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1、自动控制题库答案汇总第一章1. 开环控制和闭环控制的主要区别是什么？ 主要区别是有无输出量的反馈，将输出量和定值比较后形成差值反馈给对象的输入端，就是闭环控制，无此过程就是开环控制。2电加热炉炉温控制中， 热电阻丝端电压 U及炉内物体质量 M的变化，哪个是控制量？哪 个是扰动？为什么？ U是控制量，改变U可以控制温度的高低； M是扰动，它的增减对温 度产生不希望的影响，即影响炉温的高低。3.简述自动控制所起的作用是什么？ 作用是在人不直接参与的情况下，使某些被控量按指定规律变化。4恒值调节和随动调节的区别是什么？ 恒值调节的给定量为一常值，随动调节的给定量是个随时间变化的不能预知的量。5.简述

2、自动控制电加热炉炉温控制的原理。1）由热电偶测得炉温 2）和给定温度值比较3）温度差大于0，则减小电炉电压使炉温降低，反之则增大电压。6比较被控量输出和给定值的大小，根据其偏差实现对被控量的控制，这种控制方式称为闭环控制。7简述控制系统由哪三大部分组成？ 测量，比较，控制1. 反馈控制系统是指：a.负反馈 b.正反馈 答案a.负反馈2. 反馈控制系统的特点是：答案 控制精度高、结构复杂3. 开环控制的特点是：答案 控制精度低、结构简单4. 闭环控制系统的基本环节有： 给定、比较、控制、对象、反馈5. 自控系统各环节的输出量分别为： 给定量、反馈量、偏差、控制量输出量6. 自控系统的数学模型主要

3、有以下三种： 微分方程、传递函数、频率特性7. 实际的物理系统都是：a.非线性的 b.线性的 a.非线性的8. 线性化是指在工作点附近用 代替曲线。切线9. 传递函数等于输出像函数比输入像函数。10. 传递函数只与系统结构参数 有关，与输出量、输入量 无关。11. 惯性环节的惯性时间常数越大，系统快速性越 差。12. 二阶系统阻尼系数 1,系统就不会出现过调。13. 最佳阻尼系数0.707。14. 小时间迟后环节可近似为 惯性环节。15. 分析某一时间的误差可用：a.终值定理 b.误差级数 c.拉氏反变换。16. 补偿控制特点是：可提高稳态精度，对暂态性能影响不大。17. 高阶系统暂态性能取决

4、于离虚轴 最近的闭环极点。18. 主导极点应满足：a.离虚轴最近b.5倍距离内无其他零极点。19. 线性系统稳定，其闭环极点均应在S平面的左平面。20. 列举两个不可线性化的非线性环节： 间隙、死区。21. 列举非线性系统相轨迹的常见形状特征。 节点、焦点、鞍点、极限环22. 相轨迹趋向于极限环，系统出现周期振荡。23. 相轨迹趋向于有限值，系统稳定。24. 相轨迹趋向于 无限远，系统不稳定。25. 简述等倾线法：状态方程之比并令为一常数得等倾线方程，绘等倾线，从初始值开始按等倾线斜率不断改相轨迹走向直到最后。26. 二阶非线性用相轨迹法；高阶非线性用描述函数法进行分析。27. 描述函数是非线

5、性环节输入正弦与输出正弦基波分量之比。28. 简述描述函数的求取步骤。 求正弦输入下的输出函数，把输出函数按傅 利叶级数展开求出基波分量即可。29. 等效频率特性不包围负倒相对描述函数，则非线性系统稳定。30. 等效频率特性包围负倒相对描述函数，则非线性系统不稳定。31. 负倒相对描述函数与等效频率特性 相交，则非线性系统产生 周期振荡。32. 采样频率3 S 2 w m(3 m连续信号最大频率)，才是不失真采样。33. 采样系统的动态过程用 差分方程来描述。34. 求解差分方程可借助Z变换。35. 计算机解差分方程常用 迭代法。36. 由传函求脉冲传函的方法是： 部分分式法展开，查典型函数Z

6、变换表。37. F(z)对应的时间函数f (t)的终值=(Z-1) F(Z)再令Z=138. 采样系统稳定的充要条件是，闭环脉冲传函的所有极点均位于单位圆内39. 双线性变换是令 Z=(W+1)/(W-1)40. 采样系统经过W变换，就可用连续系统的分析方法进行分析了。41. 采样周期越大，系统稳态误差 越大。42. 采样周期越大，系统稳定性 越差。43. 采样系统的主导极点是：a.靠虚轴最近b.靠单位圆最近 的闭环极点。44. 用数字程序实现校正的方法是： 脉冲传函变成差分方程，由迭代法编程45. 求采样系统差分方程的方法是：1按连续系统求传函2求脉冲传函3由 迟后定理得差分方程46. 在波

7、德图上进行采样系统校正的两种近似方法为： 1看成连续系统2采样保持器看成惯性环节47. 采样系统校正采用数字校正比较方便。48. 写出误差级数中系数Cj的计算公式。JCj=lU 严一(S)isJ49. 误差传函 (S) =1/ 1+G0(S)50. 劳斯阵列表第一列中某项为零，其他各项均大于零，说明什么？ 临界稳定第二章1. 由laplace变换的微分定理,2L(x (t) s x(s) sx(0) x (0)。2.水位控制系统微分方程为cdh，其中 dtq,q。为进出口水流量,c和h为水池底面积和水位，qi和h分别是控制量和被控量。如果 qo k-h (k为常数)，试将此非线性方程在某个稳态

8、工作点q0,h*附近线性化。由qo ；：，因此原方程变为重新写成qi, h后，方程成为C dhdt3.如图质量、弹簧、摩擦系统，统的传递函数表示 G(s) y(s)/u(s)。k h 厂 d h / c 八、|-|-rq = c(3分)，用2 h dtkh /八、=* qi (1 分)。2 hk和r分别为弹簧系数和摩擦系数，q, h作为新的变量,u(t)为外力，试写出系牛顿第二定律u kyry my(1 分)拉氏变换后 y(s)/u(s)1/( ms2rs k)(3分)23.机电控制系统中电压u(t),转速(t)分别为输入、输出量，变换为：M(s) (Js f)(s)E(s) b(s)r各部分

9、运动关系的1y(t) kmu(t)laplaceU(s) E(s) (Ls R)l(s)式中M(t)为力矩，E(t)为感应电动势, 常数，试画出总的系统方框图。作合成框图(4分)M(s) dl(s)I(t)为感应电流，J、f、L、R、b、d为非零二个一阶惯性环节，二个比例环节，一个比较环节，可4试列举二种子系统常用的连结方式，并画出示意图。并联(图略) 串联(图略)6.将环节G(s)的输出信号作为环节 G?(s)的输入信号，则总的系统传递函数为Gi(s) G2(s)7.二个环节G(s)和G2(s)有相同输入，总的系统输出为二个环节输出的代数和，则总的系统传递函数为 G(s) + G2(s) _

10、。8已知系统信号流图如左，试画出它的传递函数方框图。f(xj f(X2)11 线性系统的齐次性和叠加性是指什么？齐次性f (ax) af (x)，叠加性f (x x?)2. 线性系统的特点是信号具有 齐次性和叠加性。1.凡是具有叠加性和齐次性的系统称为 线性系统。13. 具有什么特性的系统是线性系统？具有 齐次性和叠加性。1信号流图中，进入节点的信号有二个流出分支，则每个支路信号的大小是原信号的原值。13什么是定常系统？ 若输入u(t)时输出为y(t)，则对任意，有u(t+ )时输出为y(t+ )1 11C* QonHR如图液位系统，Qi,Q为进出口水流量，R为出水管水阻，水池底面积为C ,试

11、建立液位系统的微分方程。Qi Qo CQo H (3分) H Qi 0 (1 分)dt R dt R、求系统传递函数。（每小题5分，共计1 求电路网络传递函数L P15 分)G(S)=LCS*S/(LCS*S+RCS+1)G(S)=1/(LCS*S+RCS+1)Ur1 R1 UclUrJ/ R2 Uc|匸 IIk C(S)3实验测得系统幅频渐近线如下图，求对应的传递函数G1G2G3G4lKl(；2Q3G4ni+C2)。c.使用该校正环节后对系统性能有何影响？ ( 5分)i1h HyyLu(t)VC - uc(t)I丄Gc(s)1 RGS1 RC2S超前校正(1分)全面改善暂态性能，稳态误差不变

12、，抗高频 干扰性能会受到一些影响。(2分)14.在控制实践中，为什么总可以把一个模型作线性化处理?一般工业控制都只考虑在某一稳态工作点附近变化的情况，通过 Talor级数展开保留一阶量，忽略高阶量，而一阶量就是线性变化的关系。4.最小相位系统是指系统的开环传递函数的零点和极点 全在s的左半平面上 。10.数学模型是用来描述系统中各种信号或变量的 _传递和转换关系的。第三章时域分析30.设系统开环传递函数为 k/s(1 0.25s)，若要求单位负反馈系统的阶跃响应有 16%的超调,s2 4s 4k 0 见 n 2. k0.5,令二者相等得k 4( 2分)。则k应取何值？闭环特征方程为s2 4s

13、4k 0见n 2你， 1/作(2分)，/ 1?又e / 1 16%得22.试简述二阶系统G(s)2 2 2n/(s 2 ns n)中，阻尼比 对阶跃响应的影响。21.27.试列举系统校正中常用的时域静态指标和动态指标(至少各二项) 静态误差ess和开环比例系数，过渡过程的超调量已知系统结构如图，试确定使闭环稳定的开环增益%和调正时间ts k的范围。uks(s2+s+1)(s+2)闭环特征方程s4 3s3 3s2 2s k 0( 1分)用劳斯判据可得 0 k 14/9(3 分)。28.画出PID环节的单位阶跃响应实验曲线。37.二阶闭环系统传递函数标准型为2 2n /(s 2 n sn2)，其中

14、称为系统的阻尼系数n为自然振荡角频率 。22.为什么在工程实践中将临界稳定看成不稳定?30.二阶系统 0.6, n 5rad / s，输入信号为单位阶跃函数时， 求输出信号的峰值时间tp和超调量%e 1 2 ( 1 分)tp 0.785 秒， % 9.5%( 3 分)34.P(s) 0.5/ s(1 0.2s)，临界阻尼的非振荡阶跃响应。并计算其调节时间 前向通道为内闭环和 k1的串联，其传递函数为100随动系统如图所示，其中试求速度反馈增益 ，使闭环系统出现ts( 5)。G(s) s2 5(1 0.5 )s 100 5勺)，见n 10，要求临界阻尼 1，则2 n 5(1 0.5得 6 (3

15、分),ts0.3秒( 2 分)。16. 说明I型系统在单位阶跃作用下的稳态误差为 0。由于E( ) HmjsE(s) 0osR(s)1 G(s)其中R(s)】，G(s) 旦(G(s)中无积分环节) s s因此E()1lims 0 11 -Go(s)s31.已知开环传递函数为 G(s) 16/s(1 0.25s)，求其单位负反馈系统阶跃响应的超调量%和调节时间ts ( 5) o闭环传递函数为16/(0.25 s2 s 16) 64/(s2 4s 64)得n 8, 0.25 (2 分)再求得 ts 1.5秒， % 44% (2 分)18.简述什么是稳定平衡点，什么是不稳定平衡点？使物体暂时偏离平衡

16、点的干扰力消失 后，经过有限时间后，物体能再回到该平衡点上，这样的平衡点称为稳定平衡点，反之，贝U 该点为不稳定平衡点。27.已知系统特征方程为 s3 20s2 9s 100 0 ,用劳斯判据判别系统的稳定性。 列劳斯表，(3分)见第一列各数均为正，系统稳定( 1分)30. 已知开环传递函数为 k/s(1 0.25s)，若要求单位负反馈系统的阶跃响应超调为 16%，则k应取何值？32.单位反馈系统的闭环传递函数为G(s) ；/(s2 2 ns2)在单位阶跃作用下的误差响应为e(t) 2e2t e4t，求系统的阻尼比 和自然频率 n得G(s) 4 ，闭环为_4(3分)从而n 2s(s 6) s

17、6s 4E(s)2 1 1 - s 2 s 4 1 G(s) s1.5 (1 分)31.单位负反馈系统的闭环传递函数为G(s)2 2n /(sn2)，在单位阶跃作用下的误和自然频率差响应为e(t) e t(sint cost)，求系统的阻尼比E(s) (s 2) /(s2 2s 2) 1/(1 Go(s)s得 G(s) 2/ s(s 2) (2 分),34. 已知单位负反馈系统的开环传递函数为 P(s) k/s(s 2)1) 判断使闭环系统稳定的 k值范围2) 要使系统的阻尼比为 .2/2，求相应的k值和这时的自然频率3) 求以上参数时闭环阶跃响应 C(t)闭环特征方程s2 2 s k, k

18、0闭环稳定 (2分),2 2 n 得 n 2 k 2 (4 分) C(t) 1 e Icost si nt) (4 分)16. 系统的开环传递函数为 G(s) P(s)/Q(s), P(s)和Q(s)分别为m阶和n阶多项式，试说 明什么是O型系统，1型系统，H型系统？ 若Q(s)不含s 0的极点，称为O型系统，含有 一个(二个)s 0的极点，则分别称为I型(n型)系统。1) 求 G(s)2) 当G(s)改为1/S+2,且r(t) 10 1(t)时，求系统的 稳态输出值c()3) 得 G(s)(3 分)c(10.内闭环传递函数为)lim巴 2 ss 0 s s 9s 151/(s7)，合成传递函

19、数为1/( s2 9s 15)(5分)1.16 1过阻尼 (2分)增加偶极子，几乎不影响系统的 _动态 性能，而会较大影响系统的 静态 性能。 衰减振荡过程中，调节时间和 _超调量_是二个最常用的瞬态指标。8.16.说明I型系统在单位阶跃作用下的稳态误差为皿，其中R(s) G(s) 料丿1由于 E( ) lim sE(s) lim-s 0 s 0 10。】，G(s) G) (Go (s)为 O 型系统，Go(O) s s为有穷值。因此 E( ) lim1/(1 G(s) 0。s 0 s21.二阶系统闭环标准形式为 G(s) 2/(s2 22)，试画出阻尼比为 1和1二种 指出系统输出动态响应的

20、类型(过阻尼，欠阻尼, 临界阻尼，无阻尼)ts和情况下阶跃响应的输出示意图。用什么名称称呼这二种情况？1为过阻尼， 1为临界阻尼，响应曲线图略。30. 已知开环传递函数为 G(s)=16/s(1+0.25s)，求其单位负反馈系统阶跃响应的调节时间超调量 %( 5)31. 如图位置随动系统，当 r(t)为单位阶跃时，求输出 c(t)的静态位置误差。内闭环传递函数为1/s(s 1) ( 1分)，因此I型系统在单位阶跃下静态位置误差为0( 3分)31.如图位置随动系统，当 r(t)=t时，求c(t)的静态位置误2分)内闭环传递函数为1/s(s 1)kv lsm)1/( s 1) 1， ess 1/k

21、v1 (2 分)30.设系统特征方程为s43s3 s2 s 4 0，分析系统稳定性。1 3 2/3-17 4 (3 分)系统不稳定(3分)34. 已知系统开环传递函数为 P(s)=2/s(s+2),1) 试求在单位负反馈下参考输入为 r(t)=1(t)的输出响应y(t)2) 求输出响应的阻尼比 和自然频率 n1、 闭环传递函数为 G(s) 2/(s2 2s 2) ( 2分)在单位阶跃输入下，输出响应的传递函数为 2/s(s2 2s 2) ( 1分)拉氏反变换得输出响应 C(t) 1 e t(cost sint) ( 5分)2、 -, n 2(2 分)23. 决定控制系统稳定误差的三个要素为输入

22、信号类型、开环增益 K和系统中_积分环节个数_。21试分析一阶惯性环节 k/(1 Ts)中k和T在阶跃响应中的作用。k/s(1 Ts)的阶跃响应为k(1 et/T) ,k为响应的稳态值，T是从原点作曲线切线和 y k相交时t的时刻，T越大，响应达到稳态的时间越长。17. 说明0型系统在单位阶跃输入作用下的稳态误差为有穷值。由于E( ) limsE(s) lirni sR(s)，其中R(s) -, G(s)中无积分环节，G(0)为有穷值。s 0 s 01 G(s) s1 1因此E( ) lim 为有穷值。s 01 G(s) 1 G(0)27. 已知开环传递函数为 2/(s+2)，在零初值条件下，

23、求其单位负反馈系统的阶跃响应 C(t)。1闭环 G(s) 2/( s 4)( 1 分) C(t) L 1(2/s(s 4) C(t) (1 e 4t) ( 3 分)。全部大于0系统才能稳定。6.用劳斯表判断连续系统的稳定性，要求它的第一列系数 34.下图分别为单位负反馈系统和它的单位阶跃曲线图R(s)试确定系统参数 K1,K2和a。其中P(s) K1 /s(s a), K1K2为放大系数,由 33.3% 得 0.33，由 tp 0.1 得 n由闭环特征方程s2 as K 0和n 比较得 k1=1107，a=22( 4 分)，由闭环传递函数 k!k2 /(s as kJ的阶跃响应稳态值得k2=3( 3 分)。35.设二阶系统的单位阶跃响应曲线如图L一、Id.飞-一十二二一求系统闭System; g； Time (sac): 0725Amplitude: 1.16环传递函数又 e，i 16% 得 0.5,25(3 分)sA2 + 5 s + 25、系统稳态误差分析1 已知单位反馈系统开环传函如下，求输入量分别为 1 (t)、t 1 (t )、10时，系统的穗态误差G (S)1 (0.1S+1)(O. 5S+1)7(2+1)e 冲=o. oat es5 = e 51 = coG Fg i 5_S(S