自动控制原理习题及答案

1、一、简答题被控对象、被控量、干扰各是什么？答：对象：需进行控制的设备或装置的工作进程。被控量：被控对此昂输出需按控制要求变化的物理量。干扰：对生产过程产生扰动，使被控量偏离给定值的变量。按给定信号分类，控制系统可分为哪些类型？答：恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。什么是系统的静态？答：被控量不随时间改变的平衡状态。什么是系统的动态？答：被控量随时间变化的不平衡状态。什么是系统的静态特性？答：系统再平衡状态下输出信号与输入信号的关系。什么是系统的动态特性？答：以时间为自变量，动态系统中各变量变化的大小、趋势以及相互依赖的关系。控制系统分析中，常用的输入信号有哪些？答：阶跃、斜坡、抛物线、

2、脉冲。(3次)传递函数是如何定义的？答：线性定常系统在零初始条件下输出响应量的拉氏变换与输入激励量的拉氏变换之比。系统稳定的基本条件是什么？答：系统的所有特征根必须具有负的实部的实部小于零。以过渡过程形式表示的质量指标有哪些？答：峰值时间t、超调量&%、衰减比n、调节时间t、稳态误差e。pdsss简述典型输入信号的选用原因。答：易于产生；方便利用线性叠加原理；形式简单。什么是系统的数学模型？答：系统的输出参数对输入参数的响应的数学表达式。信号流图中，支路、闭通路各是什么？答：支路：连接两节点的定向线段，其中的箭头表示信号的传送方向。闭通路：通路的终点就是通路的起点，且与其他节点相交不多于一次。

3、误差性能指标有哪些？答：IAE，ITAE，ISE，ITSE二、填空题反馈系统又称偏差控制，起控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。复合控制有两种基本形式,即按参考输入的前馈复合控制和按扰动输入的前馈复合控制。某系统的单位脉冲响应为g(t)=1Oe-0.2t+5e-0.5t，则该系统的传递函数G为105+s+0.2ss+0.5s根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。设最小项为系统的相频特性为(w)=tg-1(T)-90-tg-1(T)，则该系统的开环传递函数为K(s+1)s(Ts+1)PI控制器的输入-输出关系的时域表达式是u(t)=Ke(t)+Ae(t)dt，其相应的传递函数T0i为G(s

4、)=1+丄,由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性能。PID控制器的输入-输出cTSi关系的时域表达式是u(t)=Ke(t)+丄Ee(t)dt+tdde(t)，其相应的传递函数表达式是T0ddti1G=1+TSocTsdi在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率Wc对应时域性能指标调节时间t，它们反映了系统动态过稈的快速性。对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性，其中最基本要求是稳定性。12一阶系统传函标准形式是G(s)=，二阶系统传函标准形式是G(s)=Ts+1s2+s+2nn在

5、经典控制理论中，可采用劳斯判据、根轨迹法或奈奎斯特判据等方法判断线性控制系统稳定性。控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数，与外作用及初始条件无关。线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为20lgA(w),横坐标为lgw。奈奎斯特稳定判据中，Z=N+P，其中P是指右半S平面的开环极点个数,Z是指右半S平面的闭环极点个数,N是指奈奎斯曲线逆时针围绕坐标原点IN丨圈。在二级系统的单位阶跃响应图中，t定义为调节时间,&%是超调量。S若某单位负反馈控制系统中的其前向传递函数为G(s),则该系统的开环传递函数为钿。能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫做系统的数学模型，在古典理论中系统数学

6、模型有结构图、信号流图、微分方稈、传递函数等。最小相位系统是指系统的传递函数在右半s平面上既五零点也无极点。三、选择题(D)采用负反馈形式连接后，贝y：A、一定能使闭环系统稳定；B、系统动态性能一定会提咼；C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。(A)下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果？A、增加开环极点；B、在积分环节外加单位负反馈；C、增加开环零点；D、引入串联超前校正装置。(C)系统特征方程为D(s)=s3+2s2+3s+6=0,则系统：A、稳定；B、单位阶跃响应曲线为单调指数上升；C、临界稳定；D、右半平面闭环极点数为Z=2o(

7、D)对于以下情况应绘制0根轨迹的是：A、主反馈口符号为“-”；B、除K外的其他参数变化时；rC、非单位反馈系统；D、根轨迹方程(标准形式)为G(s)Hs)=+1o(A)系统在r(t)=t2作用下的稳态误差ess=0，说明：A、型别v2,；B、系统不稳定；C、输入幅值过大；D、闭环传递函数中有一个积分环节。（A）开环频域性能指标中的相角裕度Y对应时域性能指标：A、超调量0%；B、稳态误差e；C、调整时间t；D、峰值时间tsssp一、试解释下列基本概念自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置）使生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动地按照预定的规律运行。被

8、控量和控制量：被控量也称为输出量，表示被控度地向工作状态的物理量；控制量也称给定量，表示被控量的希望运行规律。静态数学模型：在静态（变量各阶导数为零）条件下，描述控制系统变量之间关系的代数方程。自然角频率3：它是二阶系统的一个参数，又称为无阻尼振荡频率，与系统本身的结构n参数相关。欠阻尼二阶系统的特征参数：阻尼比E，自然角频率叫，阻尼振荡角频率叫，阻尼角B。n闭环主导极点：在所有闭环极点中，对系统的时间响应起主导作用的极点，它的周围没有闭环零点，且其它闭环极点又远离虚轴。控制系统的频带宽度：当闭环幅频特性下降到频率为零时的分贝值以下3分贝时，对应的频率称为带宽频率。而频率范围（，%）称为带宽。

9、控制系统的频率特性：稳定的线性定常系统在正弦信号作用下，系统输出的稳态分量为同频率正弦函数，其振幅与输入正弦信号的关系称为幅频特性,输出信号与输入信号的相位差与频率之间的关系称为相频特性。二、简答题1.使用方框图简述反馈控制原理。答：如图所示：反馈控制是按偏差进行控制的。偏差E出现时，系统一定会产生一个相应的控制作用U去减小或消除偏差，使被控量与期望值趋于一致。2.试用方框图说明反馈控制系统的组成。3.试述在经典控制理论中，自动控制系统的三种基本控制方式。答：开环控制（前馈控制）：信号从输入到输出无反馈，单向传递。闭环控制（反馈控制）：控制器与控制对象之间既有顺向作用，又有反向联系。复合控制：

10、由两个及两个以上简单控制系统组合起来的控制一个或同时控制多个参数的控制系统。4.按元件类型对控制系统进行分类。答：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统。简述四种控制系统的数学模型。答：传递函数：线性定常系统在零初始条件下输出响应量的拉氏变换与输入激励量的拉氏变换之比。频率特性：系统的输出与输入的复数之比。结构图：用方块图内填写传递函数的图形来描述信号的传递以及信号传递前后的关系。信号流图：由若干结点以及连接这些节点的有向线段构成的图形，是一组信号（变量）线性关系的图解表示。（还有微分方程、差分方程、状态方程）试简述求稳态误差时终值定理的使用条件。答：除原点外，误差e（t）

11、的拉氏变换E在s平面的右半平面以及虚轴上处处解析（没有极点）。试简述传递函数定义。答：线性定常系统在零初始条件下输出响应量的拉氏变换与输入激励量的拉氏变换之比。试简述测定控制系统的数学模型的实验方法。答：给系统施加一个外加激励，观测系统输出，进而推断系统模型。三、试简述测定控制系统的数学模型的两种实验方法。（写了3个自选2个）答：时域测定法：给系统施加一个确定性输入，根据输入输出信号随时间的变化关系，推断系统数学模型的方法。统计相关测定法：给系统施加一个随机信号，根据系统的输入相应，用统计方法，腿短系统数学模型。频域测定法：给系统施加一个频率信号，根据系统的输入输出关系随频率的变化，推断系统的