自动控制原理简答题.docx

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自动控制原理简答题

三.名词解释

47、传递函数：

传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。

48、系统校正：

为了使系统达到我们的要求，给系统加入特定的环节，使系统达到我们的要求，这个过程叫系统校正。

49、主导极点：

如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。

50、香农定理：

要求离散频谱各分量不出现重叠,即要求采样角频率满足如下关系：

ωs≥2ωmax。

51、状态转移矩阵：

，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。

52、峰值时间：

系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。

53、动态结构图：

把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示，从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。

54、根轨迹的渐近线：

当开环极点数n大于开环零点数m时，系统有n-m条根轨迹终止于S平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这n-m条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。

55、脉冲传递函数：

零初始条件下，输出离散时间信号的z变换

与输入离散信号的z变换

之比，即

。

56、Nyquist判据（或奈氏判据）：

当ω由-∞变化到+∞时，Nyquist曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数N，等于系统G（s）H（s）位于s右半平面的极点数P，即N=P，则闭环系统稳定；否则（N≠P）闭环系统不稳定，且闭环系统位于s右半平面的极点数Z为：

Z=∣P-N∣

57、程序控制系统:

输入信号是一个已知的函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，这样的自动控制系统称为程序控制系统。

58、稳态误差：

对单位负反馈系统，当时间t趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。

59、尼柯尔斯图（Nichocls图）：

将对数幅频特性和对数相频特性画在一个图上，即以（度）为线性分度的横轴，以l（ω）=20lgA（ω）（db）为线性分度的纵轴，以ω为参变量绘制的φ（ω）曲线，称为对数幅相频率特性，或称作尼柯尔斯图（Nichols图）

60、零阶保持器：

零阶保持器是将离散信号恢复到相应的连续信号的环节，它把采样时刻的采样值恒定不变地保持（或外推）到下一采样时刻。

61、状态反馈设系统方程为

，若对状态方程的输入量

取

，则称状态反馈控制。

四.简答题

62、常见的建立数学模型的方法有哪几种？

各有什么特点？

有以下三种：

（1）机理分析法：

机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰,

（2）实验测试法：

不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限,（3）以上两种方法的结合:

通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点

63、PD属于什么性质的校正？

它具有什么特点？

超前校正。

可以提高系统的快速性，改善稳定性

64、幅值裕度，相位裕度各是如何定义的？

65、典型的非线性特性有哪些？

饱和特性、回环特性、死区特性、继电器特性

66、举例说明什么是闭环系统？

它具有什么特点？

既有前项通道，又有反馈通道，输出信号对输入信号有影响，存在系统稳定性问题。

67.简要画出二阶系统特征根的位置与单位阶跃响应曲线之间的关系。

单调发散

单调收敛

振荡发散

等幅振荡

振荡收敛

68、减小系统在给定信号或扰动信号作用下的稳态误差的方法主要有那些？

、保证系统中各环节（或元件）的参数具有一定的精度及线性性；

、适当增加开环增益或增大扰动作用前系统前向通道的增益；

、适当增加系统前向通道中积分环节的数目；

、采用前馈控制（或复合控制）。

69、连续控制系统或离散控制系统稳定的充分必要条件是什么？

连续控制系统稳定的充分必要条件是闭环极点都位于S平面左侧；离散控制系统稳定的充分必要条件系统的特性方程的根都在Z平面上以原点为圆心的单位圆内。

70、非线性系统和线性系统相比，有哪些特点?

非线性系统的输入和输出之间不存在比例关系，也不适用叠加定理；非线性系统的稳定性不仅与系统的结构和参数有关，而且也与它的初始信号的大小有关；非线性系统常常会产生自振荡。

71、自动控制系统的数学模型有哪些?

自动控制系统的数学模型有微分方程、传递函数、频率特性、结构图。

72、定值控制系统、伺服控制系统各有什么特点？

定值控制系统为给定值恒定，反馈信号和给定信号比较后控制输出信号；伺服控制系统为输入信号是时刻变化的，输入信号的变化以适应输出信号的变化。

73、从元件的功能分类，控制元件主要包括哪些类型的元件？

控制元件主要包括放大元件、执行元件、测量元件、补偿元件。

74、对于最小相位系统而言，若采用频率特性法实现控制系统的动静态校正，静态校正的理论依据是什么？

动校正的理论依据是什么？

静态校正的理论依据：

通过改变低频特性，提高系统型别和开换增益，以达到满足系统静态性能指标要求的目的。

动校正的理论依据：

通过改变中频段特性，使穿越频率和相角裕量足够大，以达到满足系统动态性能要求的目的。

75、在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些？

分析内容有那些？

常用的工程方法：

时域分析法、根轨迹法、频率特性法；分析内容：

瞬态性能、稳态性能、稳定性。

76、用状态空间分析法和用传递函数描述系统有何不同？

传递函数用于单变量的线性定常系统，属于输入、输出的外部描述，着重于频域分析；状态空间法可描述多变量、非线性、时变系统，属于内部描述，使用时域分析。

1滞后超前串联校正改善系统性能的原因。

2惯性环节在什么条件下可以近似为比例环节。

3列举3种非线性系统与线性系统特性的不同之处。

4现实中，真实的系统都具有一定程度的非线性特性和时变特性，但是理论分析和设计经常采用线性时不变模型的原因。

5零阶保持器传递函数

中是否包含积分环节？

为什么？

36.为什么说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同?

举例说明。

37.一阶惯性系统当输入为单位阶跃函数时，如何用实验方法确定时间常数T？

其调整时间ts和时间常数T有何关系，为什么？

38.什么是主导极点？

主导极点起什么作用，请举例说明。

39.什么是偏差信号？

什么是误差信号？

它们之间有什么关系?

40.根轨迹的分支数如何判断？

举例说明。

36.传递函数是线性定常系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比，它通常不能表明系统的物理特性和物理结构，因此说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同。

（3分）举例说明（2分）略，答案不唯一。

37.常用的方法（两方法选1即可）：

其单位阶跃响应曲线在0.632（2.5分）稳态值处，经过的时间t＝T（2.5分）；或在t＝0处曲线斜率k＝1/T，ts＝（3~4）T

38.高阶系统中距离虚轴最近的极点，其附近没有零点，它的实部比其它极点的实部的1/5还小，称其为主导极点。

（2分）将高阶系统的主导极点分析出来，利用主导极点来分析系统，相当于降低了系统的阶数，给分析带来方便。

（2分）

举例说明（1分）略，答案不唯一。

39.偏差信号：

输入信号与反馈信号之差；（1.5分）误差信号：

希望的输出信号与实际的输出信号之差。

（1.5分）

两者间的关系：

，当

时，

（2分）

40.根轨迹S平面止的分支数等于闭环特征方程的阶数，也就是分支数与闭环极点的数目相同（3分）。

举例说明（2分）略，答案不唯一。

36.开环控制系统：

是没有输出反馈的一类控制系统。

其结构简单，价格低，易维修。

精度低、易受干扰。

（2.5分）

闭环控制系统：

又称为反馈控制系统，其结构复杂，价格高，不易维修。

但精度高，抗干扰能力强，动态特性好。

（2.5分）

37.答案不唯一。

例如：

即在系统的输入端加入一定幅值的正弦信号，系统稳定后的输入也是正弦信号，（2.5分）记录不同频率的输入、输出的幅值和相位，即可求得系统的频率特性。

（2.5分）

38.0型系统的幅频特性曲线的首段高度为定值，20lgK0（2分）

1型系统的首段-20dB/dec，斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为ω1＝K1（1.5分）

2型系统的首段-40dB/dec，斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为ω1＝K2（1.5分）

39.根轨迹与虚轴相交，表示闭环极点中有极点位于虚轴上，即闭环特征方程有纯虚根，系统处于临界稳定状态，可利用此特性求解稳定临界值。

（3分）

举例，答案不唯一。

如求开环传递函数G（s）=K/（s（s+1）（s+2））的系统稳定时的K值。

根据其根轨迹与虚轴相交的交点，得到0

（2分）

40.1）当控制系统的闭环极点在s平面的左半部时，控制系统稳定；（1分）

2）如要求系统快速性好，则闭环极点越是远离虚轴；如要求系统平稳性好，则复数极点最好设置在s平面中与负实轴成45夹角线以内；（1分）

3）离虚轴的闭环极点对瞬态响应影响很小，可忽略不计；（1分）

4）要求系统动态过程消失速度快，则应使闭环极点间的间距大，零点靠近极点。

即存5）在偶极子；（1分）

5）如有主导极点的话，可利用主导极点来估算系统的性能指标。

（1分）

36.开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么？

37.如何用实验方法求取系统的频率特性函数？

38.伯德图中幅频特性曲线的首段和传递函数的型次有何关系？

39.根轨迹与虚轴的交点有什么作用?

举例说明。

40.系统闭环零点、极点和性能指标的关系。

36.1）各前向通路传递函数的乘积保持不变。

（2分）

2）各回路传递函数的乘积保持不变。

（2分）

举例说明（1分）略，答案不唯一。

37.其极坐标图为单位圆，随着

从0变化，其极坐标图顺时针沿单位圆转无穷多圈。

（2.5分）图略。

（2.5分）

38.可采用以下途径：

1）提高反馈通道的精度，避免引入干扰;（1.5分）

2）在保证系统稳定的前提下，对于输入引起的误差，可通过增大系统开环放大倍数和提高系统型次减小。

对于干扰引起的误差，可通过在系统前向通道干扰点前加积分增大放大倍数来减小;（2分）

3）采用复合控制对误差进行补偿。

（1.5分）

39.开环不稳定的系统，其闭环只要满足稳定性条件，就是稳定的，否则就是不稳定的。

（3分）举例说明答案不唯一略。

（2分）

40.保留主导极点即距虚轴最近的闭环极点，忽略离虚轴较远的极点。

一般该极点大于其它极点5倍以上的距离；（2.5分）如果分子分母中具有负实部的零、极点在数值上相近，则可将该零、极点一起小调，称为偶极子相消（2.5分）

36.方块图变换要遵守什么原则，举例说明。

37.试说明延迟环节

的频率特性，并画出其频率特性极坐标图。

38.如何减少系统的误差?

39.开环不稳定的系统，其闭环是否稳定？

举例说明。

40.高阶系统简化为低阶系统的合理方法是什么？

36.自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”，（1分）“经典控制理论”以传递函数为基础（1分），以频率法和根轨迹法为基本方法，（2分）“现代控制理论”以状态空间法为基础，（1分）。

37.要减小最大超调量就要增大阻尼比（2分）。

会引起上升时间、峰值时间变大，影响系统的快速性。

（3分）

38.系统特征方程式的所有根均为负实数或具有负的实部。

（3分）

或:

特征方程的根均在根平面（复平面、s平面）的左半部。

或:

系统的极点位于根平面（复平面、s平面）的左半部

举例说明（2分）略，答案不唯一

39.对于输入引起的误差，可通过增大系统开环放大倍数和提高系统型次减小。

（2.5分）

对于干扰引起的误差，可通过在系统前向通道干扰点前加积分增大