自考(2306)自动控制理论试题答案总结_2306自动控制理论答案

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简答

1、什么是开环控制：只有正向通道而无反馈，即输出量对控置量无影响的控制方式。

2、家庭常用的卫生间马桶的水位控制系统是开环控制还是闭环控制？

试说明其工作原理：该系统是闭环控制；水箱原来处于平衡状态，q1(t)=q2(t)=0.如果打开阀门放水，完毕后关上阀门，h(t)发生变化，水位下降，Δh变大，通过浮子反馈到执行机构。机械杠杆带动活塞打开，q1（t）变大，使Δh变小，浮子上浮，活塞也上升，直至达到新的平衡状态。

3、若某系统开环稳定，则闭环稳定的充要条件是什么？ 开环Nyquist曲线不包围（-1，j0)点。

4、若系统开环传递函数为 G(s)H(s), 试写出绘制其根轨迹的幅角条件和幅值条件。GH幅值=1，GH相位=180（2q+1).5、自动控制系统的数学模型有哪几种？ 微分方程、传递函数、差分方程、状态方程等.6、试写出 PID 控制器的传递函数：Kp+Ki/s+Kd*s7、试写出积分环节 的幅频特性、相频特性、实频特性和虚频特性：A(w)=1/w,phi(w)=-90,X(w)=1/w,Y(w)=0.8、根轨迹的若干条分支相交于一点时，交点表示特征方程有何性质？

根轨迹的若干条分支相交于一点时，交点表示特征方程在增益K为某一数值时有重根.9、对自动控制系统的性能主要有哪几方面的要求？ 稳定性、快速性和准确性

10、为什么在控制系统分析中，常采用阶跃函数作为典型输入信号？

由于阶跃函数输入信号在起始时变化非常迅速，对系统来说是一种最不利的输入信号形式。如果系统在阶跃函数输入下的性能满足要求，则可以说，系统在实际输入信号下的性能也一定能令人满意。故常采用其作为典型输入信号.11、试写出微分环节 的幅频特性、相频特性、实频特性和虚频特性：A(w)=w,phi(w)=90,X(w)=w,Y(w)=0.12、在用劳斯判据判断系统的稳定性时，如果劳斯表的某行所有元素均为0，说明什么问题？应该如何处理？

如果劳斯表的某行所有元素均为0，说明存在共轭虚根或共轭复数根。处理方法：以不为零的最后一行的元素为系数构造辅助多项式，其次数为偶数；求辅助多项式对s的导数；用求导后多项式的系数代替全零行继续完成劳斯表.13、什么叫相对稳定性？一般用哪些指标衡量？

稳定性是指在扰动消失后，系统由初始偏差状态恢复到原来平衡状态的能力。相对稳定性是指稳定性的大小即稳定程度。衡量指标主要有相位裕度、幅值裕度等。

14、闭环控制系统有什么优缺点？ 闭环控制系统:优点——控制精度高；缺点——结构较复杂，成本高。

15、闭环频率特性的性能指标主要有哪些？

谐振峰值、谐振频率、带宽频率。

16、控制系统的校正方式一般有哪几种？很少单独使用的是哪一种？

控制系统的校正方式一般有串联校正、并联校正、局部反馈校正和前馈校正四种。前馈校正很少单独使用。

17、单输入单输出系统的状态空间描述为pX=[0 1;0-1]X+[0;1]u , Y=[1 0]X，试写出系统的传递函数和特征方程。：1/[s(s+1)]，s（s+1)=0.18、若某系统开环稳定，则闭环稳定的充要条件是什么？：开环Nyquist曲线不包围（-1，j0）点 名词解释：

1、什么叫谐振峰值？：闭环频率特性曲线所能达到的最大值

2、负载效应：仅当由于负载的变化而引起输出稳定量的变化的效应称为负载效应。测量系统和被测对象之间、测量系统内部各环节之间互相联接必然产生相互作用。接入的测量装置，构成被测对象的负载；后接环节总是成为前面环节的负载，并对前面环节的工作状态产生影响。两者总是存在着能量交换和互相影响，以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加（如并联时）或相乘（如串联时）

3、超前校正：超前校正是控制系统中的一种校正方法,使用时需要获得校正指标，一般用电阻和电容就可连接而成·超前校正的实质是通过对系统引入相位超前校正环节来改变系统的频率特性。

4、根轨迹：根轨迹是开环系统某一参数从零变化到无穷大时，闭环系统特征根在s平面上变化的轨迹。可分成常义根轨迹和广义根轨迹。根轨迹有180度、零度根轨迹和参量根轨迹。

5、谐振频率：谐振频率就是电路发生谐振时电量的频率。在含有电容和电感的电路中，如果电容和电感并联，可能出现在某个很小的时间段内：电容的电压逐渐升高，而电流却逐渐减少；与此同时电感的电流却逐渐增加，电感的电压却逐渐降低。而在另一个很小的时间段内：电容的电压逐渐降低，而电流却逐渐增加；与此同时电感的电流却逐渐减少，电感的电压却逐渐升高。电压的增加可以达到一个正的最大值，电压的降低也可达到一个负的最大值，同样电流的方向在这个过程中也会发生正负方向的变化，此时我们称为电路发生电的振荡。

6、截止频率：即带宽频率，系统闭环幅频特性幅值为初值的0.707倍时的频率值。

7、反馈：反馈又称回馈，是现代科学技术的基本概念之一。一般来讲，控制论中的反馈概念，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程，即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。反馈可分为负反馈和正反馈。在其他学科领域，反馈一词也被赋予了其他的含义，例如传播学中的反馈，无线电工程技术中的反馈等等。

8、闭环控制系统：一个控制系统，如果在其控制器的输入信号中包含来自受控对象输出端的被控量的反馈信号，则称为闭环控制系统。

9、最大超调量：动态响应曲线偏离稳态值的最大偏差值。

10、开环控制：一个控制系统，如果在其控制器的输入信号中不包含受控对象输出端的被控量的反馈信号，则称为开环控制系统。

11、调整时间：响应曲线达到接近稳态值的+-5%之间所需要的时间。

非最小相位系统：对于闭环系统，如果它的开环传递函数极点或零点的实部小于或等于零，则称它是最小相位系统。

12、稳定性：稳定性，系统受到扰动后其运动能保持在有限边界的区域内或回复到原平衡状态的性能。稳定性问题是自动控制理论研究的基本问题之一。稳定性分为状态稳定性和有界输入-有界输出稳定性。

13、不接触回路：两个回路互不接触，也就是两个回路没有公共点，没有公共边，没有共用的前向通道或反馈画出信号流图，若图中有两个回路互不接触，也就是两个回路没有公共点，没有公共边

14、状态变量：能确定系统运动状态的最少数目的一组变量。

15、输入节点：只有输出支路的节点。

混合节点：既有输入支路又有输出支路的节点叫混合节点。

16、稳态误差：控制系统在典型输入信号的作用下，响应的稳态值与希望的给定值之间的偏差。当系统从一个稳态过度到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态误差。

17、自环：从某节点出发，不经过其他节点又回到该节点形成的回路

18、闭环控制系统有什么优缺点？：优点——控制精度高；缺点——结构较复杂，成本高。填空

1、二阶系统的阶跃响应曲线为单调上升过程时，阻尼比ξ为(大于1)

2、传递函数G(s)=EXP(-Ts)的环节称为(滞后)环节。

3、1型系统对于斜坡输入的稳态误差为(常数)

4、1型系统对于抛物线输入的稳态误差为(无穷大)

5、线性定常系统的传递函数，是在(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。

6、若系统的状态方程为pX=[0 1;0-1]X+[0;1]u，则该系统的特征根为(0,-1)

7、若两个环节的传递函数分别为G1和G2，则它们串联后的等效传递函数为（G1G2）

8、在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差为(0)

9、滞后-超前校正装置奈氏图的形状为一个（圆）。

10、一阶系统的时间常数T越小，则输出达到稳态值的时间越（短）。

计算题

1、单位反馈系统的开环传递函数为

试确定参数K、a 的取值范围，使系统稳定。

答： ,φ(ωx)=-0.8ω-arctanω，令φ(ωx)=-0.8ωx-arctanωx=-180°，得ωx=2.45s-1。根据奈氏判据，要使系统稳定，应有，即，则K2.65。所以a>0|02、求图示RC网络的单位脉冲响应答： sCR1R2|sCR1R2+R2+R13、单输入单输出系统的状态空间描述为试写出系统的传递函数和特征方程。答：C|sI-A|B|D|0