自动控制原理简答

1、文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑.欢迎下载支持自动控制原理简答1、简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”。“经典控制理论”以递函数为基础，以时域法、根轨迹法、频域法为基本方法，“现代控制理论”以 状态空间法为基础，以频率法和根轨迹法为基本方法。2、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。3、相比较经典控制理论，在现代控制理论中出现了哪些新的概念？系统的运动分析，能控性，能观性，极点配置，观测器设计，跟

2、踪器等。4、人闭上眼见很难达到预定的目的 试从控制系统的角度进行分析。人闭上眼睛相当于系统断开反馈，没有反馈就不知道偏差有多大，并给予及时修 正。所以人闭上眼睛很难到达预定目标。5、试分析汽车行驶原理首先，人要用眼睛连续目测预定的行车路线，并将信息输入大脑(给定值) ，然 后与实际测量的行车路线相比较， 获得行驶偏差。通过手来操作方向盘，调节汽 车，使其按照预定行车路线行驶。6、对飞机与轮船运行原理加以分析飞机和轮船在行驶时，都会发射无线电信号来进行定位，无线电信号通过雷达反 射到计算机中央处理器中。进行对比得出误差，再将误差发射，进入雷达反射到 飞机和轮船的接收器中，计算机收到信号后可还原为

3、数据，进而可知偏差而及时 修正，这是时刻都进行的。所以飞机，轮船都能保持预定航向行驶。7、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。8、线性定常系统的传递函数定义传递函数：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。9、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

4、应的缺点10、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。11、离散系统的数学模型(1差分方程Z变换将差分变成代数方程(2脉冲传递函数 脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的z变 换C z与输入离散信号的变C z换R z之比，即G z /R z(3离散空间表达式12、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1文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑,欢迎下载支持文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑.

5、欢迎下载支持13、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。号的变化。14、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。15、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。16、动态结构图：把系统

6、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。17、状态转移矩阵：6（t） = e At ,描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。18、什么是主导极点？主导极点起什么作用，请举例说明。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。 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。举例说明略，答案不唯一。19、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

7、，则它在响应中起主导作用称为主导极点。20、高阶系统简化为低阶系统的合理方法是什么？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；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。21、什么是偶极子？偶极子起什么作用，请举例说明偶极子对：是指若在某一极点的附近同时存在一个零点，而在该零点，极点的附近又无其它的零点或极点。就称这个极点和这个零点为一个偶极子对。由于零 极点在数学上位置分别是分子分母， 工程实际中作用又相反，因此在近似的处理 上可相消，近似地认为其对系统的作用相互抵消了。 对于高阶系统的

8、分析，相当 于降低了系统的阶数，给分析带来方便。22、绘制根轨迹的基本法则有哪些根轨迹的起点与终点；分支数的确定；根轨迹的对称性；实轴上的轨迹；根轨迹的渐近线；答案不唯一23、根轨迹的分支数如何判断？举例说明。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。举例说明略，答案不唯一。24、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。25、根轨迹与虚轴的交点有什么作用 举例说明。2文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑,欢迎下

9、载支持文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑.欢迎下载支持根轨迹与虚轴相交，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。举例，答案不唯一。26、时域分析的性能指标，哪些反映快速性，哪些反映相对稳定性？上升时间、峰值时间、调整时间、延迟时间反映快速性；最大超调量、振荡次数反映相对稳定性27、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。28、作奈氏图时，考虑传递函数的型次对作图有何帮助？传递函数的型次对应相应的起点。0型系统的乃氏图始于和终于正实轴的有限值 处，1型系统的乃氏图始于相角为-90的无穷远处，终

10、于坐标原点处，2型 系统的乃氏图始于相角为-180的无穷远处，终于坐标原点处。29、试证明1型系统在稳定条件下不能跟踪加速度输入信号。输入r= t , K a =lim sG (s) s -0 ess =o稳态误差无穷大，输出不能 跟随输入。30、如何求取系统的频率特性函数？举例说明。由系统的微分方程；由系统的传递函数；通过实验的手段。例略31、为什么二阶振荡环节的阻尼比取 ”0.707较好，请说明理由。当固有频率一定时，求调整时间的极小值，可得当己=0.707时，调整时间最短， 也就是响 应最快3分；又当己=0.707时，称为二阶开环最佳模型，其特点是 稳定储备大，静态误差系数是无穷大。32

11、、什么是偏差信号？什么是误差信号？它们之间有什么关系误差信号 (s):希望的输出信号与实际的输出之差。偏差信号 E (s):输入 信号与反馈信号之差；两者间的关系：e ( s) = E (s) H (s),当H (s) =1 时， ( s) =E (s)33、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。34、稳定性由系统内部结构与参数决定，与输入无关35、开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么？开环控制系统：是没有输出反馈的一类控制系统。 各前向通路传递函数的乘积保

12、持不变。其结构简单，价格低，易维修。精度低、易受干扰。闭环控制系统：又 称为反馈控制系统，各回路传递函数的乘积保持不变。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。36、简述负反馈的主要作用。提高系统抗干扰能力；提高系统稳态精度；自动修正偏差37、如何用实验方法求取系统的频率特性函数？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，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。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？(1 0型系统的幅频特性曲线的首段高度为定值，20lgK;(2 1型系统的首

13、段-20dB/dec ,斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为 W1= K1；(3 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 W2= K23文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑,欢迎下载支持文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑.欢迎下载支持39、控制系统开环幅频特性各频段有何要求，及性能。低频段：增益充分大，以保证稳态误差要求(表征闭环系统稳态性能)中频段：-20dB/dec,占据充分频宽，以保证具备适当相角裕度 45 (表征闭环 动态性能)高频段：增益尽快减小，以削减噪声影响(表征闭环复杂性、噪声抑制能力)。40、在绘制连续系统频率特性 Bode

14、的幅频特性时，常采用(对数频率一分贝) 坐标。简述采用(对数频率一分贝)坐标原因。(1对横坐标实现非线性压缩；(2可在较大频率范围内反映频率特性变化情况；(3将幅值运算化为加减运算；(4简化曲线绘制过程。41、系统闭环零点、极点和性能指标的关系。(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； (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平面中与负实轴成土 45夹角线以内；(3离虚轴的闭环极点对瞬态响应影响很小，可忽略不计；(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。即存在偶极子；(5如有主导极点的话，可

15、利用主导极点来估算系统的性能指标。42、试说明延迟环节G(s) =e - rs的频率特性，并画出其频率特性极坐标图。其极坐标图为单位圆，随着从0一变化，其极坐标图顺时针沿单位圆转 无穷多圈。图略。43、零阶保持器有何特征？(1低通特性。由于幅值随频率值增大而迅速减小，说明零阶保持器基本上是一 个低通滤波器。(2相角滞后特性。零阶保持器产生相角滞后，且随w的增大而加大，在 W=Ws处，相角滞后可达-180 ,从而使闭环系统稳定性变差。(3时间滞后特性。输出比输入在时间上要滞后 %T,相当于给系统增加了一个延迟时间为12 T的延迟环节，使系统总的相角滞后增大，对系统的稳定性不利。44、控制系统中积

16、分环节越多，对于控制系统的性能有怎样的影响？积分环节越多，系统稳定性越差，动态响应变慢，但稳态精度提高。45、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。如等幅振荡。46、时域分析的性能指标，哪些反映快速性，哪些反映相对稳定性？上升时间、峰值时间、调整时间、延迟时间反映快速性。最大超调量、振荡次数反映相对稳定性。47、什么是最小相位环节，非最小相位环节，及二者区别最小相位环节不包含滞后环节，开环零极点全位于S左半平面；非最小相位环节 有位于S右半平面开环零极点。除比例环节，区别在于开环零极点位置。48、评价控制系统的优劣的

17、时域性能指标常用的有哪些？每个指标的含义和作用 是什么？4文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑,欢迎下载支持文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑.欢迎下载支持最大超调量：单位阶跃输入时，响应曲线的最大峰值与稳态值之差， 反映相对稳 定性；振荡次数：在调整时间内响应曲线振荡的次数，反映相对稳定性。调整时间：响应曲线达到并一直保持在允许误差范围内的最短时间，反映快速性；峰值时间：响应曲线从零时刻到达峰值的时间，反映快速性；上升时间：响应曲线从零时刻到首次到达稳态值的时间，反映快速性；49、写出画伯德图的步骤。（1将系统频率特性化为典型环节频率特性的乘积。（2根据组成系统的各典型

18、环节确定转角频率及相应斜率，并画近似幅频折线和相频曲线。（3必要时对近似曲线做适当修正。50、系统的误差大小和系统中的积分环节多少有何关系？举例说明。由静态误差系数分析可知，在输入相同的情况下，系统的积分环节越多，型次越 高，稳态误差越小。举例说明略，答案不唯一 。51、如何求取系统的频率特性函数？举例说明。由系统的微分方程；由系统的传递函数；通过实验的手段。例略52、开环不稳定的系统，具闭环是否稳定？举例说明。开环不稳定的系统，具闭环只要满足稳定性条件，就是稳定的，否则就是不稳定 的。举例说明答案不唯一略。53、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t

19、s和时间常数T有何关系，为什么？常用的方法（两方法选1即可）：其单位阶跃响应曲线在0.632稳态值处，经过的时间t =T;或在t =0处曲线斜率k =1/T,t （s） =3.5T A =5 , t （s） =4.4T A =254、二阶系统的性能指标中，如要减小最大超调量，对其它性能有何影响？要减小最大超调量就要增大阻尼比， 会引起上升时间、峰值时间变大，影响系统 的快速性。55、Nyquist判据（或奈氏判据）：当由-00变化到oo时，Nyquist曲线（极 坐标图）逆时针包围（-1 , j0）点的圈数N,等于系统GsHs位于s右半平面 的极点数P ,即N=P,则闭环系统加I定；否则（Nw

20、 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 = I P-NJI56、用文字表述系统稳定的充要条件。并举例说明。系统特征方程式的所有根均为负实数或具有负的实部。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，答案不唯一。57、与Routh稳定判据相比，Nyquist稳定判据的主要优点有哪些？（1可看出系统稳定性；（2画出一些特征点即可描绘；（3可知开环极点数P;（4容易知道如何修正系统稳定性。58、哪些方法可以判断系统稳定性？根轨迹法、劳斯判据法、奈奎斯特法、李雅普诺夫第二法、赫尔维茨稳定判据法5文档来

21、源为：从网络收集整理,word版本可编辑,欢迎下载支持文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑.欢迎下载支持59、非线性特性函数线性化的本质和方法是什么尽可能对研究的非线性系统进行线性化处理， 用线性理论进行分析。常用方法有 忽略不计取常值、切线法或小偏差法。60、如何测量得到一个不稳定环节的稳定性？断开闭环系统，测量开环频率特征。可以通过比较输入正选信号与输出振幅比逐点画图，也可以用系统分析仪。这样可以画出伯德图奈奎斯特图， 从而分析频率 特性。61、增加系统的开环增益，对于闭环控制系统的性能有怎样的影响？增大了系统无阻尼震荡频率，减小系统的阻尼比，降低了系统的动态性能。误差 系数有所

22、增大，减小了稳态误差，因而提高了系统的精度。62、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。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。举例说明略，答案不唯一。63、惯性环节在什么条件下可以近似为比例环节？在什么条件下可以近似为积分 环节？t-0时，惯性环节可以近似为比例环节；t -8时，惯性环节可以近似为积分环 节。64、什么是校正？根据校正环节在系统中的联结方式，校正可分为几类校正是指在系统增加新的环节以改善系统的性能的方法；根据校正环节在系统中 的联结方式，校正可分为串

23、联校正、反馈校正、顺馈校正三类。65、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（WC呆证快速性）和相角裕量足够大（r=45 0 ）,以达到满足系统动态 性能要求的目的。66、影响系统控制精度原因。噪声、温度、灰尘、压力、原件精度。67、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？（1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；（2适当增加开

24、环增益或增大扰动作用前系统前向通道的增益；（3适当增加系统前向通道中积分环节的数目；（4在系统前向通道设置串连积分环节（5在系统主反馈通道设置串连积分环节（6采用审级控制抑制内回路扰动（7采用顺馈补偿（前馈补偿）即采用复合控制对误差进行补偿。68、在保证系统稳定的前提下，如何来减小由输入和干扰引起的误差？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。69、P改变增益而不影响其相位加大控制增益Kp的影响：提高系统的开环增益；减小系统稳态误差，提高系统 的控制精度（动态敏捷）；降低相对稳定性。70、D微

25、分控制6文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑,欢迎下载支持文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑.欢迎下载支持只对动态性能起作用，对噪声非常敏感，易引起冲击波。稳定时，当输出e ss=0时，D=0,执=0,反馈回去，则系统增加输出，系统稳定 性遭破坏，使系统稳定不下来。71、PD Kp（1+ rs）反映输入信号变化趋势，产生早起修正信号，增加系统的阻尼程度，而改善系统 的稳定性；串联校正时，可使系统增加一个-/的开环零点，使系统相角裕度提 前，改善动态性能。72、I控制器e=0时,输出恒定Ki为可调系数提高系统型别，提高系统稳态性能；增加一个位于原点的开环极点，使信号产生90

26、相位滞后，于系统稳定性不利（通常不单独采用I）。73、PI控制器 可看成I+PD （I提高系统型别；降低系统稳定性，改善系统稳态精度。PD可提高稳定性）增加一个位于原点的开环极点，提高系统型别，消除或减小系统的稳态误差，改 善系统稳态性能；增加一个位于 S左半平面的开环零点，减小系统己，缓和 PI 控制器极点对系统稳定性及动态不利影响。74、PID控制器 可看成PI+D提高系统型别；增加两个负实零点。与 PI相比，PID除具有提高系统稳态性能 优点外，多提供一个负实零点，从而提高系统动态性能，有更大优越性。75、I在系统低频段，提高系统稳态性能。76、D在系统中频段，改善系统动态性能（Wc己丫

27、）。77、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，改善系统稳定性。78、在调试某个采用PI控制器的控制系统时，发现输出持续振荡。试分析可采取哪些措施解决问题？（1减小积分时间常数Ti（2减小开环增益P,提高系统稳定性。79、串联校正中，超前、滞后校正各采用什么方法改善了系统的稳定性，作用。申联超前校正：使开环截止频率增大，闭环带宽增大。作用：响应速度加快，抑制噪声能力下降串联滞后校正：利用高频幅值衰减特征，使已校正截止频率下降，获得足够相角 裕度。作用：能提高稳态精度，抑制噪声，响应速度减小。80、为什么串联滞后校正可以适当提高开环增益，而串联超前校正则不能串联

28、滞后校正并没有改变原系统最低频段的特性，故对系统的稳态精度不起破坏 作用。相反，还允许适当提高开环增益，改善系统的稳态精度；而串联超前校正 一般 不改善原系统的低频特性，如果进一步提高开环增益，使其频率特性曲线 的低频段上移，则系统的平稳性将下降。81、串联滞后一超前校正有哪些优点速度快；超调小；抑制高频噪声82、滞后超前串联校正能够改善系统性能的原因？超前：利用超前相角补偿系统的滞后相角改善系统的动态性能， 如增加相位裕度， 提高系统的稳定性增加系统的快速性。7文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑,欢迎下载支持文档来源为：从网络收集整理,word版本可编辑.欢迎下载支持滞后：利用滞后校正的这一低通滤波特性83、如何用试探法来确定PID参数。首先仅选择比例校正，使系统闭环后满足稳定性指标。然后在此基础上根据稳态 误差要求，加入适当参数的积