计算机控制系统试卷四答案解析

"这份文档是关于计算机控制系统的试卷四的答案宣贯，涵盖了多个知识点，包括光电隔离、信号重构、D/A转换、零阶保持器、阶跃响应不变法、积分饱和处理、控制系统设计方法、状态反馈极点配置、信号隔离以及故障诊断中的状态估计方法。此外，还给出了一个控制系统框图的题目，要求求解闭环离散系统的特性。" 文档内容详细解析： 1. 光电隔离：光电隔离器件通过光信号传输信息，确保两侧电路电气上的独立，防止高压或干扰从一侧传递到另一侧。要实现彻底隔离，两侧的供电电源需独立，避免公共地线带来的耦合。 2. 多通道复用D/A转换器：原理通常是利用时分复用技术，多个输入信号轮流使用同一个D/A转换器，每个信号在特定时间间隔内被转换，然后通过快速切换输出端口来模拟同时输出多个信号。 3. 信号重构：信号重构是指将离散采样信号还原成其原始的连续信号。它是采样的逆过程，通过适当的插值或重采样技术实现。 4. 零阶保持器（ZOH）：零阶保持器的传递函数为 \( H(z) = \frac{1}{1 - e^{-Ts/z}} \)，其中 \( Ts \) 是采样周期。它不会改变系统开环传递函数的极点，但会引入零点，影响系统瞬态响应。 5. 阶跃响应不变法：该方法旨在保证数字控制器的阶跃响应与模拟控制器的采样值一致，从而确保两者具有相似的动态性能。 6. 积分饱和消除：当偏差超过设定门限时，暂停积分作用，避免积分项过大导致积分饱和。通过PD控制，既能加快响应又能减少超调和振荡，当误差在门限范围内时再恢复积分控制，以消除静差。 7. 控制系统设计步骤：主要包括确定理想的闭环脉冲传递函数、设计数字控制器脉冲传递函数并编写控制算法程序。 8. 状态反馈极点配置：系统状态完全能控是采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件。这通常涉及解拉普拉斯方程以配置期望的系统动态。 9. 信号隔离方法：常见的方法有变压器隔离（适用于模拟信号）和光电隔离（适合数字信号），两者都能有效防止信号干扰。 10. 故障诊断中的状态估计：基本思想是通过状态重构和残差分析来诊断故障。系统必须至少部分可观测，并常使用状态观测器或滤波器进行状态估计。 此外，试卷中还包含一个控制系统框图的题目，要求计算闭环离散系统的特性。这涉及到离散系统分析，可能需要应用Z变换或者直接利用离散时间系统理论来解决。具体解题方法未在摘要中给出，通常需要根据系统框图确定传递函数，然后分析其稳定性、响应速度等系统性能指标。