02237自动控制系统及应用复习题.doc

1、自动控制系统及应用复习题1检测_被控制量_，用以纠正_偏差_的原理称为反馈控制原理。2传递函数的定义是对于线性定常系统,在_初始条件为零_的条件下，系统输出量的拉氏变换与_输入量的拉式变换_之比。3系统的稳态误差与输入信号形式性质及系统的_结构_和_参数_有关。4极坐标图(Nyquist图)与对数坐标图(Bode图)之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的_0分贝线_；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的_-180度_。5.开环稳定，闭环_不稳定_；开环不稳定，闭环_稳定_。6.传递函数通过_输入量_与_输出量_之间信息的传递关系，来描述系统本身的动态特征。7.系统的稳态误差与

2、系统开环传递函数的增益、_型次_和_阶次_有关。8.频率响应是系统对_谐波输入_的稳态响应，频率特性包括_幅频和 相频_两种特性。9控制系统的时间响应，可以划分为瞬态和稳态两个过程。瞬态过程是指系统从_初始状态_到接近最终状态的响应过程；稳态过程是指时间t趋于_无穷大_时系统的输出状态。10传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于 系统与外界之间的关系 ，并且只适于零初始条件下的 线性定常 系统。1、 系统的传递函数完全由系统的什么决定？答：系统的传递函数完全由系统的结构及参数决定的 2、系统的稳态误差与什么有关？答：系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、型次 和 阶次 有关。系统的稳

3、态误差与输入信号形式性质及系统的结构和参数有关。3、方框图的基本连接方式？ 答：方框图的基本连接方式有三种：串联连接、并联连接、反馈连接。4、传递函数是指在线性定常系统，零初始条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。5、奈奎斯特稳定判据是利用系统的开环幅相频率特性判断闭环稳定性的一个判别标准。6、矫正方式一般分为串联、并联、局部反馈、前馈7、评价一个控制系统的性能好坏包括动态性能和稳态系统8、增加系统的开环放大倍数时，对系统性能的影响是：稳态精度（准确性）变好，稳定性变差。系统的校正就是为了克服这两者的矛盾。串联超前校正的原理是利用超前网络的相角超前原理，串联迟后校正的原理是利

4、用迟后网络的变频衰减特性。9、什么是控制系统的稳定性，快速性，准确性？答：稳定指控制系统在外作用消失后自动恢复原有平衡状态或自动地趋向于一个新的稳定平衡状态的能力，10、什么是时域分析法？它的特点是？所谓时域分析，是指对控制系统施加一定的输入信号，根据系统输出量的时域表达式(时间t的函数)来评价系统的性能，并找出系统结构、参数与这些性能之间的关系。时域分析法的目的是不必求解系统的微分方程，以微分方程判断出系统运动的主要特征，而从工程角度分析系统运动规律。特点：时域分析法是一种在时间域中对系统进行分析的方法，不仅直观，而且比较准确，可以提供系统时间响应的全部信息。这是一种直接方法,而且比较准确,

5、可以提供系统时间响应的全部信息.11、简要证明根轨迹总是关于实数轴对称的。证明： 得： a(s)=Kb(s)=0 12、采用频域分析法分析自动控制系统时，有两种方法分别是？答：一种是直接用系统的开环频率特性分析闭环系统的性能。另一种是根据开环频率特性和已有的标准线图求得闭环频率特性，再用闭环频率特性来分析闭环系统的性能。13、简述闭环系统的控制原理并绘出其方框图。答：闭环控制系统的控制原理如下：(1) 检测被控制量或输出量的实际值;(2) 将实际值与给定值进行比较得出偏差值;(3) 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。(4) 其方框图如下所示：14、设系统的开环传递函数为：，用Nyquist图

6、分析该系统稳定性。解答： 15、分别简述系统控制两种主要方式（开环控制和闭环控制）的原理并分析优缺点。答：主要从三方面比较： 1、工作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。合闭环控制系统不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合。 2、结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单，但选用的元器件要严格保证质量要求。闭环系统具有抑制干扰的能

7、力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。 3、稳定性：开环控制系统的稳定性比较容易解决。闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性16、典型二阶系统阻尼比01时，试问闭环极点分布如何？单位阶跃响应的特征是什么？ 答：闭环极点是一对位于s平面的左半平面内的共轭复数极点。 其单位阶跃响应曲线如下图,由此可知其响应特征为：（1） xo() = 1，无稳态误差； （2） 振荡幅值随x减小而加大； 瞬态分量为振幅等于 的阻尼正弦振荡，其振幅衰减的快慢由x 和 wn决定。阻尼振荡频率（3） 计算题1、单位反馈控制系统的开环传递函数为试求： （1）位置误差系数，速度误差系数和加速度误差系数； （2

8、）当参考输入为，和时系统的稳态误差。解 ： 根据误差系数公式，位置误差系数为 速度误差系数为 加速度误差系数为 对应于不同的参考输入信号，系统的稳态误差有所不同。参考输入为，即阶跃函数输入时系统的稳态误差为参考输入为，即斜坡函数输入时系统的稳态误差为 参考输入为，即抛物线函数输入时系统的稳态误差为2、单位负反馈系统的开环传递函数为试确定实轴上根轨迹的分离点和会合点的位置。解 由实轴根轨迹的判别可知，实轴上根轨迹位于-0.5-0.1（-1区间。系统的闭环特征方程为1+=1+=0或 (s+0.1)(s+0.5)+(s+1)=0 由上式可得 = 对上式求=0可得 所以 显然，在区间-0.5-0.1，

9、根轨迹有分离点-0.33在区间（-1根轨迹有会合点-1.67。3、设单位反馈系统的开环传递函数为已知系统的误差响应为 （t0）试求系统的阻尼比、自然振荡频率n和稳态误差ess。解 ： 闭环特征方程为由已知误差响应表达式，易知，输入必为单位阶跃函1(t)，且系统为过阻尼二阶系统。故 即，系统时间常数为 令 得 代入求出的时间常数，得 ，（答对得2分） 稳态误差为4、已知随动系统的开环传递函数为.，试求输入信号r(t)=5+t+2t试求系统的稳态误差 解 由于开环传递函数中含有一个积分环节，即N=1,属于1型系统 r(t)=5 时，=，=0 r(t)=t 时 =k , = r(t)=2t =0 ,

10、 = 5、已知系统的闭环特征方程为 试用劳斯判倨判别系统的稳定性如果不稳定请说明情况。答： 作劳斯表为 （答对一下表得5分） S 1 24 25 2 48 50 0 出现零行做辅助多项式 24 50 P（S）=2 112.7 代替零行继续计算 50 （答对以上得5分） 该系统不稳定存在大小相等的相反的对根和实部为正的根。 （答对得2分）6、已知W（S）=，求幅角频率特性。.解 W（j）=W(j)W(j) A(j) = A(j)=1 A(j)=A(j)A(j)= = -tg-0.5 7、 已知控制系统的开环传递函数为G（S）=试确定根轨迹的支数，起点和终点。若终点在无穷远处，试确定渐进线和实轴的交点及渐进线的倾斜角。解 起点 终点全为无穷远处 （答对得4分） （答对得3分） （答对得3分） k=0 k=1 k=3