自動控制原理復習題2本部

1、第一章1開環(huán)控制和閉環(huán)控制的主要區(qū)別是什么？是否利用系統(tǒng)的輸出信息對系統(tǒng)進行控制2. 電加熱爐爐溫控制中，熱電阻絲端電壓U及爐內(nèi)物體質(zhì)量M的變化，哪個是控制量？哪個是擾動？為什么？3. 簡述自動控制所起的作用是什么？在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置，對生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)、目標要求等進行自動的調(diào)節(jié)與控制，使之按照預定的方案達到要求的指標。4. 簡述自動控制電加熱爐爐溫控制的原理。解答：一、工作原理：系統(tǒng)分析：受控對象爐子；被控量爐溫；給定裝置電位器干擾電源U ，外界環(huán)境 ，加熱物件 ； 測量元件熱電偶；執(zhí)行機構(gòu)可逆電動機工作過程：靜態(tài) U=0 動態(tài) U0 工件增多（負載增大） （負載減?。?/p>

2、二、 溫控制系統(tǒng)框圖被控量（T）Ua給定量放大器執(zhí)行機構(gòu)被控對象擾動 檢測元件5比較被控量輸出和給定值的大小，根據(jù)其偏差實現(xiàn)對被控量的控制，這種控制方式稱為 。6簡述控制系統(tǒng)主要由哪三大部分組成？7.反饋控制系統(tǒng)是指：a.負反饋 b.正反饋 答案a.負反饋8.反饋控制系統(tǒng)的特點是：答案 控制精度高、結(jié)構(gòu)復雜9.開環(huán)控制的特點是：答案 控制精度低、結(jié)構(gòu)簡單10.閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)有：給定、比較、控制、對象、反饋11.自控系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸出量分別為： 給定量、反饋量、偏差、控制量輸出量。第二章1 自控系統(tǒng)的數(shù)學模型主要有以下三種：微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性2 實際的物理系統(tǒng)都是：a.非線性的

3、b.線性的 a.非線性的3 傳遞函數(shù)等于輸出像函數(shù)比輸入像函數(shù)。4 傳遞函數(shù)只與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關，與輸出量、輸入量無關。5 慣性環(huán)節(jié)的慣性時間常數(shù)越大，系統(tǒng)快速性越差。6.由laplace變換的微分定理， 。my(t)u(t)kr7.如圖質(zhì)量、彈簧、摩擦系統(tǒng)，k和r分別為彈簧系數(shù)和摩擦系數(shù)，u(t)為外力，試寫出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表示。8機電控制系統(tǒng)中電壓u(t)，轉(zhuǎn)速(t)分別為輸入、輸出量，各部分運動關系的laplace變換為： 式中為力矩，為感應電動勢，為感應電流，J、f、L、R、b、d為非零常數(shù)，試畫出總的系統(tǒng)方框圖。1/(Js+f)d1/（LS+R）b9. 試列舉二種子系統(tǒng)常用的連結(jié)方式

4、，并畫出示意圖。10. 復雜方框圖簡化應注意哪些原則(至少列出四項) 11.將環(huán)節(jié)的輸出信號作為環(huán)節(jié)的輸入信號，則總的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 。U(s)ED(s)y1y(s)G1G4G2G312. 二個環(huán)節(jié)和有相同輸入，總的系統(tǒng)輸出為二個環(huán)節(jié)輸出的代數(shù)和，則總的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 。13.已知系統(tǒng)信號流圖如左，試畫出它的傳遞函數(shù)方框圖。14線性系統(tǒng)的齊次性和疊加性是指什么？15. 線性系統(tǒng)的特點是信號具有 性和 性。16. 信號流圖中，進入節(jié)點的信號有二個流出分支，則每個支路信號的大小是原信號的 。17. 什么是定常系統(tǒng)？18. 求下列微分方程的Laplace變換：;G4G1G2G3D(S)U(S)Y(S

5、)19. 已知系統(tǒng)方框圖如左，寫出從U(s)到Y(jié)(s)的傳遞函數(shù)。20. 凡是具有疊加性和齊次性的系統(tǒng)稱為 。G4G1G2G3D(S)u(S)y(S)21. 已知系統(tǒng)框圖如左，試畫出它的信號流圖。22. 傳遞函數(shù)階次為n的分母多次式的根被稱為系統(tǒng)的 ，共有 個。23. 系統(tǒng)數(shù)學建模的主要步驟有哪四步？u(t)uc(t)LCi1R24. 如圖L-R- C電路，輸入電壓為u(t)，輸出量為電容二端電壓uc(t)，試確定其傳遞函數(shù)uc(s)/u(s)。25. 什么是傳遞函數(shù)的零點，極點和傳遞系數(shù)？26. 最小相位系統(tǒng)是指系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的零點和極點 。27求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。1 求電路網(wǎng)絡傳遞函數(shù) G

6、(S)=1/(LCS*S+RCS+1) G(S)=LCS*S/(LCS*S+RCS+1) G(S)=RCS/(LCS*S+RCS+1) G(S)=(R1CS+1)/ (CR1S+1) =R2/(R1+R2 ) -R2/R1(R1CS+1) -1/(R1CS)28.化簡方框圖，求傳遞函數(shù) 29.實驗測得系統(tǒng)幅頻漸近線如下圖，求對應的傳遞函數(shù)。30.求采樣系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)。第三章 時域分析1.二階系統(tǒng)阻尼系數(shù)1，系統(tǒng)就不會出現(xiàn)過調(diào)。2.最佳阻尼系數(shù)0.707。3.小時間遲后環(huán)節(jié)可近似為慣性環(huán)節(jié)。4.分析某一時間的誤差可用：a.終值定理 b.拉氏反變換。5.高階系統(tǒng)暫態(tài)性能取決于離虛軸最近的閉環(huán)極

7、點。6.主導極點應滿足：a. 離虛軸最近 b.5倍距離內(nèi)無其他零極點。7.線性系統(tǒng)穩(wěn)定,其閉環(huán)極點均應在S平面的左平面。8.以G0（s）為開環(huán)的單位負反饋系統(tǒng)的誤差傳函（S）=1/1+G0(S)9 斯陣列表第一列中某項為零，其他各項均大于零，說明什么？臨界穩(wěn)定10 設系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，若要求單位負反饋系統(tǒng)的階躍響應有16%的超調(diào)，則k應取何值？(K=16)11 試簡述二階系統(tǒng)中，阻尼比對階躍響應的影響。 阻尼比超小，超調(diào)量越大，調(diào)節(jié)時間增大 。12. 已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖，試確定使閉環(huán)穩(wěn)定的開環(huán)增益k的范圍。uks(s2+s+1)(s+2)y解：閉環(huán)特征方程為： ，得0K14/913. 二階閉環(huán)

8、系統(tǒng)傳遞函數(shù)標準型為，其中稱為系統(tǒng)的 ，為 。14. 二階系統(tǒng)閉環(huán)標準形式為，試畫出阻尼比為和 二種情況下階躍響應的示意圖。用什么名稱稱呼這二種情況？15. 二階系統(tǒng)，輸入信號為單位階躍函數(shù)時，求輸出信號的峰值時間和超調(diào)量.(0.79, 9.5%)16. 說明型系統(tǒng)在單位階躍作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為0。17. 已知開環(huán)傳遞函數(shù)為，求其單位負反饋系統(tǒng)階躍響應的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。(16.3%, 1.5s)18. 簡述什么是穩(wěn)定平衡點，什么是不穩(wěn)定平衡點？19. 已知系統(tǒng)特征方程為，用勞斯判據(jù)判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。20. 單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為在單位階躍作用下的誤差響應為，求系統(tǒng)的阻尼比和自然頻率。（）

9、21. 已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 1）判斷使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的k值范圍2）要使系統(tǒng)的阻尼比為，求相應的k值和這時的自然頻率3）求以上參數(shù)時閉環(huán)階躍響應C(t)22. 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，和分別為m階和n階多項式，試說明什么是O型系統(tǒng)，型系統(tǒng)，型系統(tǒng)？G(s)1/sr(s)C(s)23. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示，已知的單位階躍響應為1）求()2）當改為1/s+2，且時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出值 ()3）指出系統(tǒng)輸出動態(tài)響應的類型（過阻尼，欠阻尼，臨界阻尼，無阻尼）24. 衰減振蕩過程中，調(diào)節(jié)時間和 是二個最常用的瞬態(tài)指標。25. 二階系統(tǒng)，輸入信號為單位階躍函數(shù)時，求輸出信號的峰值時間和超調(diào)量5s

10、(1+5s)r(s)C(s)0.8sE(s)26. 如圖位置隨動系統(tǒng)，當為單位階躍時，求輸出的靜態(tài)位置誤差。(0)5s(1+5s)R(s)C(s)0.8s27. 如圖位置隨動系統(tǒng)，當r(t)=t時，求c(t)的靜態(tài)位置誤差。(1)28. 已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為P(s)=2/s(s+2)，1）試求在單位負反饋下參考輸入為r(t)=1(t)的輸出響應y(t)2）求輸出響應的阻尼比和自然頻率29. 為使校正后系統(tǒng)超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間秒()，試給出一種閉環(huán)主導極點的選擇。(-6+15.654j,-6-15.654j)30. 決定控制系統(tǒng)穩(wěn)定誤差的三個要素為輸入信號類型、開環(huán)增益K和系統(tǒng)中 含積分環(huán)節(jié)的個數(shù)

11、。31. 試分析一階慣性環(huán)節(jié)中k和T在階躍響應中的作用。32. 下圖分別為單位負反饋系統(tǒng)和它的單位階躍曲線圖P(s)K2R(s)C(s) 其中為放大系數(shù)，試確定系統(tǒng)參數(shù)和。430.1t閉環(huán)傳函為：，由可確定出 33 統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳函如下，求輸入量分別為 1（t）、t1（t）、 34系統(tǒng)暫態(tài)性能分析1） 已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳函如下，求系統(tǒng)的、n及性能指標、ts（5）。 0.5、n10、16.3、ts（5）0.6（s）2）系統(tǒng)閉環(huán)傳函為：求系統(tǒng)的、n及性能指標、ts（5）。 0.707、n2、4.3、ts（5）2.1（s）3） 已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳函如下，繪Bode圖，并

12、估算性能指標、ts（5）。3.3、ts（5）0.26（s）4） 知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳函如下， 繪制根軌跡，并分析系統(tǒng)性能與K1的關系。 K10系統(tǒng)始終是穩(wěn)定的 K1K11后系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，且K1越大，振蕩越厲害。35 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。1） 系統(tǒng)特征方程如下：2）統(tǒng)特征方程如下：為使系統(tǒng)具有1個單位的穩(wěn)定裕量，求K的取值范圍。35一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函函數(shù)為，求系統(tǒng)的單位階躍響應及動態(tài)性能指標。第四章 根軌跡1. 設開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求實軸上的根軌跡。2.在開環(huán)系統(tǒng)中增加零點，可使根軌跡向 左 方移動。3. 在開環(huán)系統(tǒng)中增加極點，可使根軌跡向 右 方移動。4. 開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求實軸上的根軌

13、跡區(qū)間。5已知開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=kg/s(s+1)(s+2)，概略作它的單位反饋系統(tǒng)根軌跡曲線。要求說明根軌跡有幾條漸近線，漸近線和實軸的交點坐標。6. 設系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，求其根軌跡和虛軸的交點坐標。7. 開環(huán)傳遞函數(shù)的分母階次為n，分子階次為m(nm)，則其根軌跡有 條分支，和 條漸近線。8. 單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試確定根軌跡在實軸上的分離點和會合點的位置。9已知開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=kg/s(s+1)(s+2)，概略作出它的單位負反饋系統(tǒng)的根軌跡曲線。要求說明根軌跡和虛軸的交點坐標，以及相交時的增益kg。10. 已知開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求根軌跡和虛軸的交點坐標11. 單位

14、負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試證明在根軌跡上，并求出相應kg值。（kg=12）第五章 頻域分析1復數(shù)的幅值是，幅角是 。2. 復數(shù)的幅值是 ，幅角是 。3. 系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性和相頻特性有一一對應關系，則它必是 最小相位 系統(tǒng)。4. 判別系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性時，開環(huán)傳遞函數(shù)有2個不穩(wěn)定極點，Nyquist曲線包圍點順時針2周，則閉環(huán)系統(tǒng) 有四個極點在右半平面 。5. 0型系統(tǒng)Bode圖幅頻特性的低頻段是一條斜率為 的直線。6. 在作慣性環(huán)節(jié)的Bode圖時，用折線近似幅頻特性，在轉(zhuǎn)折頻率處的誤差如何計算。（）7給定傳遞函數(shù)，概略畫出它的極坐標圖(由)，要求判斷曲線是否穿越實(虛)軸，若穿越，求穿越點的

15、頻率和相應的幅值。8. 開環(huán)系統(tǒng)的Nyquist曲線如右，則閉環(huán)系統(tǒng)的右半平面極點數(shù)為 。 （P=1為開環(huán)系統(tǒng)右半平面極點個數(shù)）。9. 延時環(huán)節(jié)的Nyquist圖為什么是一個原點在園心的單位園？10. 傳連函數(shù)的Nyquist曲線，=0的起始點位置為什么在相角180的無窮遠處，且在負實軸下方？11. 試分析增益K的變化對Bode圖幅頻特性和相頻特性曲線形狀的影響。K增值大，對數(shù)幅頻曲線的高度增高， 相頻曲線不變12. 已知單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 1) 試求它的截止頻率和相位裕量，該系統(tǒng)是否穩(wěn)定？2) 若只用增益串聯(lián)校正使系統(tǒng)的相位裕量為，問附加增益應為多大？ 402520db/de

16、c40db/dec13. 最小相位系統(tǒng)的幅頻特性圖如左，1）求該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2）概略地畫出對應的相頻特性圖14. 簡述系統(tǒng)的低、中、高頻段頻率特性分別和系統(tǒng)性能的關系。解答：低頻段影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和穩(wěn)定性;中頻段影響系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性；高頻段決定系統(tǒng)的抗干擾能力。15. 型系統(tǒng)Bode圖幅頻特性的低頻段是一條斜率為 的直線。16. 單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=10/s(1+0.5s)(s1) 試用Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)判別閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定閉環(huán)系統(tǒng)的相位裕量。17. 為什么在Bode圖上不同串聯(lián)環(huán)節(jié)的合成可以將各曲線的幅值和幅角分別疊加？解答：設，則兩個環(huán)節(jié)串聯(lián)的頻率

17、特性為，于是得幅頻和相頻特性分別為：對應的對數(shù)幅頻和對數(shù)相頻特性分別為上式說明兩個環(huán)節(jié)的曲線的幅值和幅角可以分別疊加。18. 試在Ngquist圖畫出O型、I型系統(tǒng)當=0時起始點的大致方位并簡述原因。20db/dec20db/dec1 2 519. 最小相位系統(tǒng)的幅頻特性如左圖 1）求該系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 2）概略畫出對應的相頻特性圖20. 系統(tǒng)傳遞函數(shù)為，輸入信號為，則輸出信號達到穩(wěn)態(tài)后的幅值B和相位角各是多少？21. 開環(huán)系統(tǒng)的Nyquist曲線如右，則閉環(huán)系統(tǒng)的右半平面極點個數(shù)為 個。 （P=0為開環(huán)系統(tǒng)在右半平面極點個數(shù)）。22已知最小相位系統(tǒng)，1）大致畫出它的幅頻特性曲線和相頻特性曲線2

18、）求出系統(tǒng)的相位裕量 23. 閉環(huán)系統(tǒng)的Nyquist曲線如右，則閉環(huán)系統(tǒng)右半平面極點個數(shù)為 。 （P=1為開環(huán)系統(tǒng)右半平面極點個數(shù)）24. 一個穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)，若它開環(huán)右半平面極點數(shù)為P，則它的開環(huán)傳遞函數(shù)的Nyquist曲線必 時針繞(1, j0)點P周。25. 對傳遞函數(shù)，試解釋它的Nyquist曲線時起始點為什么在相角的無窮遠處，且在負虛軸左方？(把實頻和虛頻特性求出后,判斷w趨于零時,實部的位置).26. 最小相位系統(tǒng)的幅頻Bode圖如左。2520db/dec40db/dec440db/dec1）寫出對應傳遞函數(shù)，2）概略畫出對應的相頻Bode圖。27. 為加強系統(tǒng)的抗噪聲能力，高頻

19、段幅頻特性的分貝值應盡量 比零小 。28. 開環(huán)系統(tǒng)的Nyquist曲線如右所示，則閉環(huán)系統(tǒng)右半平面極點個數(shù)為 。 （P=1為開環(huán)傳遞函數(shù)右半平面極點個數(shù)）。29單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳函如下，繪制Bode圖，并判斷其閉環(huán)后的穩(wěn)定性。 穩(wěn)定 不穩(wěn)定 不穩(wěn)定第六章 系統(tǒng)校正1. 試列舉系統(tǒng)校正中常用的頻域開環(huán)指標和閉環(huán)指標（至少各二項）2. 求超前校正裝置的傳遞函數(shù)，使在頻率=30時提供40的最大超前角。3. 已知被控對象的傳遞函數(shù)為P(s)=k/s(s+2) 試設計一個串聯(lián)校正環(huán)節(jié)C(s)，使校正后系統(tǒng)的超調(diào)量(阻尼比0.3579)，調(diào)節(jié)時間秒(自然振蕩頻率為4.1911)。 4. 簡要說明超前校正

20、和滯后校正各對改善系統(tǒng)性能的作用。5. 超前校正裝置為c(s)=(1+0.07s)/(1+0.015s)，求它可提供多大的相位超前角(40.32度)，以及該超前角所在的頻率點(30.86)6. 用作為超前校正環(huán)節(jié)，要求和T的大小為 。7. 已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和超前校正裝置的傳遞函數(shù) 1）概略畫出的對數(shù)幅相圖，2）計算的穿越頻率及相位余量，3）求k1使校正后系統(tǒng)的穿越頻率為，并計算此時的相位余量。8. 在系統(tǒng)設計中，應盡量將中頻段幅頻特性的斜率設計成 。9. 已知單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試求它的穿越頻率和相位裕量，說明該系統(tǒng)是否閉環(huán)穩(wěn)定？ 10. 已知一單位負反饋控制系

21、統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：試求它的穿越頻率和相位裕量，說明該系統(tǒng)是否穩(wěn)定？11單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳函為 要求速度誤差系數(shù)KV =200, c30 (rad/S)、（c）50。試進行串聯(lián)校正。 c70rad/s、（c）53.712試比較分析下列結(jié)構(gòu)圖所描述的系統(tǒng)中，增設局部反饋校正前、后的各項性能指標變化情況。（穩(wěn)定、準確、超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間）+-+0.2100/(0.8s+1)4/s0.01解：校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳函為，閉環(huán)傳函為穩(wěn)定性：由Routh判別法，知道系統(tǒng)穩(wěn)定；準確性：由于系統(tǒng)為I型的，閉環(huán)系統(tǒng)對單位階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為0動態(tài)性能：先求自然振蕩頻率再求阻尼比： 校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳函為，閉環(huán)傳函為

22、穩(wěn)定性：由Routh判別法，知道該系統(tǒng)仍穩(wěn)定；準確性：系統(tǒng)仍為I型的，閉環(huán)系統(tǒng)對單位階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為0動態(tài)性能：先求自然振蕩頻率再求阻尼比： 由以上數(shù)據(jù)可知，校正后的系統(tǒng)阻尼比增大，自然振蕩頻率不變，調(diào)節(jié)后系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間減小，超調(diào)量下降，系統(tǒng)的平穩(wěn)定性變好。16試比較分析下列結(jié)構(gòu)圖所描述的系統(tǒng)中，增設局部反饋校正前、后的各項性能指標變化情況。（穩(wěn)定、準確、超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間）0.520/(0.1s+1)10/s0.2s第七章 非線性系統(tǒng)分析P179頁 作業(yè) 7-1（1）；7-2（1）；7-4。第八章 線性離散控制系統(tǒng)分析與設計1 采樣頻率s2m（m連續(xù)信號最大頻率），才是不失真采樣。2 采樣系統(tǒng)的動態(tài)過程用差分方程來描述。3 求解差分方程可借助Z變換。4 計算機解差分方程常用迭代法。5 由傳函求脈沖傳函的方法是：部分分式法展開，查典型函數(shù)Z變換表。6 F(z)對應的時間函數(shù)f（t）的終值（Z-1）F(Z)再令Z=1 7 采樣系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是，閉環(huán)脈沖傳函的所有極點均位于單位圓內(nèi) 8 雙線性變換是令 Z=(W+1)/(W-1)9 采樣系統(tǒng)經(jīng)過W變換，就可用連續(xù)