据巡回检测，存储10组数据，输数据为电压信号（0-5V），检测精度<1%。CPU, AD, DA可任选。第三章 微机数控系统习题参考答案3.1.什么是数控程序限制？数字程序限制有哪几种方式？所谓数控程序限制是计算机依据输入的指令与数据，限制生产机械（如各种加工机床）按规定的工作依次, 运动轨迹, 运动距离与运动速度等规律自动地完成工作的自动限制。数字程序限制方式：点位限制, 直线切削限制与轮廓的切削限制。3.2.什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程与圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？逐点比较法插补运算，就是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲），就作一次计算，将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较，推断其偏差状况，依据偏差，再确定下一步的走向（沿X轴进给，还是沿Y轴进给）。逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来靠近给定直线或圆弧曲线，最大靠近误差不超过数控系统的一个脉冲当量（每走一步的距离，即步长）。直线插补计算过程的步骤如下： (1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；(2)坐标进给：即依据偏差推断的结果确定进给方向，并在该方向上进给一步； (3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据；(4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。圆弧插补计算过程的步骤如下：(1)偏差判别(2)坐标进给(3)偏差计算(4)坐标计算(5)终点判别5.若加工第一象限直线OA，起点O（0，0），终点A（11，7）。要求：(1)按逐点比较法插补进行列表计算；(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向与步数。解：由题意可知xe=11,ye=7，F0=0，我们设置一个总的计数器Nxy,其初值应为Nxy=|7-0|+|11-0|=18，则插补计算过程如表31所示。依据插补计算过程表所作出的直线插补走步轨迹图如下图所示。表31步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判别起点F0=0Nxy=181F0=0+XF1=F0-ye=-7Nxy=172F1<0+YF2=F1+xe=4Nxy=163F2>0+XF3=F2-ye=-3Nxy=154F3<0+YF4=F3+xe=8Nxy=145F4>0+XF5=F4-ye=1Nxy=136F5>0+XF6=F5-ye=-6Nxy=127F6<0+YF7=F6+xe=5Nxy=118F7>0+XF8=F7-ye=-2Nxy=109F8<0+YF9=F8+xe=9Nxy=910F9>0+XF10=F9-ye=2Nxy=811F10>0+XF11=F10-ye=-5Nxy=712F11<0+YF12=F11+xe=6Nxy=613F12>0+XF13=F12-ye=-1Nxy=514F13<0+YF14=F13+xe=10Nxy=415F14>0+XF15=F14-ye=3Nxy=316F15>0+XF16=F15-ye=-4Nxy=217F16<0+YF17=F16+xe=7Nxy=118F17>0+XF18=F16-ye=0Nxy=03.5.设加工第一象限的圆弧AB，起点A（6，0），终点B（0，6）。要求：(1)按逐点比较法插补进行列表计算；(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向与步数。解：插补计算过程如表32所示。终点判别仍采纳第二种方法，设一个总的计数器Nxy，每走一步便减1操作，当Nxy=0时，加工到终点，插补运算结束。下图为插补过程中的走步轨迹。表32步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别起点F0=0x0=6,y0=0Nxy=121F0=0-XF1=0-12+1=-11x1=5,y1=0Nxy=112F1<0+YF2=-11+0+1=-10x2=5,y2=1Nxy=103F2<0+YF3=-10+2+1=-7x3=5,y3=2Nxy=94F3<0+YF4=-7+4+1=-2x4=5,y4=3Nxy=85F4<0+YF5=-2+6+1=5x5=5,y5=4Nxy=76F5>0-XF6=5-10+1=-4x6=4,y6=4Nxy=67F6<0+YF7=-4+8+1=5x7=4,y7=5Nxy=58F7>0-XF8=5-8+1=-2x8=3,y8=5Nxy=49F8<0+YF9=-2+10+1=9x9=3,y9=6Nxy=310F9>0-XF10=9-6+1=4x10=2,y10=6Nxy=211F10>0-XF11=4-4+1=1x11=1,y11=6Nxy=112F11>0-XF12=1-2+1=0x12=0,y12=6Nxy=03.6 .三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式的各相通电依次与电压波形图。解：有三种工作方式：（1）三相单三拍工作方式各相的通电依次为ABC,各相通电的电压波形如图3.1所示。图3.1单三拍工作的电压波形图（2）三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电依次为ABBCCA。各相通电的电压波形如图3.2所示。图3.2双三拍工作的电压波形图（3）三相六拍工作方式在反应式步进电机限制中，把单三拍与双三拍工作方式结合起来，就产生了六拍工作方式，其通电依次为AABBBCCCA。各相通电的电压波形如图3.3所示。图3.3三相六拍工作的电压波形图3.7. 采纳8255A作为x轴步进电机与y轴步进电机的限制接口，要求（1）画出接口电路原理图；（2）分别列出x轴与y轴步进电机在三相单三拍, 三相双三拍与三相六拍工作方式下的输出字表。解：（1）电路原理图如图所示（2）三相单三拍限制方式输出字表x轴步进电机输出字表y轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX20=02HADY20=02HADX300000100=04HADY300000100=04H三相双三拍限制方式输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字ADX100000011=03HADY100000011=03HADX200000110=06HADY200000110=06HADX300000101=05HADY300000101=05H三相六拍限制方式输出字表x轴步进电机输出字表y轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX200000011=03HADY200000011=03HADX300000010=02HADY300000010=02HADX400000110=06HADY400000110=06HADX500000100=04HADY500000100=04HADX600000101=05HADY600000101=05H第四章 微型计算机限制系统的限制算法习题参考答案4.1. 数字限制器的模拟化设计步骤是什么？模拟化设计步骤：（1）设计假想的模拟限制器D(S)（2）正确地选择采样周期T（3）将D(S)离散化为D(Z)（4）求出与D(S)对应的差分方程（5）依据差分方程编制相应程序。2.某系统的连续限制器设计为试用双线形变换法, 前向差分法, 后向差分法分别求取数字限制器D(Z)。解： 双线形变换法：把代入，则前向差分法：把代入，则 后向差分法：把代入，则4.3 什么是数字PID位置型限制算法与增量型限制算法？试比较它们的优缺点。为了实现微机限制生产过程变量，必需将模拟PID算式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周期T远小于信号变更周期时，作如下近似(T足够小时，如下靠近相当精确，被控过程与连续系统非常接近)：于是有：u(k)是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置(如限制阀门的开度)一一对应，所以称之为位置型PID算法。在这种位置型限制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的限制量u(k)不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得u(k)产生大幅度变更，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。所以实际中当执行机构须要的不是限制量的肯定值，而是其增量时，可以采纳增量型PID算法。当限制系统中的执行器为步进电机, 电动调整阀, 多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采纳增量型PID限制算法。与位置算法相比，增量型PID算法有如下优点：(1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，简单产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消退调整器的积分饱与，在精度不足时，计算误差对限制量的影响较小，简单取得较好的限制效果。(2)为实现手动自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，若采纳增量型算法，其输出对应于阀门位置的变更部分，即算式中不出现u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。(3)采纳增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。4.4 .已知模拟调整器的传递函数为试写出相应数字限制器的位置型与增量型限制算式，设采样周期T=0.2s。则把T=0.2S代入得位置型增量型（补充题）已知模拟调整器的传递函数为试写出相应数字限制器的位置型PID算法与增量型PID限制算式，设采样周期T=0.2s。解：因为所以。故位置型PID限制器故增量型PID限制器4.5. 什么叫积分饱与？它是怎么引起的？如何消退？解：（1）假如执行机构已经到极限位置，仍旧不能消退静差时，由于积分作用，尽管PID差分方程式所得的运算结果接着增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就叫积分饱与。（2）1, 当偏差产生跃变时，位置型PID算式的输出将急剧增大或减小，有可能超过执行机构的上（下）限，而此时执行机构只能工作在上限。2, 系统输出须要很长时间才达到给定值，在这段时间内算式的积分项将产生一个很大的积累值。3, 当系统输出超过给定值后，偏差反向，但由于大的积分积累值，限制量须要相当一段时间脱离饱与区。因此引起系统产生大幅度超调，系统不稳定。（3）常用的改进方法：积分分别法与抗积分饱与4.6. 采样周期的选择须要考虑那些因素？(1)从调整品质上看，盼望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，提高限制精度。通常保证在95%的系统的过渡过程时间内，采样6次15次即可。(2)从快速性与抗扰性方面考虑，盼望采样周期尽量短，这样给定值的变更可以快速地通过采样得到反映，而不致产生过大的延时。(3)从计算机的工作量与回路成本考虑，采样周期T应长些，尤其是多回路限制时，应使每个回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间较大时，常选T=（1/41/8）。(4)从计算精度方面考虑，采样周期T不应过短，当主机字长较小时，若T过短，将使前后两次采样值差别小，调整作用因此会减弱。另外，若执行机构的速度较低，会出现这种状况，即新的限制量已输出，而前一次限制却还没完成，这样采样周期再短也将毫无意义，因此T必需大于执行机构的调整时间。4.7. 简述扩充临界比例度法, 扩充响应曲线法整定PID参数的步骤。扩充临界比例度法整定PID参数的步骤：(1)选择一个足够短的采样周期T，例如被控过程有纯滞后时，采样周期T取滞后时间的1/10以下，此时调整器只作纯比例限制，给定值r作阶跃输入。(2)渐渐加大比例系数Kp，使限制系统出现临界振荡。由临界振荡过程求得相应的临界振荡周期Ts，并登记此时的比例系数Kp，将其记作临界振荡增益Ks。此时的比例度为临界比例度，记作。(3)选择限制度，所谓限制度是数字调整器与模拟调整器所对应的过渡过程的误差平方的积分之比。(4)依据限制度，查表求出T, Kp, Ti与Td值。(5)依据求得的整定参数，投入系统运行，视察限制效果，再适当调整参数，直到获得满足的限制效果为止。扩充响应曲线法整定PID参数的步骤：(1)断开数字调整器，让系统处于手动操作状态。将被调量调整到给定值旁边并稳定后，然后突然变更给定值，即给对象输入一个阶跃信号。(2)用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变更过程曲线，如图所示。(3)在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间, 被控对象的时间常数Tc，以与它们的比值Tc/。(4)由, Tc, Tc/值，查表，求出数字限制器的T, Kp, Ti与Td。4.8. 数字限制器的离散化设计步骤是什么？计算机限制系统框图如图41所示。图41计算机限制系统框图由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可求得限制器的脉冲传递函数D(z)。数字限制器的干脆设计步骤如下：(1)依据限制系统的性质指标要求与其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数(z)。(2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。(3)求取数字限制器的脉冲传递函数D(z)。(4)依据D(z)求取限制算法的递推计算公式。4.9 已知被控对象的传递函数为采样周期T=0.1s，采纳零阶保持器。要求（1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的，并计算输出响应, 限制信号与误差序列，画出它们对时间变更的波形。（2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的，并计算输出响应, 限制信号与误差序列，画出它们对时间变更的波形。解：广义脉冲传递函数为最少拍无纹波设计步骤：1）依据广义对象的传递函数确定参数N（分母多项式的幂次）M （分子多项式的幂次）d=N-M延时w在全部零点的总数（不包括无穷远的零点）v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数j在z平面的单位圆上极点的个数q(输入类型)已知N=2，M=2所以d=0w=1(即分子多项式中的)v=1，j=1；q=2(单位速度输入)2）确定F1(z)与F2(z)的幂次m与n所以：3）确定e(z)4）确定(z)5）依据关系使等式两边同幂次的系数相等，解出F1与F2中的系数。解得：所以：6）求限制器D(z)最少拍无纹波设计步骤：1）依据广义对象的传递函数确定参数N（分母多项式的幂次）M （分子多项式的幂次）d=N-M延时w在全部零点的总数（不包括无穷远的零点）v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数j在z平面的单位圆上极点的个数q(输入类型)已知N=2，M=2所以d=0w=1(即分子多项式中的)v=1，j=1；q=1(单位阶跃输入)2）确定F1(z)与F2(z)的幂次m与n所以：3）确定e(z)4）确定(z)5）依据关系使等式两边同幂次的系数相等，解出F1与F2中的系数。解得：所以：6）求限制器D(z)最少拍有纹波设计步骤：1）依据广义对象的传递函数确定参数N（分母多项式的幂次）M （分子多项式的幂次）d=N-M延时u在z平面的单位圆上或圆外零点的个数v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数j在z平面的单位圆上极点的个数q(输入类型)已知N=2，M=2所以d=0u=0(即分子多项式中的)v=1，j=1；q=1(单位速度输入)2）确定F1(z)与F2(z)的幂次m与n所以：3）确定e(z)4）确定(z)5）依据关系使等式两边同幂次的系数相等，解出F1与F2中的系数。解得：所以：6）求限制器D(z)4.10 被控对象的传递函数为 采样周期T=1s，采纳零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计： (1)最少拍无纹波系统的设计方法，设计与； (2)求出数字限制器输出序列的递推形式。解：广义对象的脉冲传递函数将T=1S代入，有最少拍无纹波设计步骤：1）依据广义对象的传递函数确定参数N（分母多项式的幂次）M （分子多项式的幂次）d=N-M延时w在全部零点的总数（不包括无穷远的零点）v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数j在z平面的单位圆上极点的个数q(输入类型)已知N=2，M=2所以d=0w=1v=2，j=2；q=2(单位阶跃输入)2）确定F1(z)与F2(z)的幂次m与n所以：3）确定e(z)4）确定(z)5）依据关系使等式两边同幂次的系数相等，解出F1与F2中的系数。解得：所以：6）求限制器D(z)11.被控对象的传递函数为采样周期T=1s，要求：(1)采纳Smith补偿限制，求取限制器的输出；(2)采纳大林算法设计数字限制器，并求取的递推形式。(1)采纳Smith补偿限制广义对象的传递函数为其中则(2)采纳大林算法设计数字限制器取T=1S,K=1,T1=1,L=1,设期望闭环传递函数的惯性时间常数T0=0.5S则期望的闭环系统的脉冲传递函数为广义被控对象的脉冲传递函数为则又则上式反变换到时域，则可得到12.何为振铃现象？如何消退振铃现象？所谓振铃现象是指数字限制器的输出u(k)以接近二分之一的采样频率大幅度上下摇摆。它对系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。消退振铃现象的方法：（1）参数选择法对于一阶滞后对象，假如合理选择期望闭环传递函数的惯性时间常数T0与采样周期T，使RA0，就没有振铃现象。即使不能使RA0，也可以把RA减到最小，最大程度地抑制振铃。（2）消退振铃因子法找出数字限制器D(z)中引起振铃现象的因子(即z=-1旁边的极点)，然后人为地令其中的z=1，就消退了这个极点。依据终值定理，这样做不影响输出的稳态值，但却变更了数字限制器的动态特性，从而将影响闭环系统的动态响应。第 21 页