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计算机控制技术
目录
1. 学习计算控制系统需要的相关知识有哪些？
2. 计算机控制系统是什么？
3. 计算机控制系统的主要研究内容是什么？
4. 计算机控制系统的主要特点是什么？
5. 计算机控制系统的性能指标主要有哪些？
6. 计算机控制系统的基本类型有哪些？
7. 计算机控制实验的基本要求是什么？
8. 计算机控制系统中典型的被控对象类型有哪些？
9. 实验平台的“功能一体化”是何含义？
10. 实验平台的“结构网络化”是何含义？
11. 实验平台的“场所便利化”是何含义？
12. 系统常规的性能指标一般包括哪些内容？
13. 简述系统稳定性的基本概念
14. 连续系统稳定性的条件是什么？
15. 判断连续系统稳定的方法有哪些？
16. 什么是稳态误差？系统的稳态误差与哪些因素有关？
17. 典型计算机控制系统的设计方法主要有哪几种？
18. 数字控制器为什么可以采用模拟化的设计方法？
19. 改进的数字 PID 控制算法中积分分离作用是什么？
20. 控制器设计中“零极点不能对消”是何含义？
1. 学习计算控制系统需要的相关知识有哪些？
答案：
数学基础知识：高等数学、复变函数、矩阵理论等
专业基础知识：自动控制原理、微机原理、电力电子技术、Matlab编程基础等
2. 计算机控制系统是什么？
答案：
计算机控制系统就是由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，即应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。
自动控制是指在非人工直接参与的前提下，应用自动控制装置自动地、有目的地控制设备和生产过程，使之具有一定的状态和性能，完成相应的功能，实现预定的目标。自动控制系统一般可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
3. 计算机控制系统的主要研究内容是什么？
答案：
主要从信号变换、对象建模与性能分析、控制算法设计、控制系统仿真、控制系统实现等5个方面系统讲述计算机控制系统分析和设计的基本理论和方法。
4. 计算机控制系统的主要特点是什么？
答案：
结构混合：控制器是离散的，而被控对象一般是连续的；
信号混合：包括模拟信号、离散模拟信号、数字信号等。
5. 计算机控制系统的性能指标主要有哪些？
答案：
计算机控制系统的性能指标主要有稳定性指标、稳态指标、动态指标、综合指标等。
6. 计算机控制系统的基本类型有哪些？
答案：
计算机控制系统的基本类型主要有：操作指导型计算机控制系统、直接数字控制系统、计算机监督控制系统、集中式计算机控制系统、集散控制系统、总线控制系统、控制网络系统等。
7. 计算机控制实验的基本要求是什么？
答案：
对课本中所涉及的计算机控制系统的相关理论进行仿真和控制实验研究，包括基础型实验，扩展型实验和研究型实验。
8. 计算机控制系统中典型的被控对象类型有哪些？
答案：
有快过程和慢过程两种，快过程如电机调速运动控制系统，慢过程如炉温控制系统。
9. 实验平台的“功能一体化”是何含义？
答案：
主要指计算机仿真与实际闭环控制的一体化，将仿真控制算法直接下载到控制器中，不必二次编程。
10. 实验平台的“结构网络化”是何含义？
答案：
指被控对象与控制器之间通过远程网络联系起来，使实验者可以通过普遍存在的广域网络完成各种实验，并可以通过实时图像监视被控对象的运行过程。
11. 实验平台的“场所便利化”是何含义？
答案：
指被控对象和控制系统小型化，安全性高、成本低，便于使用者携带和使用，在家中和宿舍等场所即可完成各种实验。
12. 系统常规的性能指标一般包括哪些内容？
答案：
稳定性指标，稳态指标和暂态指标，有时还包括系统的抗干扰指标。
13. 简述系统稳定性的基本概念
答案：
一个系统稳定是指该系统在平衡状态下，受到外部扰动作用而偏离平衡状态，当扰动消失后，经过一段时间，系统能够回到原来的平衡状态。线性系统的稳定性是由系统本身固有的特性决定的， 而与系统外部输入信号的有无和强弱无关。
14. 连续系统稳定性的条件是什么？
答案：
系统的特征方程的所有特征根， 亦即系统传递函数的所有极点都分布在 s 平面的左半平面， s 平面的虚轴为稳定边界。
15. 判断连续系统稳定的方法有哪些？
答案：
（1）代数判据：劳斯判据，胡尔维茨判据等
（2）根轨迹方法
（3）频率域方法：奈奎斯特判据，波特图法等
16. 什么是稳态误差？系统的稳态误差与哪些因素有关？
答案：
稳态误差指系统过渡过程结束到达稳态以后， 系统参考输入与系统输出之间的偏差。稳态误差是衡量计算机控制系统准确性的一项重要指标，一般与系统的结构和参考输入有关。
17. 典型计算机控制系统的设计方法主要有哪几种？
答案：
主要设计方法或思路有两种： 一是利用我们比较熟悉并且积累了丰富经验的各种模拟系统设计方法（也称连续域设计方法）设计出令人满意的模拟控制器，然后将其离散化成数字控制器，这就是数字控制器的模拟化设计方法；二是首先把模拟被控对象等连续部分离散化，然后直接在离散域设计数字控制器，这就是所谓的离散化设计（直接设计）方法。
18. 数字控制器为什么可以采用模拟化的设计方法？
答案：
在合理选择 A/D、 D/A 等环节的基础上，只要选择足够小的采样周期 T，计算机控制系统就可以近视为连续系统， 计算机控制系统的设计就可以引用连续控制系统的设计方法，设计出模拟控制器 D(s)后，对其进行离散化得到数字控制器D(z)，由计算机实现数字控制器 D(z)。
19. 改进的数字 PID 控制算法中积分分离作用是什么？
答案：
许多控制系统在开始启动、停车或较大幅度改变给定信号时，控制器的输入端都会产生较大的偏差（系统的给定和输出信号之间的偏差），如果采用 PID 控制器， 则 PID 控制算法中积分项经过短时间的积累就将使控制量u(k)变得很大甚至达到饱和（执行机构达到机械极限），这时的控制系统处于一种非线性状态，不能根据控制器输入偏差的变化按预期控制规律来正确地改变控制量。 由于积分项很大，一般要经过很长时间误差才能被减下来，因此系统会产生严重的超调。这种现象是实际控制系统所不能容忍的，必须加以改进。
20. 控制器设计中“零极点不能对消”是何含义？
答案：
（1）被控对象不稳定的极点不能用控制器不稳定的零点来对消，否则当被控对象的模型参数发生变化时，控制系统将不稳定（系统输出发散）；
（2）被控对象不稳定的零点不能用控制器不稳定的极点来对消，否则控制器的输出将发散，控制系统将不稳定。
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