秋季學(xué)期《自動控制理論》總復(fù)習(xí)題及答案

《自動控制理論》總復(fù)習(xí)題填空題1、控制裝置與受控對象之間時，稱為開環(huán)控制，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。只有順向作用而無反向聯(lián)系2、自動控制系統(tǒng)的、和反映了系統(tǒng)的輸出量、輸入量和內(nèi)部各種變量間的關(guān)系，也反映了系統(tǒng)的內(nèi)在特性。微分方程、傳遞函數(shù)、系統(tǒng)框圖3、頻率特性又稱頻率響應(yīng)，它是系統(tǒng)（或元件）對的響應(yīng)特性。不同頻率正弦輸入信號4、按給定信號的形式分，自動控制系統(tǒng)可以分為、和。恒值控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)5、系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于，而與無關(guān)。固有的特性擾動信號6、根據(jù)校正裝置本身是否有電源，可分為和。無源校正裝置、有源校正裝置7、自動控制系統(tǒng)的、和反映了系統(tǒng)的輸出量、輸入量和內(nèi)部各種變量間的關(guān)系，也反映了系統(tǒng)的內(nèi)在特性。微分方程、傳遞函數(shù)、系統(tǒng)框圖8、保持器是將采樣信號轉(zhuǎn)換成的裝置，其轉(zhuǎn)換過程恰好是采樣過程的。連續(xù)信號、逆過程9、根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中所處位置的不同，一般可分為、、和。串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正和復(fù)合校正10、保持器是將采樣信號轉(zhuǎn)換成的裝置，其轉(zhuǎn)換過程恰好是采樣過程的。連續(xù)信號、逆過程判斷題1、反饋控制系統(tǒng)中只能有負(fù)反饋。（×）2、微分方程和傳遞函數(shù)不存在一一對應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。（×）3、單位脈沖函數(shù)在現(xiàn)實(shí)中是不存在的，它只有數(shù)學(xué)上的意義。（√）4、PD調(diào)節(jié)器提供了負(fù)的相位角，所以PD校正也稱為超前校正。（×）5、離散控制系統(tǒng)是一種斷續(xù)控制方式。（√）6、線性系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)全部由線性元件組成。（√）7、傳遞函數(shù)代表了系統(tǒng)的固有特性。（√）8、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差由動態(tài)誤差和靜態(tài)誤差兩部分組成。（×）9、PI調(diào)節(jié)器提供了正的相位角，所以PI校正也稱為滯后校正。（×）10、微分方程和傳遞函數(shù)不存在一一對應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。（×）單項(xiàng)選擇題1、傳遞函數(shù)是在（A）基礎(chǔ)上引入的描述線性定常系統(tǒng)或元件輸入、輸出關(guān)系的函數(shù)。A.拉普拉斯變換B.傅立葉變換C.Z變換D.等效變換2、下述說法中錯誤的是（D）。A.最大超調(diào)量和振蕩次數(shù)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。B.調(diào)整時間反映了系統(tǒng)的快速性。C.穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。D.振蕩次數(shù)越多，系統(tǒng)穩(wěn)定性能越好。3、對于恒值系統(tǒng)，由于給定量是不變的，常用（C）衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)。A.靜態(tài)誤差B.輸出誤差C.擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差D.擾動作用下的瞬態(tài)誤差4、頻率特性對稱于橫軸的是（D）。A.比例環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)B.積分環(huán)節(jié)與微分環(huán)節(jié)C.比例微分環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)D.比例環(huán)節(jié)與微分環(huán)節(jié)5、下述選項(xiàng)中（D）不是根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中的不同位置對校正進(jìn)行分類的。A.串聯(lián)校正B.反饋校正C.順饋補(bǔ)償校正D.并聯(lián)校正6、下述選項(xiàng)中，描述積分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的是（B）。A.GB.Gs=1TsC.GD.G7、對于恒值系統(tǒng)，由于給定量是不變的，常用（C）衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)。A.靜態(tài)誤差B.輸出誤差C.擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差D.擾動作用下的瞬態(tài)誤差8、之所以可以利用疊加法求系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性是因?yàn)橄到y(tǒng)的頻率特性具有（B）。A.齊次性B.疊加性C.線性D.微分性9、關(guān)于無源校正裝置下述說法正確的是（A）。A.本身沒有增益，只有衰減；輸入阻抗低，輸出阻抗高。B.本身有增益，并且有衰減；輸入阻抗低，輸出阻抗高。C.本身沒有增益，只有衰減；輸入阻抗高，輸出阻抗低。D.本身有增益，并且有衰減；輸入阻抗低，輸出阻抗高。10、在系統(tǒng)的反饋控制回路中加入（B）前饋補(bǔ)償，可組成復(fù)合控制。A.順饋補(bǔ)償B.前饋補(bǔ)償C.反饋補(bǔ)償D.擾動補(bǔ)償五、簡答題1、自動控制理論中常用的數(shù)學(xué)模型有哪些？簡單說明。答：時域數(shù)學(xué)模型：微分方程、差分方程、狀態(tài)方程復(fù)域數(shù)學(xué)模型：傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖頻域數(shù)學(xué)模型：頻率特性2、控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)的其動態(tài)性能指標(biāo)是什么？答：動態(tài)指標(biāo)通常用上升時間(tr)、最大超調(diào)量（σ）、調(diào)整時間(ts)和振蕩次數(shù)(①上升時間(tr)：②最大超調(diào)量（σ）：最大超調(diào)量是輸出量與穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比。即σ=最大超調(diào)量反映了系統(tǒng)的動態(tài)精度，最大超調(diào)量越小，則說明系統(tǒng)過渡過程進(jìn)行得越平穩(wěn)。③調(diào)整時間(ts)：調(diào)整時間是系統(tǒng)輸出量進(jìn)入并一直保持在穩(wěn)態(tài)值的允許誤差范圍δ內(nèi)所需要的時間，其誤差范圍一般定為δ=±2%~±5%。調(diào)整時間t④振蕩次數(shù)(N)：振蕩次數(shù)是指在調(diào)整時間ts內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值上下擺動的周期數(shù)，即調(diào)整時間t19、什么是系統(tǒng)校正？答：當(dāng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、靜態(tài)性能不能滿足實(shí)際工程中所要求的性能指標(biāo)時，首先可以考慮調(diào)整系統(tǒng)中可以調(diào)整的參數(shù)；若通過調(diào)整參數(shù)仍無法滿足要求時，則可以在原有系統(tǒng)中增添一些裝置和元件，人為改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，使之滿足要求的性能指標(biāo)，我們把這種方法稱為校正。增添的裝置和元件稱為校正裝置或校正元件。系統(tǒng)中除校正裝置以外的部分，組成了系統(tǒng)的不可變部分，稱為固有部分。3、什么是系統(tǒng)校正？答：當(dāng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、靜態(tài)性能不能滿足實(shí)際工程中所要求的性能指標(biāo)時，首先可以考慮調(diào)整系統(tǒng)中可以調(diào)整的參數(shù)；若通過調(diào)整參數(shù)仍無法滿足要求時，則可以在原有系統(tǒng)中增添一些裝置和元件，人為改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，使之滿足要求的性能指標(biāo)，我們把這種方法稱為校正。增添的裝置和元件稱為校正裝置或校正元件。系統(tǒng)中除校正裝置以外的部分，組成了系統(tǒng)的不可變部分，稱為固有部分。4、閉環(huán)控制系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？答：閉環(huán)控制系統(tǒng)有如下的特點(diǎn)：1)由于系統(tǒng)的控制作用是通過給定量與反饋量的差值進(jìn)行的，故這種控制常稱為按偏差控制，又稱反饋控制。2)這類系統(tǒng)具有兩種傳輸信號的通道：由給定值至被控量的通道稱為前向通道；由被控量至系統(tǒng)輸入端的通道稱為反饋通道。3)不論取什么物理量進(jìn)行反饋，作用在反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動引起的被控量的偏差值，都會得到減小或消除，使得系統(tǒng)的被控量基本不受該擾動的影響。反饋控制可以進(jìn)行補(bǔ)償，這是閉環(huán)控制的一個突出的優(yōu)點(diǎn)。5、控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是怎樣分類的？怎樣衡量恒值系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)？答：為了分析方便，把系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差按輸入信號形式不同分為擾動穩(wěn)態(tài)誤差和給定穩(wěn)態(tài)誤差。對于恒值系統(tǒng)，由于給定量是不變的，常用擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)；而對隨動系統(tǒng)，給定量是變化的，要求輸出量以一定的精度跟隨給定的變化，因此給定穩(wěn)態(tài)誤差變成恒量隨動系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)品質(zhì)的指標(biāo)。6、系統(tǒng)校正有哪些方式？請簡單解釋。答：根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中的不同位置，一般可分為串聯(lián)校正、反饋校正、順饋補(bǔ)償校正。串聯(lián)校正：校正裝置串聯(lián)在系統(tǒng)固有部分的前向通路中，稱為串聯(lián)校正。反饋校正：校正裝置與系統(tǒng)固有部分按反饋聯(lián)接，形成局部反饋回路，稱為反饋校正。順饋補(bǔ)償校正：順饋補(bǔ)償校正是在反饋控制的基礎(chǔ)上，引入輸入補(bǔ)償構(gòu)成的校正方式。畫圖題1、結(jié)構(gòu)圖（框圖）有哪些基本元素組成？請畫出結(jié)構(gòu)圖的基本元素，并簡單說明。答：組成框圖的基本元素是信號線、引出點(diǎn)、比較點(diǎn)和功能框。這四個基本元素的詳細(xì)解釋如下：信號線的箭頭表示信號傳輸方向；引出點(diǎn)（又稱分支點(diǎn)）表示把一個信號分成兩路或多路輸出，同一位墨引出的信號都與原信號相同；比較點(diǎn)（又稱相加點(diǎn)）具有對幾個信號求和的功能，在信號的輸入處要注明它們的極性；功能框表示一個環(huán)節(jié)或系統(tǒng)，功能框中填入相應(yīng)環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。2、請寫出積分環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性的表達(dá)式，并畫出其對數(shù)幅頻特性和對數(shù)相頻特性的伯德圖。答：對數(shù)頻率特性L伯德圖(1)對數(shù)幅頻特性LL在ω=1處過Lω=20lg(2)對數(shù)相頻特性φφω=-90°，即3、請分別畫出串聯(lián)環(huán)節(jié)、并聯(lián)環(huán)節(jié)和反饋聯(lián)接的等效變換框圖。答：串聯(lián)變換并聯(lián)變換反饋?zhàn)儞Q4、請寫出比例環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性的表達(dá)式，并畫出其對數(shù)幅頻特性和對數(shù)