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分布式控制理论—应对考试工科

分布式控制理论—应对考试工科
分布式控制理论—应对考试工科

问题总结:

1、方案一:环型+星型

方案二:星型+星型

方案三:环型+环型(主干环型+支线星型)试总结方案一至三的优缺点及适应环境?

2、“分布式控制理论与技术”发展过程经历了哪几个阶段?每个阶段有何特点?

答:四个阶段。

第一阶段:人工控制、手工操作、凭经验控制;

第二阶段:古典控制理论的产生,为单入/单出和单台设备控制;

第三阶段:现代控制理论,串级、比值、均匀和前馈控制;

第四阶段:预测控制、自适应、模糊控制等多参数控制。

3、元器件、PLC、计算机的发展对“分布式控制理论与技术”有何促进作用?

答:电子管元件出现,为控制提供了初级手段,古典控制理论的产生;控制方式为单入/单出和单台设备控制;晶体管的出现;由古典控制理论到现代控制理论;控制结构改为串级、比值、均匀和前馈控制;随着这些元器件的出现和发展出现大规模集成电路。器件,电路和控制理论综合应用于实践,出现了传统控制系统,PLC的应用出现了后来的DCS、PC特别是大型IPC的应用出现了FCS是控制从一条生产线,一个工厂到整个厂区,控制理论相应也采用预测控制、自适应、模糊控制等多参数控制;智能变送、智能调节。

4、模拟系统与数字系统有何区别?

答:

模拟系统:其中调节器多为气动或电动模拟单元组合仪表。算法由硬件来实现。

数字系统:用数字调节器代替模拟调节器特别是计算机应用于控制系统中(计算机控制系统),会使得数字系统较模拟系统有以下优点:

5、监测与监控的内涵是什么?各自用在什么情况?

答:监测:是利用传感器对现场信号进行采集,然后再进行线性化、滤波、放大、整形等处理,再送往计算机中进行存取、分类、打印、报警、显示等。应用于开环控制系统中。

监控:在监测的基础上,再在控制器中添加一定的算法,即将输出信号与给定信号比较后进行PID控制等,充分保证系统的稳、准、快特性,然后才将信号输送给执行器作用于被控对象。

6、常规仪表与计算机混合系统的结构特点?

特点:采集后的信号进行的运算和处理由计算机软件来完成,整个系统软件与硬件相结合比单纯的由模拟器件组成的模拟系统更稳定,可靠性更高。同时可调节品质,提高生产的产量和质量。

7、计算机控制系统是硬件控制还是软件控制?

答:计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和,通常包括系统软件跟应用软件。

计算机控制系统的结构框图如上。

8、计算机控制系统组态单回路控制的流程?

答:单回路系统的组态举例流量控制系统图

9、DCS的发展有那几个结合?

答:(1)与PLC 技术相融合

传统的DCS是由回路仪表控制系统发展而来,在回路调节与模拟量控制等方面具有一定优势

(2) 与现场总线技术相结合

依据IEC61158规范和现场总线基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义:现场总线是一种服

务于生产现场、能够在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的网络系统。

(3) 与智能控制技术相结合

专家系统、模糊逻辑和人工神经网络技术等

10、现场总线的Internet体系有哪几层?每层作用是什么?

答:

11、现场总线仅仅是一对线吗?为什么?

答:不是,因为,现场总线是应用于生产现场,在微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,又称为开放式、数字式、多点通信的底层控制网络。它还包含测量、通讯和控制终端设备。

12、请解释现场总线含义?

答:现场总线是应用于生产现场,在微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,又称为开放式、数字式、多点通信的底层控制网络。

13、请解释信息孤岛的含义?

答:采用一对一连线,用电压或电流的模拟信号进行测量控制,或采用自封闭式的集散系统,难以实现设备以及系统与外界之间的信息交换,致使自动化系统成为信息孤岛。

14、计算机监控系统有何功能?

答:计算机监控系统又称计算机监督系统(SCC)实际是两级计算机控制系统,上一级为SCC,下一级为DDC。对生产过程采集的数据经AI、DI送DDC的同时也送SCC。SCC根据采集的数据,经过计算后获得最佳设定值传送给DDC。DDC对设定值和测量值进行比较,将比较后的结果经AO、DO送出,对生产过程进行控制。对计算机监督系统而言,要求SCC具有强大的数据处理能力,存储容量大;DDC则需要实时性好,可靠性高,环境适应性好。

15、集散控制(DCS)与现场总线控制各有什么特点?试画出两种系统的结构图。

答:DCS系统:

DCS结构图

特点:(1)从上到下的树状拓扑大系统,其中通信(Communication)是关键。

(2)模拟信号,A/D—D/A、带微处理器的混合。

(3)DCS是信息管理站、监控(工程师站)、控制站、现场级(现场测控站)的4级结构。(4)缺点,是成本高,各公司产品不能互换,不能互操作,大DCS系统是各家不同的。FCS系统:

特点:(1)全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置.

(2)在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。

(3)多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。

(4)是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。

(5)局域网,再可与internet相通。

(16)改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。

FCS系统结构图

16、什么是单工通信?什么是双工通信?

答:所谓单工通信,是指消息只能单方向传输的工作方式。例如遥控、遥测,就是单工通信方式单工通信信道是单向信道,发送端和接收端的身份是固定的,发送端只能发送信息,不能接收信息;接收端只能接收信息,不能发送信息。

双工通信,包括全双工通信和半双工通信。

半双工: 数据沿双向交替传送(同一时刻只能单项传送,并且应答公用一条信道)

全双工: 是指将两套半双工通信设备合二为一,有4条独立信道。

17、什么是主站?什么是从站?

答:笔记P16,主站:控制系统中能发送命令的叫主站,只能向操作站如PLC发送参数和数据的叫从站。

18、填空

①网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型。

②常用的通信方式有半双工、全双工。

③局域网常用信息交换方式报文交换、线路交换。笔记P24

19、以太网协议时什么?与TCP/IP协议怎么对接?

答:传统以太网使用CSMA/CD协议,而高速以太网则使用IEEE802.3协议。

20用以太网交换机扩展局域网化成方框图?

答:笔记P21

21、用以太网交换机扩展局域网有哪几种连接几种方式?

答:有两种方式;树型和星型,如20中即为星型。

22、PROFIBUS传输技术有哪几种?分别说明;

答:三种:

PROFIBUS-DP:用于分布式控制系统的高速数据传输,采用优化的高速、廉价的通信连接,适合于控制系统和设备级分散I/O间的通信。(分布式外设)可取代(0~10mA、4~20mA、0~20mA、0~5VDC并行信号线)。

PROFIBUS-FMS: 用于纺织、楼宇自动化、电气传动、PLC、传感器与执行器、低压电器设备等一般自动化控制。可完成中等传输速度的循环和非循环通信任务,为解决车间级(生产线)通信任务提供大量的通信服务。

PROFIBUS-PA:用于过程自动化(如温度、压力、流量成分…..),采用标准的本质安全传输技术。可用于对安全性要求高的场合以及由总分布供电的站点。

23、串并通信的区别是什么?

答:

24、FCS的传输技术在应用于过程自动化时要求数据和电源的传输在不同的电缆上进行吗?答:不是,过程自动化过程中只能使用PROFIBUS-PA总线,该传输采用同步协议,实现无流连续传输,现场设备通过总线供电。

25、多级分布式结构特点是什么?一般一用于那些场合?

答:基于IPC+PLC+现场总线的分布式控制系统

特点:通过直接利用PLC的CPU上内置的现场总线接口或通过在PLC背板总线上安装现场总线通讯接口模块来扩展出现场总线;挂接各种支持该现场总线的传感器、执行器、驱动装置、智能仪表等,PLC负责完成协调功能和更高层次的控制算法

26、PROFIBUS使用什么存取协议?通过模型第几层实现?

答:

27、填空:

①分段耦合器可以将PROFIBUS-PA传输技术的总线段与PROFIBUS-DP总线段相连接。可使IEC1158-2信号与RS485/光纤信号相适配。

② PROFIBUS总线提供3种传输技术,其中DP/FMS的网络拓扑结构为树型而PA的网络拓扑结构为总线型。

28、基于PLC的分布式结构与基于IPC的分布式结构各有什么不同?

答:从器件角度:基于PLC的分布式结构是一种模块式的结构,根据需要灵活组态,进行光电隔离,可靠性高。而基于IPC的分布式结构式插卡式结构,可靠性低,易死机。

从分布式总线角度:

29、用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的。

30、模糊控制算法和模糊PID控制算法属于传统控制算法吗?

答:不是。传统的控制算法如所以传统的控制算法必须已知被控对象,且被控对象必须能建立精确的数学模型,常用于线性定常系统中。PID 控制器不能在线整定参数;并且,常规PID 控制器对于非线性、时变的系统和模型不清楚的系统就不能很好的控制。传统的控制算法均不能实现在线参数自整定。

而模糊控制算法:是通过计算机完成人们用自然语言所描述的控制活动,主要是对复杂的和模型不清楚的系统都能进行简单而有效的控制,所以其不需要知道对象的数学模型,具有系统响应快,超调小,过渡过程时间短等优点,这是其区别于传统控制算法的特点。

模糊PID控制算法:是将传统PID控制算法与模糊控制算法相结合,组成兼有着两者优点的模糊PID(Fuzzy-PID)控制算法,可以实现在线参数自整定对非线性、时变的系统和模型不清楚的系统更好地满足系统对稳、准、快的设计要求。

附录:题目大全

1、方案一:环型+星型

方案二:星型+星型

方案三:环型+环型(主干环型+支线星型)试总结方案一至三的优缺点及适应环境?

2、“分布式控制理论与技术”发展过程经历了哪几个阶段?每个阶段有何特点?

答:四个阶段。

3、元器件、PLC、计算机的发展对“分布式控制理论与技术”有何促进作用?

4、模拟系统与数字系统有何区别?

5、监测与监控的内涵是什么?各自用在什么情况?

象。

6、常规仪表与计算机混合系统的结构特点?

7、计算机控制系统是硬件控制还是软件控制?

8、计算机控制系统组态单回路控制的流程?

9、DCS的发展有那几个结合?

10、现场总线的Internet体系有哪几层?每层作用是什么?

11、现场总线仅仅是一对线吗?为什么?

12、请解释现场总线含义?

13、请解释信息孤岛的含义?

14、计算机监控系统有何功能?

15、集散控制(DCS)与现场总线控制各有什么特点?试画出两种系统的结构图。

16、什么是单工通信?什么是双工通信?

17、什么是主站?什么是从站?

18、填空

①网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型。

②常用的通信方式有半双工、全双工。

③局域网常用信息交换方式报文交换、线路交换。

19、以太网协议时什么?与TCP/IP协议怎么对接

20用以太网交换机扩展局域网化成方框图?

21、用以太网交换机扩展局域网有哪几种连接几种方式?

22、PROFIBUS传输技术有哪几种?分别说明;

23、串并通信的区别是什么?

24、FCS的传输技术在应用于过程自动化时要求数据和电源的传输在不同的电缆上进行吗?

25、多级分布式结构特点是什么?一般一用于那些场合?

26、PROFIBUS使用什么存取协议?通过模型第几层实现?

27、填空:

①分段耦合器可以将PROFIBUS-PA传输技术的总线段与PROFIBUS-DP总线段相连接。可使IEC1158-2信号与RS485/光纤信号相适配。

② PROFIBUS总线提供3种传输技术,其中DP/FMS的网络拓扑结构为树型而PA的网络拓扑结构为总线型。

28、基于PLC的分布式结构与基于IPC的分布式结构各有什么不同?

29、用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的。

30、模糊控制算法和模糊PID控制算法属于传统控制算法吗?

现代控制理论试题

现代控制理论试题 Company number:【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

现代控制理论试题 一、名词解释(15分) 1、能控性 2、能观性 3、系统的最小实现 4、渐近稳定性 二、简答题(15分) 1、连续时间线性时不变系统(线性定常连续系统)做线性变换时不改变系 统的那些性质 2、如何判断线性定常系统的能控性如何判断线性定常系统的能观性 3、传递函数矩阵的最小实现A、B、C和D的充要条件是什么 4、对于线性定常系统能够任意配置极点的充要条件是什么 5、线性定常连续系统状态观测器的存在条件是什么 三、计算题(70分) 1、RC 无源网络如图1所示,试列写出其状态方程和输出方程。其中,为系统的输入,选两端的电压为状态变量,两端的电压为状态变量,电压为为系统的输出y。 2、计算下列状态空间描述的传递函数g(s) 图1:RC无源网络 3、求出下列连续时间线性是不变系统的时间离散化状态方程: 其中,采样周期为T=2. 4、求取下列各连续时间线性时不变系统的状态变量解和 5、确定是下列连续时间线性时不变系统联合完全能控和完全能观测得待定参数a的 取值范围: 6、对下列连续时间非线性时不变系统,判断原点平衡状态即是否为大范围渐 近稳定: 7、给定一个单输入单输出连续时间线性时不变系统的传递函数为 试确定一个状态反馈矩阵K,使闭环极点配置为,和。 现代控制理论试题答案 一、概念题 1、何为系统的能控性和能观性 答:(1)对于线性定常连续系统,若存在一分段连续控制向量u(t),能在有限时间区间[t0,t1]内将系统从初始状态x(t0)转移到任意终端状态x(t1),那么就称此状态是能控的。 (2)对于线性定常系统,在任意给定的输入u(t)下,能够根据输出量y(t)在有限时间区间[t0,t1]内的测量值,唯一地确定系统在t0时刻的初始状态x(t0 ),就称系统在t0时刻是能观测的。若在任意初始时刻系统都能观测,则称系统是状态完全能观测的,简称能观测的。

(完整word版)现代控制理论基础试卷及答案,推荐文档

现代控制理论基础考试题 西北工业大学考试题(A卷) (考试时间120分钟) 学院:专业:姓名:学号: 一.填空题(共27分,每空1.5分) 1.现代控制理论基础的系统分析包括___________和___________。 2._______是系统松弛时,输出量、输入量的拉普拉斯变换之比。 3.线性定常系统齐次状态方程是指系统___________时的状态方程。 4.推导离散化系统方程时在被控对象上串接一个开关,该开关以T为周期进 行开和关。这个开关称为_______。 5.离散系统的能______和能______是有条件的等价。 6.在所有可能的实现中,维数最小的实现称为最小实现,也称为__________。 7.构造一个与系统状态x有关的标量函数V(x, t)来表征系统的广义能量, V(x, t)称为___________。 8.单输入-单输出线性定常系统,其BIBO稳定的充要条件是传递函数的所有 极点具有______。 9.控制系统的综合目的在于通过系统的综合保证系统稳定,有满意的 _________、_________和较强的_________。 10.所谓系统镇定问题就是一个李亚普诺夫意义下非渐近稳定的系统通过引入_______,以实现系统在李亚普诺夫意义下渐近稳定的问题。 11.实际的物理系统中,控制向量总是受到限制的,只能在r维控制空间中某一个控制域内取值,这个控制域称为_______。 12._________和_________是两个相并行的求解最优控制问题的重要方法。二.判断题(共20分,每空2分) 1.一个系统,状态变量的数目和选取都是惟一的。(×) 2.传递函数矩阵的描述与状态变量选择无关。(√) 3.状态方程是矩阵代数方程,输出方程是矩阵微分方程。(×) 4.对于任意的初始状态) ( t x和输入向量)(t u,系统状态方程的解存在并且惟一。(√) 5.传递函数矩阵也能描述系统方程中能控不能观测部分的特性。(×) 6.BIBO 稳定的系统是平衡状态渐近稳定。(×) 7.一个系统能正常工作,稳定性是最基本的要求。(√) 8.如果系统的状态不能测得,只要系统能观测,可以采用状态观测器实现状

现代控制理论课后习题答案

绪论 为了帮助大家在期末复习中能更全面地掌握书中知识点,并且在以后参加考研考博考试直到工作中,为大家提供一个理论参考依据,我们11级自动化二班的同学们在王整风教授的带领下合力编写了这本《现代控制理论习题集》(刘豹第三版),希望大家好好利用这本辅助工具。 根据老师要求,本次任务分组化,责任到个人。我们班整体分为五大组,每组负责整理一章习题,每个人的任务由组长具体分配,一个人大概分1~2道题,每个人任务虽然不算多,但也给同学们提出了要求:1.写清题号,抄题,画图(用CAD或word画)。2.题解详略得当,老师要求的步骤必须写上。3.遇到一题多解,要尽量写出多种方法。 本习题集贯穿全书,为大家展示了控制理论的基础、性质和控制一个动态系统的四个基本步骤,即建模、系统辨识、信号处理、综合控制输入。我们紧贴原课本,强调运用统一、联系的方法分析处理每一道题,将各章节的知识点都有机地整合在一起,力争做到了对控制理论概念阐述明确,给每道题的解析赋予了较强的物理概念及工程背景。在课后题中出现的本章节重难点部分,我们加上了必要的文字和图例说明,让读者感觉每一题都思路清晰,简单明了,由于我们给习题配以多种解法,更有助于发散大家的思维,做到举一反三!

这本书是由11级自动化二班《现代控制理论》授课老师王整风教授全程监管,魏琳琳同学负责分组和发布任务书,由五个小组组组长李卓钰、程俊辉、林玉松、王亚楠、张宝峰负责自己章节的初步审核,然后汇总到胡玉皓同学那里,并由他做最后的总审核工作,绪论是段培龙同学和付博同学共同编写的。 本书耗时两周,在同学的共同努力下完成,是二班大家庭里又一份智慧和努力的结晶,望大家能够合理使用,如发现错误请及时通知,欢迎大家的批评指正! 2014年6月2日

分布式控制系统

分布式控制系统

题,才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。

1975-1980年,在这个时期集散控制系统的技术特点表现为:

从结构上划分,DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O 单元和现场仪表组成,是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括:操作员站和工程师站,完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统(MIS系统),作为DCS更高层次的应用,目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。 DCS的控制程序:DCS的控制决策是由过程控制站完成的,所以控制程序是由过程控制站执行的。 过程控制站的组成: DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统,主要由电源、CPU(中央处理器)、网络接口和I/O组成 I/O:控制系统需要建立信号的输入和输出通道,这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的,一个I/O模块上有一个或多个I/O通道,用来连接传感器和执行器(调节阀)。 I/O单元:通常,一个过程控制站是有几个机架组成,每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元,同一个过程站中只能有一个CPU单元,其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。 国内外应用 分散控制系统 1975 年美国最大的仪表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC—2000 ( Toal Distributed Control-2000),这一系统的发表,立即引起美国工业控制界高度评价,称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效,推出了一个又一个集散系统,从此过程控制进入了集散系统的新时期。 在此期间有日本横河公司推出的CEN TUM,美国泰勒仪表公司的MO SË,费雪尔公司的DCÉ —400,贝利公司的N —90,福克斯波罗公司的Cpect rum 和德国西门子公司的Telepermm。 随着计算机特别是微型计算机与网络技术的飞速发展,加上各制造商的激烈竞争,使DCS 很快从70 年代的第一代发展到90 年代初的第三代DCS。尽管在这之前的集散系统的技术水平已经很高,但其中存在着一个最主要的弊病是:各大公司推出的几十种型号的系统,几乎都是该公司的专利产品,每个公司为了保护自身的利益,采用的都是专利网络,这就为全厂、全企业的管理带来问题。 随着计算机的发展与网络开发使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术,80年代末许多公司推出新一代的集散系统,其主要特征是新系统的局部网络采用MA P 协议;引用智能变送器与现场总线结构;在控制软件上引入PLC 的顺序控制与批量控制,使DCS 也具有PLC 的功能。 至90 年代初各国知名的DCS 有:3000,Bailey 的IN F I—90,Ro semoun t 的RS—3,W est Hoo se 的WDPF,L eeds &Non th rup 的MAX—1000,Foxbo ro 的IöA S,日本横河的CEN TUM。这里所提到的均为大型的DCS,为了适应市场的需要各厂商也开发了不少中小型的DCS 系统如S—9000,MAX—2,LXL,A 2 PACS 等等。

现代控制理论基础考试题A卷及答案

即 112442k g k f M L M ML θθθ??=-+++ ??? && 212 44k k g M M L θθθ??=-+ ??? && (2)定义状态变量 11x θ=,21x θ=&,32 x θ=,42x θ=& 则 一.(本题满分10分) 如图所示为一个摆杆系统,两摆杆长度均为L ,摆杆的质量忽略不计,摆杆末端两个质量块(质量均为M )视为质点,两摆杆中点处连接一条弹簧,1θ与2θ分别为两摆杆与竖直方向的夹角。当12θθ=时,弹簧没有伸长和压缩。水平向右的外力()f t 作用在左杆中点处,假设摆杆与支点之间没有摩擦与阻尼,而且位移足够小,满足近似式sin θθ=,cos 1θ=。 (1)写出系统的运动微分方程; (2)写出系统的状态方程。 【解】 (1)对左边的质量块,有 ()2111211 cos sin sin cos sin 222 L L L ML f k MgL θθθθθθ=?-?-?-&& 对右边的质量块,有 ()221222 sin sin cos sin 22 L L ML k MgL θθθθθ=?-?-&& 在位移足够小的条件下,近似写成: ()1121 24f kL ML Mg θθθθ=---&& ()2122 4kL ML Mg θθθθ=--&&

2 / 7 1221 334413 44244x x k g k f x x x M L M ML x x k k g x x x M M L =?? ???=-+++ ???? ? =????=-+? ????? &&&& 或写成 11 223 34401 000014420001000044x x k g k x x M L M f ML x x x x k k g M M L ? ? ?? ?????????? ??-+???? ???????????=+???? ????? ??????????????????? ????-+?? ? ? ?????? ? &&&& 二.(本题满分10分) 设一个线性定常系统的状态方程为=x Ax &,其中22R ?∈A 。 若1(0)1?? =??-??x 时,状态响应为22()t t e t e --??=??-?? x ;2(0)1??=??-??x 时,状态响应为 2()t t e t e --?? =??-?? x 。试求当1(0)3??=????x 时的状态响应()t x 。 【解答】系统的状态转移矩阵为()t t e =A Φ,根据题意有 221()1t t t e t e e --????==????--???? A x 22()1t t t e t e e --????==????--???? A x 合并得 2212211t t t t t e e e e e ----????=????----?? ??A 求得状态转移矩阵为 1 22221212221111t t t t t t t t t e e e e e e e e e -----------?????? ?? ==????????------???? ????A 22222222t t t t t t t t e e e e e e e e --------?? -+-+=??--??

现代控制理论考试试卷A

北京航空航天大学 2019-2020 学年 第二学期期末 《现代控制理论》 A卷 班 级______________学 号 _________ 姓 名______________成 绩 _________ 2020年6月22日

班号 学号 姓名 成绩 《现代控制理论》期末考试卷 一、(本题10分)某RLC 电路如题一图所示,其中u 为输入信号、y 为输出信号、i 为流过网络的电流。若令状态x 1=i ,x 2=y ,建立系统的动态方程,并判断系统的可控性和可观测性(所有参数非零)。 题一图 二、(本题10分)系统的动态方程为 010*********???? ????=+????-???????? x x u , []001=y x 若[](0)001=-T x ,()()δ=u t t (单位脉冲信号),求()x t 和()y t 。 三、(本题15分)已知系统具有如下形式: []111122********* a b x Ax bu a x b u b y cx c c c x l l l éù éùêúêúêúêú=+=+êúêú êúêú???? == (1). 若12=l l ,给出系统可控并且可观测的充分必要条件;若12≠l l ,20=b ,

给出系统可控的充分必要条件(即参数12123123,,,,,,,a a b b b c c c 需满足的条件); (2). 若11=-l ,11=a ,[][]12123301,1000b b c c c b éùéù êúêú êúêú==êúêúêúêú??? ?,计算系统的传 递函数()G s ,并给出该传递函数的可观标准型最小阶实现。 四、(本题20分)已知系统具有如下形式: []1112212200 n n A A x Ax bu x u A A b y cx c x éùéù êúêú=+=+êúêú????== 其中, 11A 为(1)(1)-?-n n 的方阵,22A 为11?的方阵,12A 为(1)-n 维列向量,21A 为(1)-n 维行向量,n b 和n c 分别为非零实数。 (1). 证明系统既可控又可观测的充分必要条件是:1112(,)A A 可控且1121(,)A A 可观测; (2). 若A 的特征多项式为()p s ,而 110100001000011000 A éù êúêúêúêú=êúêúêú êú?? 求系统的传递函数,并证明若系统既可控又可观测,则有(1)0≠p 。 五、(本题15分)已知系统动态方程如下: 210431x x u éùéù êúêú=+êúêúêúêú???? , 11y x éù=êú?? (1). 判断系统的可控性。若系统可控,将系统化为可控标准型; (2). 是否可以用状态反馈将A bk -的特征值配置到{}2,3--?若可以,求出状态反馈增益阵k 。

分布式温室控制系统

分布式温室控制系统

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分布式温室控制系统 摘要 针对农业环境自动化控制的需要,研制了“分布式智能型温室计算机控制系统”。该系统体系结构为中心计算机和单片机智能控制仪的主从式结构,系统采用实时多任务操作系统和农业温室专家系统的人工智能技术,对温室内外环境因子进行实时监测和智能化决策调节,为农作物创造最优化的生长条件。实时多任务系统使系统的通信,环境参数采集,控制可以同时进行:由于现场情况的复杂性和多变性,依靠精确数学模型的传统控制已经无法很好地解决问题,因此,本系统采用存储大量现场经验和知识的专家系统来达到控制的目的。采用专家系统从理论上去验证和分析系统,保证了系统运行的稳定性和可扩展性,降低了开发难度。系统硬件主要由环境因子实时监测模块、智能决策模块组成。软件部分采用COM组态方式实现,包括数据库管理模块、人工控制模块等几部分构成,具有操作简便,可靠性高,便于升级扩充等特点,已实现产品化。本系统软件采用组态方式实现,文中介绍了如何利用COM来实现用于工业控制系统的组态软件。传统的面向对象的设计思想已经难以适应现在的分布式软件模型的要求,组件化的程序设计思想是为了提高软件的可重用洼,可扩展性而出现的。组态软件则是为了满足控制系统现场情况的多变性而出现的。为了提高软件的可重用性.减少控制软件设计中的重复劳动,所以控制软件设计成为组态方式成为一种趋势。利用COM的思想,采取模块

包装的方式来实现组态软件使得这样的软件能够直用于不同的控制系统。 关键词:温室专家系统人工智能组态软件单片机 1绪论 二十一世纪是生命科学的世纪。加强以现代农业生物技术为主体的农业高科技的研究与开发,是下个世纪我国农业领域能否掌握科技进步主动权的关键。发展农业高科技产业是促进我国农业高科技研究开发及其与经济建设紧密结合的重要途径。温室设旌的自动检测和控制技术能为作物创造良好的生长环境,同时温室内的高温、高湿作业环境,又需要作业的自动化技术。随着温室面积的扩大以及自动化装备的应用,如何进行温室的群管理,以降低运行成本、提高效率、实现环境的精确控制成为目前研究的关键问题。针对温室环境的自动控制技术、智能管理技术、温室群管理技术正在逐步得到应用,并正向无人化方向发展。.从计算机局域网到互联网,已形成了世界范围的计算机网络。由于信启.资源量大、更新传递速度快、遍及世界各地等特点,近年来它的应用取得了飞速的进展,同时在农业领域的应用也越来越广泛。近几年来,随着低价格、高性能计算机的普及应用以及计算机网络的低价格和高速度,人们在寻求将温室的计算机检测控制信息形成网络化,利用网络的优势来实现温室群的高效率栽培管理,环境控制的精确化、节能化以及设备成本的降低。本文主要介绍并分析远程分布式控制系统设计技术在温室环境控制上的应用。 国外研究现状

(完整版)现代控制理论考试卷及答案

西北工业大学考试试题(卷)2008 -2009 学年第2 学期

2009年《现代控制理论》试卷A 评分标准及答案 第一题(10分,每个小题答对1分,答错0分) (1)对 (2)错 (3)对 (4)错 (5)对 (6)对 (7)对 (8)对 (9)对 (10)错 第二题(15分) (1))(t Φ(7分):公式正确3分,计算过程及结果正确4分 ? ? ? ???+-+---=-=Φ?? ?? ??????+- +-+- +-+- ++-+=??????-+++=-??? ???+-=------------t t t t t t t t e e e e e e e e A sI L t s s s s s s s s s s s s A sI s s A sI 22221 11 2222}){()(22112 21221112112 213)2)(1(1 )(321 (2) 状态方程有两种解法(8分):公式正确4分,计算过程及结果正确4分 ??????-+-+-=????? ???????+-+++-+++-++??????+--=??????????? ???????++-++++-=-+-=??????---+-=????? ?+--+??? ???+--=??????-Φ+Φ=------------------------------??t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t e e te e e te s s s s s s L e e e e t x t x s s s s s L x A sI L t x s BU A sI x A sI s X e e t e e t d e e e e e e e e e t x t x d t Bu x t t x 222 21 22212 21111122)(02222210 2344}2414)1(42212)1(4 {2)()(} )2()1(4) 2()1()3(2{)}0(){()() ()()0()()(2)34()14(22222)()()()()0()()(或者 ττ τττττττ 第三题(15分,答案不唯一,这里仅给出可控标准型的结果) (1) 系统动态方程(3分) []x y u x x 0010 1003201 00010=???? ??????+??????????--=&

上海工程技术大学分布式控制技术与应用复习重点总结

第一章 1.从历史沿革来谈为什么采用DCS? 由常规模拟仪表组成的控制系统在工业过程控制中曾长期占据统治地位,但随着生产规模和复杂程度的不断增加,其局限性越来越明显。而最初的计算机控制(直接计算机控制DDC)系统虽然克服了常规模拟仪表的局限性,但由于一台计算机控制着几十甚至几百个回路,同时对几百、上千个变量进行监视、操纵、报警,危险高度集中。 分布式控制系统(DCS)是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和制造过程的日益复杂应运而生的综合控制系统,其实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。它采用分散递阶结构,体现了集中管理、分散控制的思想,实现了系统的功能分散、危险分散,具有控制功能强、操作简便和可靠性高等特点。它既不同于分散的仪表控制系统,又不同于集中式计算机控制系统,而是吸收了两者的优点,在它们的基础上发展起来的一门系统工程技术。 2. 分布式控制的组成,每部分的功能 DCS主要包括:控制站(完成过系统的运算处理控制,是DCS的核心部分,系统主要的控制由他完成)、操作站(完成人机界面功能、供操作员操作监视)、工程师站(对DCS 进行应用组态和编程用于离线组态、在线修改和操作系统开发)、通讯系统(包括系统网络和现场总线)、高层管理网络。 3. 分布式控制的主要特点:集中管理、分散控制。 4. 分布式控制的体系结构 现场仪表和执行机构层、装置控制层、工厂监控与管理层、企业经营管理层 5.为什么采用递阶控制结构 1)网络结构,将各个子系统通过总线连接起来 2)分层结构,由工程师站、操作站、控制站和操作系统组成 3)主从结构,集中操作、分散控制 6. OSI模型 共7层,自上而下:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。原则:①每一层都必须有一个完整的功能,②每层的通信协议都应该以国际标准化的眼光来看,③所选的层边界应尽量将通过接口的信息流减至最低,④层次的数目不要多的使结构大而不当、也不要少的让不同功能合并在同一阶层中。 7、开放系统的基本特征 可移植性、可操作性、可适宜性、可得到性。 第二章 1.数字/模拟PID结构图 数字PID闭环系统结构图:

现代控制理论试题

现代控制理论试题 一、名词解释(15分) 1、能控性 2、能观性 3、系统的最小实现 4、渐近稳定性 二、简答题(15分) 1、连续时间线性时不变系统(线性定常连续系统)做线性变换时不改变系统的那些性 质? 2、如何判断线性定常系统的能控性?如何判断线性定常系统的能观性? 3、传递函数矩阵错误!未找到引用源。的最小实现A、B、C和D的充要条件是什么? 4、对于线性定常系统能够任意配置极点的充要条件是什么? 5、线性定常连续系统状态观测器的存在条件是什么? 三、计算题(70分) 1、RC无源网络如图1所示,试列写出其状态方程和输出方程。其中,错误!未找到引用源。为系统的输入,选错误!未找到引用源。两端的电压为状态变量错误!未找到引用源。,错误!未找到引用源。两端的电压为状态变量错误!未找到引用源。,电压错误!未找到引用源。为为系统的输出y。 图1:RC无源网络 2、计算下列状态空间描述的传递函数g(s) 3、求出下列连续时间线性是不变系统的时间离散化状态方程: 其中,采样周期为T=2. 4、求取下列各连续时间线性时不变系统的状态变量解错误!未找到引用源。和错误! 未找到引用源。

5、确定是下列连续时间线性时不变系统联合完全能控和完全能观测得待定参数a的 取值范围: 6、对下列连续时间非线性时不变系统,判断原点平衡状态即错误!未找到引用源。是 否为大范围渐近稳定: 7、给定一个单输入单输出连续时间线性时不变系统的传递函数为 试确定一个状态反馈矩阵K,使闭环极点配置为错误!未找到引用源。,错误!未找到引用源。和错误!未找到引用源。。

现代控制理论试题答案 一、概念题 1、何为系统的能控性和能观性? 答:(1)对于线性定常连续系统,若存在一分段连续控制向量u(t),能在有限时间区间[t0,t1]内将系统从初始状态x(t0)转移到任意终端状态x(t1),那么就称此状态是能控的。 (2)对于线性定常系统,在任意给定的输入u(t)下,能够根据输出量y(t)在有限时间区间[t0,t1]内的测量值,唯一地确定系统在t0时刻的初始状态x(t0 ),就称系统在t0时刻是能观测的。若在任意初始时刻系统都能观测,则称系统是状态完全能观测的,简称能观测的。 2、何为系统的最小实现? 答:由传递函数矩阵或相应的脉冲响应来建立系统的状态空间表达式的工作,称为实现问题。在所有可能的实现中,维数最小的实现称为最小实现。 3、何为系统的渐近稳定性? 答:若错误!未找到引用源。在时刻错误!未找到引用源。为李雅普若夫意义下的稳定,且存在不依赖于错误!未找到引用源。的实数错误!未找到引用源。和任意给定的初始状态错误!未找到引用源。,使得错误!未找到引用源。时,有错误!未找到引用源。,则称错误!未找到引用源。为李雅普若夫意义下的渐近稳定 二、简答题 1、连续时间线性时不变系统(线性定常连续系统)做线性变换时不改变系统的那些性 质? 答:系统做线性变换后,不改变系统的能控性、能观性,系统特征值不变、传递函数不变 2、如何判断线性定常系统的能控性?如何判断线性定常系统的能观性? 答:方法1:对n维线性定常连续系统,则系统的状态完全能控性的充分必要条件为:错误!未找到引用源。。 方法2:如果线性定常系统的系统矩阵A具有互不相同的特征值,则系统能控的充要条件是,系统经线性非奇异变换后A阵变换成对角标准形,且错误!未找到引用源。不包含元素全为0的行 线性定常连续系统状态完全能观测的充分必要条件是能观性矩阵错误!未找到引用源。满秩。即:错误!未找到引用源。 3、传递函数矩阵错误!未找到引用源。的最小实现A、B、C和D的充要条件是什么?

《现代控制理论基础》考试题B卷及答案

一.(本题满分10分) 请写出如图所示电路当开关闭合后系统的状态方程和输出方程。其中状态变量的设置如图所示,系统的输出变量为流经电感2L 的电流强度。 【解答】根据基尔霍夫定律得: 1113222332 1L x Rx x u L x Rx x Cx x x ++=?? +=??+=? 改写为1 13111 22 322 312 11111R x x x u L L L R x x x L L x x x C C ? =--+?? ?=-+???=-?? ,输出方程为2y x = 写成矩阵形式为

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现代控制理论基础考试题B卷及答案

-----好资料学习 分)一.(本题满分10请写出如图所示电路当开关闭合后系统的状态方程和输出方程。其中状L态变量的设置如图所示,系统的输出变量为流经电感的电流强度。2

【解答】根据基尔霍夫定律得:uLx?Rx?x??3111 ?x?Lx?Rx?3222 ?xx?Cx??213 1R1?ux?x??x?? 311LLL ?1111R?x??x?x?232x?y,输出方程为改写为LL ?222?11x?x?x? 123CC? 写成矩阵形式为 更多精品文档. 学习-----好资料 ?R1??1??0?????LL?????11Lxx??????111 ?1R??????u?x?0?x0?????????22LL ?????22????0xx???????33??11

???0????? ?CC???x???1?????x1y?00???2???x???3 10分)二.(本题满分单输入单输出离散时间系统的差分方程 为)k2r(r?3y(k)?(k?1)??y(k2)?5y(k?1) 回答下列问题:)求系统的脉冲传递函数;(1 )分析系统的稳定性; (2)y?(kx(k))r(kx(k)?x(k?1)?,,(3)取状态变量为求系统的状态空间表达式;112(4)分析系统的状态能观性。【解答】z变换有:1()在零初始条件下进行????2 )z?2)?zRz(?5z?3zY(2?(Yz)z?系统的脉冲传递函数: 23R(z)z?5z?(2)系统的特征方程为20?5?z?3zD(z)? 1z?0.7?z?4.3??z,,所以离散系统不稳定。,特征根为211)(k1)?rx)?y(k)x(k)?(k?(xk 3)由,,可以得到(1211)(k??(k?1)y(k?2)?r?kx(?1)?x(k2)?r12由已知 得)?1)?3x(kk(?2rk)?5x()k3?1)?y(k?r??(yk?2)r(k1)?2(k)5y(11??)x(k?5)x(k?r(k)3?)2?r(k)(x ?5(k)?3rkk3??x()2112于是有:)k3(?(?1)?3xk)5xk)?r(?(xk221又因为)?k(??(xk1)x)r(k21所以状态空间表达式为更多精品文档. 学习-----好资料 ?x(k?1)x(k)101????????11??r(k)?????????x?3?3?5(x(k)k?1)?????????22 ?x(k)?????101y(k)????x(k)???2(4)系统矩阵为0101??????????,输出矩阵为0c?110?0G?cG?1,?????3?5?3?5????c10????能观性矩阵为,,系统完全能观。2Q?rank??Q????oo cG01???? 三.(本题满分10分) 回答下列问题: (1)简述线性系统的对偶原理; (2)简述线性定常系统的状态稳定性与输出稳定性的相互关系; r?2rr阶线性解耦系统等效于多少个独立的单输入单输出系统?输出(3)输入【解答】 (1)若线性系统1与线性系统2互为对偶,则系统1的能控性等价于系统2的能观性,系统1的能观性等价于系统2的能控性。 (2)若线性定常系统的状态稳定,则输出必稳定,反之,若线性定常系统的输出稳定,则状态未必稳定。当且仅当线性定常系统的传递函数没有零极点对消现象时,其状态稳定性和输出稳定性才是等价的。 r?2rrr个独立的单输入单输出系统。输入)输出阶线性解耦系统等效于(3 四.(本题满分10分) x?x?x cos x?2211?,判

现代控制理论考试卷及答案

西北工业大学考试试题(卷) 2008 -2009 学年第2 学期 ? 2? 设系统的传递函数为

[y b =21x x kx =-- · @

} 2009年《现代控制理论》试卷A 评分标准及答案 第一题(10分,每个小题答对1分,答错0分) (1)对 (2)错 (3)对 (4)错 (5)对 (6)对 (7)对 (8)对 (9)对 (10)错 第二题(15分) (1))(t Φ(7分):公式正确3分,计算过程及结果正确4分 ? ? ? ???+-+---=-=Φ?? ?? ??????+- +-+-+-+- ++-+=??????-+++=-? ?? ???+-=------------t t t t t t t t e e e e e e e e A sI L t s s s s s s s s s s s s A sI s s A sI 22221 11 2222}){()(22112 2 1221112112213)2)(1(1 )(321 (2) 状态方程有两种解法(8分):公式正确4分,计算过程及结果正确4分 ??????-+-+-=????? ???????+-+++-+++-++??????+--=??????????? ???????++-++++-=-+-=??????---+-=????? ?+--+??? ???+--=??????-Φ+Φ=------------------------------??t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t e e te e e te s s s s s s L e e e e t x t x s s s s s L x A sI L t x s BU A sI x A sI s X e e t e e t d e e e e e e e e e t x t x d t Bu x t t x 222 21 22212 21111122)(02222210 2344}2414)1(42212)1(4 {2)()(} )2()1(4) 2()1()3(2{)}0(){()() ()()0()()(2)34()14(22222)()()()()0()()(或者 ττ τττττττ *

哈尔滨工业大学《现代控制理论基础》考试题B卷及答案

哈工大2010 年春季学期 现代控制理论基础 试题B 答案 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 卷面分 作业分 实验分 总分 满分值 10 10 10 10 10 10 10 10 80 10 10 100 得分值 第 1 页 (共 8 页) 班号 姓名 一.(本题满分10分) 请写出如图所示电路当开关闭合后系统的状态方程和输出方程。其中状态变量的设置如图所示,系统的输出变量为流经电感2L 的电流强度。 【解答】根据基尔霍夫定律得: 1113222332 1L x Rx x u L x Rx x Cx x x ++=?? +=??+=? 改写为1 13111 22 322 31 211111R x x x u L L L R x x x L L x x x C C ? =--+?? ?=-+???=-?? ,输出方程为2y x = 写成矩阵形式为

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分布式控制系统发展方向刍议

分布式控制系统发展方向刍议 闫树 武汉理工大学自动化学院,湖北武汉(430070) E-mail:Yanshu@https://www.sodocs.net/doc/ef15609192.html, 摘要:在对分布式控制系统一般结构和主要特点进行必要阐述的基础上,从PLC 技术、现场总线技术、智能控制技术在DCS中的应用等方面较为详细地论述了分布式控制系统的发展趋势,进而指出计算机技术与先进控制理论的快速发展与应用,是分布式控制系统不断进步与完善的有力保证。 关键词:分布式控制系统,可编程序控制器,现场总线,智能控制 1. 前言 工业现场控制是随着通信、微处理器、微电子学等技术的进步而不断发展的。20 世纪80 年代微处理器被嵌入到各种仪器设备中而形成了分布式控制系统(DCS),这种分布式控制系统经历了若干发展阶段,从集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统( FCS) 到智能控制、维护、管理集成系统(ICMMS),控制单元日益智能化,控制的方式日益走向多智能控制单元的协同工作模式。控制系统(DCS)到现场总线控制系统(FCS), 使得工业控制技术朝着更加开放、更加数字化、功能更加分散的方向迈进了一大步,使得系统的可相互操作性、可靠性、易维护性以及开放性等大大提高,同时也推动了其他相关技术的应用与发展,如可编程序控制器( PLC)技术、现场总线(Fieldbus) 技术、智能控制( Intelligent Control )技术与过程控制技术等。这些高新技术将为DCS迈向大型化的计算机集成制造系统(CIMS)提供有力的支持和保障。 2. DCS 的一般结构与特点 DCS是分级递阶的控制系统,它的主要特点是集中管理和分散控制。采用分级递阶的体系结构,主要是从系统工程的角度出发,因为通过功能分层、分散危险可以提高系统的可靠性和应用的灵活性。一般简单的DCS至少在垂直方向上分为两级,即操作管理级和过程控制级。在水平方向上各个过程控制级之间是相互协调的关系,在完成现场数据上传和接受操作管理级指令的同时,各水平级间也可进行数据交换,这种分工协作的关系能够使整个系统在优化的操作条件下运行。DCS中的分散是在相互协调基础下的自治,分散的含义不仅是分散控制,还包含有人员分散、地域分散、功能分散、危险分散、设备分散以及操作分散等含义。分散的最终目的是为了有效提高设备的可利用率。基于上述特点,在局域通信网络(LAN) 的支持下,一套完整的DCS 一般由监控管理级、过程控制级和现场级组成。 3.DCS 和相关技术的结合和发展 3.1 与PLC 技术相融合 传统的DCS 是由回路仪表控制系统发展而来,在回路调节与模拟量控制等方面具有一定优势。可编程序控制器( Programmable Logic Controller —PLC) 则是专为在工业环境下应 - 1 -

现代控制理论试题(详细答案)

现代控制理论试题B 卷及答案 一、1 系统[]210,01021x x u y x ? ??? =+=????-???? 能控的状态变量个数是cvcvx ,能观测的状态变量个数是。 2试从高阶微分方程385y y y u ++= 求得系统的状态方程和输出方程(4分/个) 解 1. 能控的状态变量个数是2,能观测的状态变量个数是1。状态变量个数是2。…..(4分) 2.选取状态变量1x y =,2x y = ,3x y = ,可得 …..….…….(1分) 12233131 835x x x x x x x u y x ===--+= …..….…….(1分) 写成 010*********x x u ???? ????=+????????--???? …..….…….(1分) []100y x = …..….…….(1分) 二、1给出线性定常系统(1)()(),()()x k Ax k Bu k y k Cx k +=+=能控的定义。 (3分) 2已知系统[]210 020,011003x x y x ?? ??==?? ??-?? ,判定该系统是否完 全能观?(5分)

解 1.答:若存在控制向量序列(),(1),,(1)u k u k u k N ++- ,时系统从第 k 步的状态()x k 开始,在第N 步达到零状态,即()0x N =,其中N 是大于 0的有限数,那么就称此系统在第k 步上是能控的。若对每一个k ,系统的所有状态都是能控的,就称系统是状态完全能控的,简称能控。…..….…….(3分) 2. [][]320300020012 110-=?? ?? ? ?????-=CA ………..……….(1分) [][]940300020012 3202=?? ?? ? ?????--=CA ……..……….(1分) ???? ? ?????-=??????????=940320110 2CA CA C U O ………………..……….(1分) rank 2O U n =<,所以该系统不完全能观……..….……. (2分) 三、已知系统1、2的传递函数分别为 2122211 (),()3232 s s g s g s s s s s -+==++-+ 求两系统串联后系统的最小实现。(8分) 解 112(1)(1)11 ()()()(1)(2)(1)(2)4 s s s s g s g s g s s s s s s -+++== ?=++--- …..….……. (5分) 最小实现为

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