自动控制理论复习题

1、自动控制原理复习内容及基本要求复习内容及基本要求 1自动控制的一般概念自动控制的一般概念 主要内容：自动控制的任务主要内容：自动控制的任务 基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制。基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制。 自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化。自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化。 基本要求：重点是反馈控制原理与动态过程的基本要求：重点是反馈控制原理与动态过程的 概念，以及建立原理方块图的方法。概念，以及建立原理方块图的方法。内容提要及小结内容提要及小结（1）几个重要概念）几个重要概念自动控制：自动控制：自动控制系统自动控制系统 ：负反馈原理负反馈原理： 校正元件执行元件放大元

2、件比较元件测量元件给定元件控制装置（控制器）被控对象自动控制系统自动控制系统 把被控量反送到系把被控量反送到系统的输入端与给定量进统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以控制器产生控制量，以减小或消除偏差。减小或消除偏差。 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。 指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置广义的名词，主要是指以控

3、制器为核心的一系列附加装置的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。控制，有时又泛称为控制器或调节器。 （2）控制系统基本控制方式）控制系统基本控制方式 实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。 实现自动控制的主要原则有三：实现自动控制的主要原则有三： 主反馈原则主反馈原则按被控量偏差实行控制。按被控量偏差实行控制。 补偿原则补偿原则按给定或扰动实行硬调或补偿控制。按给定或扰动实行硬调或补偿控制。 复合控制原则复合控制原则闭环为主、开环为辅的组合控制。闭环为主、开

4、环为辅的组合控制。（3）系统分类的重点）系统分类的重点 重点掌握线性与非线性系统的分类，特别对线性系统重点掌握线性与非线性系统的分类，特别对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。的定义、性质、判别方法要准确理解。 状态空间法时域法状态方程变系数微分方程时变状态方程频率法根轨迹法时域法状态方程频率特性传递函数常系数微分方程定常分析法分析法描述线性系统线性系统 状态空间法相平面法描述函数法本质线性化法非本质状态方程非线性微分方程分析法分析法分类描述非线性系统非线性系统2 2数学模型数学模型 主要内容：动态方程建立及线性化，传递主要内容：动态方程建立及线性化，传递函数及动态结构图，结构图的等效变

5、换，梅逊函数及动态结构图，结构图的等效变换，梅逊公式及应用，典型环节。公式及应用，典型环节。 基本要求：重点是传递函数和动态结构图基本要求：重点是传递函数和动态结构图的概念，以及增量线性化、结构图等效变换的的概念，以及增量线性化、结构图等效变换的法则。利用复阻抗直接建立电路结构图的方法法则。利用复阻抗直接建立电路结构图的方法。典型环节的概念。典型环节的概念。 内容提要及小结内容提要及小结 本章主要介绍数学模型的建立方法，作为线本章主要介绍数学模型的建立方法，作为线性系统数学模型的形式，介绍了两种解析式和性系统数学模型的形式，介绍了两种解析式和两种图解法，对于每一种型式的基本概念，基两种图解法，

6、对于每一种型式的基本概念，基本建立方法及运算，用以下提要方式表示出来。本建立方法及运算，用以下提要方式表示出来。（1）微分方程式）微分方程式 小偏差线性化理论简化性与准确性要求中间变量的作用基本定律物理、化学及专业上的基本概念 微分方程传递函数由信号流图微分方程传递函数由结构图微分方程（由传递函数转换法化标准形消中间变量线性化原始方程组直接列写法基本方法dtdptrpMtcpNsRsNsMsCsNsMsRsC)()()()( M(s)R(s)N(s)C(s) )()()()()()()()1 -L直流电机调速系统磁场控制直流电动机电枢控制直流电动机常用重要例题建模零输入解零状态解分方程掌握拉氏

7、变换法求解微方程求解应用(2)传递函数传递函数单位阶跃响应特性零极点分布图传递函数方程式标准解析式典型环节模态对应）（零极点分布图与运动传递函数极点零点微观结构一对确定的输入输出零初始条件线性定常系统比值定义：基本概念)()(sRsC 传递函数由信号流图传递函数由结构图图解法传递函数由微分方程定义法基本方法梅逊公式化简dtds)()(,)()()()()()(,)()()( 1)( 1)( sDsEGsDsCsGsRsEsGsRsCsGLGsGGGsGddrraK扰动输入下：控制输入下：重要传递函数）（适用于回路两两交叉（适用于单回路）公式及传递函数常用重要公式前前（3）结构图）结构图 函数。

8、由梅逊公式直接求传递相加点和分支点移位开环前向反馈连接并联相加串联相乘用代数法则简化结构图由原始方程组画结构图基本方法支点、支路）种（方框、相加点、分构图基本元素变换可用代数法则进行等效示数学模型结构的图形表基本概念1 4注意几点：注意几点： 相加点与分支点相邻，一般不能随便交换。相加点与分支点相邻，一般不能随便交换。 直接应用梅逊公式时，负反馈符号要记入反直接应用梅逊公式时，负反馈符号要记入反馈通路中的方框中去。另外对于互不接触回路的区馈通路中的方框中去。另外对于互不接触回路的区分，特别要注意相加点与分支点相邻处的情况。分，特别要注意相加点与分支点相邻处的情况。 结构图可同时表示多个输入与输

9、出的关系，这结构图可同时表示多个输入与输出的关系，这比其它几种解析式模型方便的多，并可由图直接写比其它几种解析式模型方便的多，并可由图直接写出任意个输入下总响应。如：运用叠加原理，当给出任意个输入下总响应。如：运用叠加原理，当给定输入和扰动输入同时作用时，则有定输入和扰动输入同时作用时，则有 C C(s)(s)G Gr r(s)(s)R R( (s s) )G Gd d( (s s) )D D( (s s) ) 保持不变各回路中传递函数乘积积保持不变前向通路的传递函数乘等效原则两条（4）信号流图）信号流图 代数法则同结构图一致结构图翻译成信号流图图由原始方程组画信号流基本方法数有统一的公式求传

10、递函种构图元素改进二点同结构图一致基本概念2 重要公式重要公式梅逊公式梅逊公式 注意两点：注意两点： 搞清公式中各部分含义；搞清公式中各部分含义； 公式只能用于输入节点与输出节点之间的公式只能用于输入节点与输出节点之间的传输，不能用于不含输入节点情况下，任意两传输，不能用于不含输入节点情况下，任意两混合节点之间的传输。混合节点之间的传输。 四种模型之间的转换关系可用下图表示四种模型之间的转换关系可用下图表示 nKKKGG1微分方程传递函数结构图信号流图3 3时域分析法时域分析法 主要内容：典型响应及性能指标。一、二主要内容：典型响应及性能指标。一、二阶系统的分析与计算。系统稳定性的分析与计阶系

11、统的分析与计算。系统稳定性的分析与计算：劳斯判据。稳态误差的计算及一般规律。算：劳斯判据。稳态误差的计算及一般规律。 基本要求：重点是典型响应，性能指标诸基本要求：重点是典型响应，性能指标诸概念及计算指标的方法，也要重视结构参数对概念及计算指标的方法，也要重视结构参数对系统响应影响的一般规律。典型响应以阶跃响系统响应影响的一般规律。典型响应以阶跃响应为主。劳斯判据和结构稳定性的概念。终值应为主。劳斯判据和结构稳定性的概念。终值定理的应用。定理的应用。 内容提要内容提要（1） 时域分析法是通过直接求解系统在典型输入时域分析法是通过直接求解系统在典型输入信号作用下的时间响应，来分析控制系统的稳定信

12、号作用下的时间响应，来分析控制系统的稳定性和控制系统的动态性能及稳态性能。工程上常性和控制系统的动态性能及稳态性能。工程上常用单位阶跃响应的超调量、调节时间和稳态误差用单位阶跃响应的超调量、调节时间和稳态误差等性能指标评价系统的优劣。等性能指标评价系统的优劣。 许多自动控制系统，经过参数整定和调试，许多自动控制系统，经过参数整定和调试，其动态特征往往近似于一阶或二阶系统。因此一、其动态特征往往近似于一阶或二阶系统。因此一、二阶系统的理论分析结果，常是高阶系统分析的二阶系统的理论分析结果，常是高阶系统分析的基础。基础。)()()(sRsCs （2）时域分析法的基本方法是拉氏变换法：时域分析法的基

13、本方法是拉氏变换法：结构图结构图 C (s) = (s)R (s) c (t) = L-1C (s)（3） 时域分析时域分析（i i）一阶系统的时域分析）一阶系统的时域分析 一阶系统的动态特性应用一阶微分方一阶系统的动态特性应用一阶微分方程描述。一阶系统只有一个结构参数，即其程描述。一阶系统只有一个结构参数，即其时间常数时间常数T。时间常数。时间常数T反应了一阶系统的反应了一阶系统的惯性大小或阻尼程度。一阶系统的性能由其惯性大小或阻尼程度。一阶系统的性能由其时间常数时间常数T唯一决定。一阶系统的时间常数唯一决定。一阶系统的时间常数T，也可由实验曲线求出。，也可由实验曲线求出。 （ii）二阶系统

14、的时域分析）二阶系统的时域分析 二阶系统的性能分析，在自动控制理论中有二阶系统的性能分析，在自动控制理论中有着重要的地位。二阶系统含有两个结构参数，即着重要的地位。二阶系统含有两个结构参数，即阻尼比阻尼比和无阻尼振荡频率和无阻尼振荡频率n。阻尼比。阻尼比决定着二决定着二阶系统的响应模态。阶系统的响应模态。 = 0时，系统的响应为无阻时，系统的响应为无阻尼响应；尼响应； =1时，系统的响应称为临界阻尼响应；时，系统的响应称为临界阻尼响应； 1时，系统的响应是过阻尼的；时，系统的响应是过阻尼的；0 0 1000k 0可得可得 0 k 0，得使系统稳定的得使系统稳定的K值范围是值范围是0K0K0。对

15、于二阶线性采样系统，当对于二阶线性采样系统，当K K大于某一值，系统将不稳定，可大于某一值，系统将不稳定，可见，加入采样开关，对系统的稳定性不利，如果提高采样频见，加入采样开关，对系统的稳定性不利，如果提高采样频率，稳定性将得到改善。率，稳定性将得到改善。采样系统的稳态误差采样系统的稳态误差采样系统的类型采样系统的类型设采样系统的开环脉冲函数为设采样系统的开环脉冲函数为G(z)，当，当G(z)具有具有0个，个，1个，个，2个个z1的极点时，系统分别为的极点时，系统分别为0型，型，I型，型，II型系统。型系统。应用终值定理求给定稳态误差终值应用终值定理求给定稳态误差终值设采样系统是单位负反设采样

16、系统是单位负反馈系统，则给定误差脉馈系统，则给定误差脉冲传递函数为：冲传递函数为：)(11)()(zGzRzE根据终值定理，给定稳态误差终值为：根据终值定理，给定稳态误差终值为：)(1lim)(limzEzznTeennsr系统的稳态误差取决于系统的稳态误差取决于G(G(z z) )和输入信号和输入信号R(R(z z) )。用静态误差系数求给定稳态误差终值用静态误差系数求给定稳态误差终值静态位置误差系数静态位置误差系数)(1 lim1zGKpz静态速度误差系数静态速度误差系数)() 1(lim1zGzKvz静态加速度误差系数静态加速度误差系数)() 1(lim21zGzKaz单位阶跃输入时，采

17、样系统的稳态误差终值为单位阶跃输入时，采样系统的稳态误差终值为psrKe1单位斜坡输入时，采样系统的稳态误差终值为单位斜坡输入时，采样系统的稳态误差终值为vsrKTeT为采样周期为采样周期单位加速度输入时，采样系统的稳态误差终值为单位加速度输入时，采样系统的稳态误差终值为asrKTe2例：采样系统如图，其中零阶保持器的传递函数为例：采样系统如图，其中零阶保持器的传递函数为被控对象的传递函数为被控对象的传递函数为 ，采样周期，采样周期T=0.25s，确定系统的类型。，确定系统的类型。sesGTsh1)() 15 . 0(4)(sssGo解：解：1、求系统的开环脉冲传递函数、求系统的开环脉冲传递函

18、数15 .0124)1 ()()(2sssesGsGTSoh2、根据系统的开环脉冲传递函数，系统有一个、根据系统的开环脉冲传递函数，系统有一个Z=1的极点，的极点，为为I型系统。型系统。查表得与上式对应的查表得与上式对应的Z变换。系统的开环脉冲传递函数变换。系统的开环脉冲传递函数)368.0)(1()264.0368.0(2368.0212)1(2)1 ()(21zzzzzzzzzzzGGoh自动控制理论复习题自动控制理论复习题 一、单项选择题一、单项选择题1正弦函数sint的拉氏变换是A B C D2.实际生产过程的控制系统大部分是 A.一阶系统 B. 二阶系统 . 低阶系统 . 高阶系统3

19、.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量p A.增加 B.减小 C.不变 D.不定s122s22ss22s1【 B 】【 D 】【 B 】4.运算放大器具有 的优点。 A.输入阻抗高，输出阻抗低 B.输入阻抗低，输出阻抗高 C.输入阻抗高，输出阻抗高 D.输入、输出阻抗都低5.若开环传递函数G(s)H(s)不存在复数极点和零点，则 。 . 没有出射角和入射角 . 有出射角和入射角 C.有出射角无入射角落 D.无出射角有入射角6一阶系统G（s） 放大系数K愈小，则系统的输出响应的稳态值 。 A不变B不定 C愈小 D愈大1TsK【 A 】【 A 】【 C 】7二阶系统当01时，如果增加；则

20、输出响应的最大超调量p将A增加 B减小 C不变 D不定8.若开环传递函数为 , 此时相位裕量和的关系是 A. 随K增加而增大B.随K增大而减小 C.以上都不是 D.与K值无关9.在伯德图中反映系统抗高频干扰能力的是 A.低频段 B.中频段 C.高频段 D.无法反映10.设开环系统频率特性G(j)= ,当=1rad/s时，其频率特性幅值M(1)= A. B.4 C. D.2 413() j242221)(TssKsG【 B 】【 B 】【 C 】【 C 】11.超前校正装置的最大超前相角 A. B. C. D.12下列判别系统稳定性的方法中，哪一个是在频域里判别系统稳定性的判据 A劳斯判据 B赫

21、尔维茨判判据 C奈奎斯特判据 D根轨迹法13设单位负反馈系统的开环传函为G（s） ，那么它的相位裕量的值为 A15 B60 C30 D4511sin111sin111cos111cos131s22）（ 【 A 】【 C 】【 D 】14.在工程问题中，常用_数学模型来表达实际的系统。 . 精确的 . 复杂的 C. 简化的 . 类似的15滞后超前校正装置的相角是，随着的增大 A先超前再滞后 B先滞后再超前 C不超前也不滞后 D同时超前滞后16主导极点的特点是 A距离实轴很远 B距离实轴很近 C距离虚轴很远 D距离虚轴很近17.对于一阶、二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的 A.充

22、分条件B.必要条件C.充分必要条件 D.以上都不是 【 C 】【 B 】【 D 】【 C 】18.开环传递函数为G(s)H(s)= ,则实轴上的根轨迹为 A.4,) B.4,0 C.(,4) D. 0,19.二阶振荡环节的对数幅频特性的高频段的渐近线斜率为_dB/dec。 A.40 B. -20 C. -40 D. 020确定根轨迹的分离点和会合点，可用A B幅值条件 C幅角条件 D 21.进行串联滞后校正后，校正前的穿越频率c与校正后的穿越频率的关系，通常是 A.c= B.c C.c0 B. K40 C. 0K40 D. 0K3024.PID控制规律是_控制规律的英文缩写。 A.比例与微分 B.比例与积分 C.积分与微分 D.比例、积分与微分25.比例环节的频率特性相位移()= A.90 B.90 C.0 D.180)5)(1(SSSK【 】【 】【 】【 】CDDB26设积分环节的传递函数为G（s） ，则其频率特性幅值A()= 【 】 A B C D27.设开环系统的频率特性为G(j) = ,则其频率特性的极坐标图的奈氏曲线与负虚轴交点的频率值_rad/s。 【 】 A. 0.1 B. 1 C. 10 D. 228.用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是 【 】 A.脉冲函数 B.斜坡函数 C.阶跃函数 D.正弦函数sK