自动控制原理题目.docx

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自动控制原理题目

《自动控制原理》复习参考资料

一、基本知识1

1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过输入量与反馈量的差值进行的。

2、闭环控制系统又称为反馈控制系统。

3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。

4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。

5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：

稳定性、快速性和准确性。

6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。

7、两个传递函数分别为Gi（s）与G2（s）的环节，以并联方式连接，其等效传递函

数为Gi（s）+G2（s），以串联方式连接，其等效传递函数为Gi（s）*G2（s）。

8、系统前向通道传递函数为G（s），其正反馈的传递函数为H（s），则其闭环传递函数为G（s）/（1-G（s）H（s））。

9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为G（s），则闭环传递函数为G（s）/（1+G（s））。

10、典型二阶系统中，£=0.707时，称该系统处于二阶工程最佳状态，此时超调量为4.3%。

11、应用劳斯判据判断系统稳定性,劳斯表中第一列数据全部为正数，则系统稳^定。

12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负，即都分布在S平面的左平面。

13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号，恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。

14、对于有稳态误差的系统，在前向通道中串联比例积分环节，系统误差将变为零。

15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。

16、对于一个有稳态误差的系统，增大系统增益则稳态误差将减小。

仃、对于典型二阶系统，惯性时间常数T愈大则系统的快速性愈差。

18、应用频域分析法，穿越频率越大，则对应时域指标ts越小，即快速性越好

19最小相位系统是指S右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。

20、按照校正装置在系统中的不同位置，系统校正可分为串联校正、反馈校正、补偿校正与复合校正四种。

21、对于线性系统，相位裕量愈大则系统的相对稳定性越好。

22、根据校正装置的相位特性，比例微分调节器属于相位超前校正装置，比例积分调节器属于相位滞后校正装置，PID调节器属于相位滞后-超前校正装置。

23、PID调节中的P指的是比例控制器，I是积分控制器，D是微分控制器。

24、离散系统中信号的最高频谱为3max则采样频率①s应保证3s>=2®max条件。

26、在离散控制系统分析方法中，把差分方程变为代数方程的数学方法为Z变换。

27、离散系统中，两个传递函数分别为G1（s）与G2（s）的环节，以串联方式连接，连接点有采样开关，其等效传递脉冲函数为G1（z）G2（z）;连接点没有采样开关,其等效传递脉冲函数为G1G2（z）q

28、根据系统的输出量是否反馈至输入端，可分为开环控制系统与闭环控制系统。

29、家用空调温度控制、电梯速度控制等系统属于闭环控制系统：

30、经典控制理论的分析方法主要有时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法。

二、基本知识2

1、开环控制系统的的特征是没有（）

A.执行环节B.给定环节

C.反馈环节D.放大环节

2、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的（）

A、低频段B、中频段C、高频段D、均无关

50

3、若系统的开环传递函数为一，则它的开环增益为（）

s（5s10）

A.5

B.10

C.50

D.100

6—般为使系统有较好的稳定性，希望相位裕量为（）

7、若系统的传递函数在右半S平面上没有零点和极点,

A.非最小相位系统B.最小相位系统C.不稳定系统D.振荡系统

8、关于传递函数，错误的说法是（）

A传递函数只适用于线性定常系统；

B传递函数不仅取决于系统的结构与参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响；

C传递函数一般是为复变量s的真分式；

D闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。

9、下列哪种措施对改善系统的精度没有效果（）

14、最小相位系统的开环增益越大，其（）

A.振荡次数越多B.稳定裕量越大

C.相位变化越小D.稳态误差越小

15、稳态误差ess与误差信号E（s）的函数关系为（）

A.esslimE（s）B.ess目叫sE（s）

C.esslimE（s）D.esslimsE（s）

ss

10s1

则该校正装置属于（）

16、若某串联校正装置的传递函数为竺」

17、对于离散控制系统，下例说法错误的是（

关的位置有关

18、对于离散控制系统，下例说法错误的是（

20、II型系统的对数幅频特性的低频段渐近线斜率为（

A.-60（dB/dec）B.-0

（dB/dec）C.^20（dB/dec）D.0（dB/dec）

Ts1

21、某串联校正装置的传递函数为1，当>1时，该装置为（）校正装置。

T1s1

A.相位超前B.相位滞后C.相位滞后-超前D.参数量过少，无法判定

22、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标（）。

A、超调%B、稳态误差essC、调整时间tsD、峰值时间tp

C稳定;

D、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。

24、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

C增加开环零点；D

25•最小相位系统的开环增益越大，其（

A.振荡次数越多B.稳定裕量越大

（）。

、在积分环节外加单位负反馈；

、引入串联超前校正装置。

）

C.相位变化越小D.稳态误差越小

26•稳态误差ess与误差信号E（s）的函数关系为（）

A.esspmE（s）

B.esslimsE（s）

s0

C.esslimE（s）

s

D.esslimsE（s）

s

27.一阶微分环节G（s）1Ts，当频率

A.45°B.-45°

28.主要用于产生输入信号的元件称为

A.比较元件B.给定元件

1

〒时，则相频特性

C.90°

G（j）为（

D.-90°

29.某典型环节的传递函数是Gs

）

C.反馈元件

D.放大元件

，则该环节是

5s1

C.惯性环节

D.微分环节

）

A.比例环节B.积分环节

30.在系统中串联PD调节器，以下那一种说法是错误的（

A.是一种相位超前校正装置B.能影响系统开环幅频特性的高频段

三、读图分析能力

1、从工作原理角度来说，闭环控制系统由哪些元件或装置组成？

指出图示闭环控制系统中1-7各部件分属什么元件或装置？

闭环控制系统中的信号有哪些?

指出图示闭环控制系统中信号a-e分属什么信号？

（参考分析例题：

教材书第5页）

2、衡量一个自动控制系统的性能指标有哪些？

下图为某自动控制系统启动时的动态曲线，估算出它们的动态指标。

（参考分析例题：

教材书第95页，实验二、实验三）

（1）

O

（2）

His/格』

（3）

3、自动控制系统实物装置的定性分析。

（1）指出系统的被控量、给定量、扰动量、反馈量、偏差量；

（2）分析其工作原理；（3）从给定量或扰动量变化开始,结合各环节功能与参数变化趋势，分析系统如何自动调节。

（1）

图13电聆辎恒溫自朋控制事统

指出容元怜恤曲卅；右外折祜拄制手统虻工作呼甲；3.当加A工件曲丰逢0雨調卡如P定泊J#；

电制萤善

直艮績小/

歿性控制嵇

7iMKtt

】偏弟捡櫥畧

需笥£直牡电人:

£t檜刃朗

（対連建恂）

I[■-

O?

一詁比樹入

图]-20卷绕耶工的恒張力控制栗轨

v;控制阀

5

水箱

V3用水开关

01

RP^ATr1]

三

甲

/Qe用水量

图1-7

水位控制系统

（参考分析例题：

教材书第10页，例1-5）

四、计算与作图

（Ro=1OOKQ、Ri=1MQ、R2=200KQ、Ci=2uF、C2=0.25uF）

（参考：

教材书第151-153页，本系统输入信号可分解为一个阶跃信号与一个斜坡信号的叠加，分别计算两个信号的误差，再相加即为总误差。

注意本系统为非单位负反馈）

1、数学模型的建立与分析

（考核内容：

数学模型的建立、实验电路的构建、系统框图作图、伯德图的绘制）

2、建立下图电路的数学模型、系统框图、伯德图

5-27控制粟统的电模抑电路

-I1-.乘出色戟中总环节豹诗送函如备梦眾宴d岸出斗之数值工左.芮出至戎旌乩

10NU

100

S（S+10）

105

5、系统结构如图，其中G1S）——-,GNS）——-,H（s）=2，又设

s5s（3s1）

（参考：

分别计算给定误差与扰动误差，再相加即为总误差。

本系统为非单位负反馈）

五、系统分析题

1、已知最小相位系统的开环对数幅频特性Lo（）和串联校正装置的对数幅频特

性Lc（）如下图所示，原系统的幅值穿越频率为c24.3rad/s:

1、写出原系统的开环传递函数Go（s）,并求其相角裕度0，并判断其稳定性；

2、写出校正装置的传递函数Gc（s）；

3、写出校正后的开环传递函数Go（s）GJs），画出校正后系统的开环对数幅频特

性Lgc（）。

2、

求；

（1）写出系统幘正前后的开坏传递甫数（e>,G2

⑶求出校止前启的相位裕量；

<4）分析校疋对系纯的动态、稳杰性能的影响

3、某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线Lo（）如图所示:

1、写出该系统的开环传递函数G°（s）；

2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性。

3、求系统的相角裕度。

4、若系统的稳定裕度不够大，可以采用什么措施提高系统的稳定裕度?

《自动控制原理》复习参考资料部分题目参考答案

二、选择题：

1-5,CBACA;6-10,CBBCC;11-15,BDCDB;16-20,BDCAB

四、计算题：

1、［解］系统框图如下图所示：

（1）图中」’-为比例系数可调的比例积分（PI）调节器，其传递函数

由图可见，此运放反馈回路取样电压不是•，而是’•经3.3K「1电位器与300二电

阻分压后的''-

反馈电压的减小，相当反馈电阻增大为」■-倍，因此其增益为

其时间常数

丁、=R&、=51X103xlxlO^=5lxlO-3

（2）'丄■'为比例环节

=.=R）/兔=100m/10m=10

（3^'-为比例微分环节

禺⑸=屁（TjffH-1），式中

.■-匸飞-

-■■?

总二兔G^WxltfxOIxlO"6=lxW3ff

=47^0/10^0=47

?

7；=A4C4三47x102x2x10』二94x10^泾

⑸为积分环节

GE护#式中

耳二丄二丁二100

爲（10xl03xlxl0^）

（6）由于〔「一'■'均为反相输入端输入，「匚中均应带一负号，由于书中约定，

为简化起见，一般将此负号省略，最终极性有实际状况确定。

此处由五个（奇数）环节，所以极性应变号，因此，此为负反馈。

其反馈系数A由分压

电路可知■■''■…*'■-1

2、系统由比例环节、积分环节、惯性环节串联，形成单位负反馈，单独计算各环节计算过程略，系统框图略，伯德图参考如下

3、解：

系统有一比例环节:

K1020log1020

积分环节:

（1.5分）

（1分）

（1.5分）

惯性环节:

转折频率为1/T=10

四、系统分析题

第1题

解：

1、从开环波特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。

故其开环传函应有以下形式

G°（s）

K

11s（s1）（s1）

12

由图可知:

1处的纵坐标为40dB,则L

（1）20lgK40,得K100

110和2=20

故原系统的开环传函为G0（s）

100100

s（討遵s1）如s町551）

求原系统的相角裕度0:

0（s）

90otg10.1

1

tg0.05

由题知原系统的幅值穿越频率为

24.3rad/s

o（c）90otg10.1ctg10.05c208°

0180°0（c）180°208°28°

对最小相位系统028°0°不稳定

2、从开环波特图可知，校正装置一个惯性环节、一个微分环节，为滞后校正装置。

3、校正后的开环传递函数G°（s）Gc（s）为

画出校正后系统的开环对数幅频特性Lgc（）

31/0.110（惯性环节）,41/0.0520（惯性环节）

答：

（1）

在式中

此为PI调节器。

此为PI调节器

其电路

图所示

R\Vi

0—4

0—4

比例积分调节器

若选取

（取

有,

第3题

解：

1、从开环波特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。

K

故其开环传函应有以下形式G（s）

11

s（s1）（s1）

12

由图可知:

1处的纵坐标为40dB，则L

（1）20lgK40,得K100

110和2=100

（2分）

100

ss

s11

10100

2、写出该系统的开环频率特性、

开环幅频特性及开环相频特性:

开环频率特性

G°（j）

100

j扁1応1

3、求系统的相角裕度

对最小相位系统0°临界稳定

4、可以采用以下措施提高系统的稳定裕度：

增加串联超前校正装置；增加串联滞后校正装置；增加串联滞后-超前校正装置；增加开环零点；增加PI或PD或PID控制器；在积分环

节外加单位负反馈。