华南理工大学自动控制原理 历年真题填空问答参考答案

1、 华南理工大学自动控制原理 历年真题填空问答参考答案- 年：2005 填一 空开 控制系统从信号传送的特点或结构形式来看，可分为 1. 系统。闭环控制 和环控制 原理组闭环控制系统，对主反馈而言，只有按 负反馈2. 成的闭环控制系统才能实现自动控制。因为这种系统能 偏差 越来越小，甚至被消除。使 准 和稳定性 工程上把控制性能的要求归纳为 快速性 3. 确性 三个方面。 利用Routh判据判断闭环系统稳定的充分必要条件是 4.Routh 系统特征方程的全部系数（不缺项）均为正数，且 表第一列元素都是正数。单调时，单位阶跃响应是 二阶系统，其阻尼系数等于5. 1 1，单位阶跃响应是衰减 过程，若

2、阻尼系数大于零小于 过程。衰减的振系6. 减小或消除控制系统的稳态误差，通常可以通过增大环节个数来 前向通道积分 统的开环放大系数 或增加变差，甚至导致 动态性能 达到，但往往又会使系统的 不稳定。系统 二 简答题 1. 线性定常系统的传递函数定义是什么？传递函数与什么有关？ 答：线性定常系统，在初始条件为0的条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为该系统的传 递函数。传递函数表达式中各系数的值完全取决于系统 的结构和参数。自动控制系统稳定的定义是什么？系统稳定性与闭环极2. 点有何关系？ 答：假设系统处于某一起始的平衡状态，在外作用的影响下它离开了平衡状态，当外作用消失后，经过足

3、够长的时间它能回复到原来的平衡状态，则称该系统是稳定的。系统稳定的充要条件是：系统的闭环极点均为负实数或（和）具有负实部的共轭复数，即系统所有闭环极 点均位于复平面的虚轴左半部。 年2006 空一 填在闭环控制系统中，通过检测元件将输出量转变成与给1. 反馈信号 。定信号进行比较的信号，这个信号称为 ，反馈通道的传递函数为2. 若前向通道的传递函数为)(sG 。，则开环传递函数为)sH(G(s)sH()g为为输入，以被动轮转角3. 齿轮副中，以主动轮角速度? 输出，则这个装置为 积分 环节。K，则其对数幅频特性 在零分贝4.若环节的传递函数为?)(Ls 点处的频率数值为K 。线对应于奈奎斯特B

4、ode图中对数相频特性图上的-1805. 负实轴图中的 。一般都包含两个分量，自动控制系统对输入信号的响应，6. 。 稳态响应 ，另一个是 瞬态响应 即一个是 3 。 的拉氏变换式是7. 函数t6?e?)3f(t6?s1 。 8. 积分环节的传递函数表达式为?s)G(Ts 。 型系统的稳态误差为09. 在斜坡函数的输入作用下， 1，它的幅频特性的数学式是惯性环节的传递函数为10. 1?Ts1 ，它的相频特性的数学式是 ?)A(T)arctan?(22?1T?二 简答题 1 何谓自动控制？开环控制和闭环控制各具有什么特点？ 答：自动控制是指：在没有人直接参与的情况下，通过自动控制装置（控制器）使

5、生产过程或工作机械（控制对象）自动地按预先规定的规律运行，或使它的某些物理量（被控量）按照预定的要求产生变化。开环控制具有以下特点：无反馈回路，输出量对控制作用无影响，系统没有抵御外部干扰的能力，控制精度较低。闭环系统具有以下特点：具有反馈回路，由偏差产生控制作用；当干扰出现时能自动的减弱其影响，若参数不当有可能出现不稳定情况。 2 什么叫传递函数？它有什么性质？ 答：线性定常系统，在初始条件为0的条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。它具有以下性质：仅适用于线性定常系统；传递函数中各系数取决于系统结构和参数；一个传递函数 只能表示一个输入量和一个输出量的关系。

6、 2007年 一 填空2t 、写出控制系统的三种典型输入信号：、?r(t) 1t?t)t()?1(t)(rr2 结构和参数。线性系统的传递函数取决于系统本身的 2最小相位系统的重要特征在于：其相频特性与对数幅 3 一一对应 的关系。 频特性之间存在着 例比-积分-微分（函数为递规）控制律的传PID 41 ?=K(1G（s?s)）pd?si程序控制系按输入信号变化规律不同，系统可分为 5 、随动（伺服）系统。统 、闭环控制。开环控制 控制系统的基本控制方式为 61，则其幅频特性为振荡环节的传递函数为?)(sG 722?1?Ts?2Ts?21 ，相频特性为?arctan?)?(?)A(22?T1(

7、) 系统的加速度误差系数定义为 2)(limssGK? 8ka0?s稳定，开环不稳定开环稳定的系统，其闭环不一 9 不一定 稳定。系统，其闭环 两个二阶系统阶跃响应的超调量相等，则两个系统具 10 。阻尼系数有相同的 ?二 简答题 1 反馈控制系统的主要组成部分有哪些？对于自动控制 系统的性能要求有哪三个方面？ 答：反馈控制系统的主要组成部分：测量反馈元件、比较元件、放大元件、校正元件、执行原件、控制对象。 对于控制系统性能的要求是：稳定性、快速性、准确性。 各属于什么性质的校正？各具有什么特点？及 PIPD2 增加了系统型别，其特点是：答：PI属于串联滞后校正，可以在对系统稳定性影响不大的情

8、况下，有效的改善系属于串联超前校正，其特点是：可以PD统的稳态性能。提高系统的快速性，能够抑制过大超调量，改善系统的 稳定性。系统开环对数幅频特性曲线的三个频段一般如何划 3 分？各个频段对于系统的性能有何影响？渐近线在第一个转折频率之前的答：低频段通常是指?)(L区段，这个区段的特性体现系统的稳态性能，由系统的型别及开环放大系数决定，为保证系统的稳态精度，应截止频率附近的区具有较高的分贝数。中频段是指?)(L以应性能，的中反映系统动态特段，这段性集?)(L的斜率穿过零分贝线，且具有一定中频段宽-20dB/dec度。高频段是指中频段以后的区段，这部分特性由时间常数较小的环节决定，为保证具有较高

9、的抗高频干扰能 力，应具有较低的分贝值。 2008年 填空一 说明系统的型别为作用下的稳态误差， 1系统在2?e?t?)tr(ss 型或型。0 闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的2 中频段特性。 适合应用传递函数表述的系统是 线性定常系统。3闭环极4 若两个系统的根轨迹相同，则它们有相同的 点。 结构和参数。5 系统的稳定性取决于系统的 称为最小 在S平面右半部 没有开环极点和开环零点6 相位传递函数。K 为已知系统的传递函数为，其幅值特性7?s?e|j)|G(1Ts?K 。22?1T? 。 越慢 8 一阶系统的闭环极点越靠近原点，响应速度线性定常二阶系统的闭环增益加大，则系统的动

10、态性 9 能不变。反比关系。 积分环节的幅频特性，其幅值与频率成 104则其，已知单位反馈系统的开环传递函数为112s 等无穷大。值裕量hg用频率法设计串联校正装置时，采用串联滞后校正12 特性。高频衰减网络是利用其 答题 简二 PID调节器参数对控制系统性能的影响。1 简述1。调节器的传递函数为：比例参数答：PID?)s=Ks（）?(1G?dp?si的作用是加快系统的响应速度、提高系统的调节精度。 积分参数的作用是消除系统的稳态误差。微分参数的作 用是改善系统的动态性能。 2简述恒值控制系统、随动系统、程序控制系统的特点。 答：恒值控制系统输入信号为某一常数。随动系统的输 入信号是预先不知道

11、的随时间任意变化的函数。程序控 制系统的输入信号按预先知道的时间函数变化。 年2009 填空一 欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应的稳态位置误差为1 0 。 对于惯性环节，当频率趋于无穷大时，相移将趋于2 。 -90若要求系统对于加速度输入作用下不存在稳态误差， 3 型及以上的系统。则必须选用 为了得到较满意的暂态响应，控制系统的相角裕度应 4 。当为60 30之间，幅值裕度应大于6dB 比例微分控制不改变系统的开环增益和自然频率，但 5 。是可以增大系统的 阻尼系数? 是保证控制系统正常工作的先决条件。6稳定性 斜率为低频幅特性的频段渐近线数统型 7系对-40dB/dec 减在控制系统中加入微分负

12、反馈，则系统的超调量8 。 小开 在串联校正中，加大控制器增益，可以提高系统的 9 ，减小系统的稳态误差。环增益 二 简答题 1 减小或消除系统稳态误差的措施有哪些？ 答：通过增大系统开环传递函数或增加系统前向通道的 积分环节数目可以减小或消除系统稳态误差。 2 简述应用频率特性法进行控制系统分析的主要优点。 答：频率特性法进行控制系统分析具有以下优点：1,、不用求解系统特征根，采用较为简单的图解法就能研究系统稳定性，具有形象直观计算量小的特点；2、频率特性具有明确的物理意义可有实验方法测得出；3、频率响应法不仅适用于线性系统，而且可推广应用于某些非线性系统；4、只要求出系统的开环频率特性，就

13、可迅速判断系统闭环是否稳定。 3 对自动控制系统性能的基本要求包括哪三个方面的内容？请简单说明。 答：对控制系统性能的基本要求包括：“稳”、“快”、“准”三个方面。“稳”是系统的稳定性，指系统重新恢复平衡状态的能力，是任何系统正常运行的首要条件。“快”是系统响应的快速性，系统过渡过程越短，表明系统快速性越好。“准”是系统的准确性，过渡过程结束后，系统输出量的实际值与期望值只差成为稳态误差，稳态误差越小，系统准确性越好。 年2010 一 填空 决定。系统的传递函数完全由系统的 结构和参数 1 性能。图中的低频段反映了系统的 稳态2 Bode 放大环节的相频特性为 3 o?0)(? )c(s?k，

14、则4 单位负反馈系统的开环传递函数是：?()G)s?(s?ba)(kc 型系统，该系统的稳态位置误差系数为该系统是 0 ?1ab、系统参数（开环系统结构（系统型别） 稳态误差与 5 、输入信号形式 放大系数）有关。1?0.27s 属于 相位超前 串联校正环节6 校正。?)G(scs0.111? 的与，则，函数7 系统开环传递函数为)Gs)(s(?(Gs)F(s)1?Gs)F( 点相同。极 对欠阻尼系统，为提高系统的相对稳定性，可以增加8 阻尼系数。?若要求在基本保持原系统稳定性和频带宽前提下，提 9高系统控制精度，减小稳态误差，则通常较有效的措施是采用提高 开环放大系数，且串联 相位滞后 校正

15、。 二 简答题 1 简述控制系统稳定性概念并指出其充要条件。 答：假设系统处于某一起始的平衡状态，在外作用的影响下它离开了平衡状态，当外作用消失后，经过足够长的时间它能回复到原来的平衡状态，则称该系统是稳定的。系统稳定的充要条件是：系统的闭环极点均为负实数或（和）具有负实部的共轭复数，即系统所有闭环极 点均位于复平面的虚轴左半部。 2 简述Nyquist稳定判据，并应用，答：Nyquist稳定判据是，若系统开环不稳定（P0）曲线GH平面上的则闭环系统稳定的充要条件是：在?)G(j P）时，将以逆时针绕（-1，j0变化到及其镜像当从?，则闭环系统稳定的充要条件是：）圈；若开环稳定（P=0时，曲线及其镜像当平面上的从变化到在GH?)(Gj? ，j0）点。不包围（-1 2011年 填空一 m?|(s?z)i 根轨迹的幅值条件为， 11801i?1?Kgn?|p)s|(?j1?jnm 。相角条件为?o1)?(sz)?(sp)?180(2k?ji11i?j?1 控制规律的传递函数为PID 2?)s(1G（s）=K?dp?s程序控制3 按输入信号变化规律不同，控制系统可分为 、随动（伺服）系统。系统