秋季學(xué)期《自動(dòng)控制理論》總復(fù)習(xí)題及答案.doc

《自動(dòng)控制理論》總復(fù)習(xí)題 一、 填空題 1、控制裝置與受控對(duì)象之間 時(shí)，稱為開(kāi)環(huán)控制，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。只有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)的 、 和 反映了系統(tǒng)的輸出量、輸入量和內(nèi)部各種變量間的關(guān)系，也反映了系統(tǒng)的內(nèi)在特性。微分方程、傳遞函數(shù)、系統(tǒng)框圖 3、頻率特性又稱頻率響應(yīng)，它是系統(tǒng)（或元件）對(duì) 的響應(yīng)特性。不同頻率正弦輸入信號(hào) 4、按給定信號(hào)的形式分，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以分為 、 和 。恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng) 5、系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于 ，而與 無(wú)關(guān)。固有的特性 擾動(dòng)信號(hào) 6、根據(jù)校正裝置本身是否有電源，可分為 和 。無(wú)源校正裝置、有源校正裝置 7、自動(dòng)控制系統(tǒng)的 、 和 反映了系統(tǒng)的輸出量、輸入量和內(nèi)部各種變量間的關(guān)系，也反映了系統(tǒng)的內(nèi)在特性。微分方程、傳遞函數(shù)、系統(tǒng)框圖 8、保持器是將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成 的裝置，其轉(zhuǎn)換過(guò)程恰好是采樣過(guò)程的 。連續(xù)信號(hào)、逆過(guò)程 9、根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中所處位置的不同，一般可分為 、 、 和 。串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正和復(fù)合校正 10、保持器是將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成 的裝置，其轉(zhuǎn)換過(guò)程恰好是采樣過(guò)程的 。連續(xù)信號(hào)、逆過(guò)程 二、 判斷題 1、反饋控制系統(tǒng)中只能有負(fù)反饋。（ ） 2、微分方程和傳遞函數(shù)不存在一一對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。（ ） 3、單位脈沖函數(shù)在現(xiàn)實(shí)中是不存在的，它只有數(shù)學(xué)上的意義。（ √ ） 4、PD調(diào)節(jié)器提供了負(fù)的相位角，所以PD校正也稱為超前校正。（ ） 5、離散控制系統(tǒng)是一種斷續(xù)控制方式。（ √ ） 6、線性系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)全部由線性元件組成。（ √ ） 7、傳遞函數(shù)代表了系統(tǒng)的固有特性。（ √ ） 8、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差由動(dòng)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差兩部分組成。（ ） 9、PI調(diào)節(jié)器提供了正的相位角，所以PI校正也稱為滯后校正。（ ） 10、微分方程和傳遞函數(shù)不存在一一對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。（ ） 三、 單項(xiàng)選擇題 1、傳遞函數(shù)是在（ A ）基礎(chǔ)上引入的描述線性定常系統(tǒng)或元件輸入、輸出關(guān)系的函數(shù)。 A.拉普拉斯變換 B.傅立葉變換 C.Z變換 D.等效變換 2、下述說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ D ）。 A. 最大超調(diào)量和振蕩次數(shù)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。 B. 調(diào)整時(shí)間反映了系統(tǒng)的快速性。 C. 穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。 D. 振蕩次數(shù)越多，系統(tǒng)穩(wěn)定性能越好。 3、對(duì)于恒值系統(tǒng)，由于給定量是不變的，常用（ C ）衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)。 A. 靜態(tài)誤差 B. 輸出誤差 C. 擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 D. 擾動(dòng)作用下的瞬態(tài)誤差 4、頻率特性對(duì)稱于橫軸的是（ D ）。 A.比例環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié) B.積分環(huán)節(jié)與微分環(huán)節(jié) C.比例微分環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié) D.比例環(huán)節(jié)與微分環(huán)節(jié) 5、下述選項(xiàng)中（ D ）不是根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中的不同位置對(duì)校正進(jìn)行分類的。 A. 串聯(lián)校正 B. 反饋校正 C. 順饋補(bǔ)償校正 D. 并聯(lián)校正 6、下述選項(xiàng)中，描述積分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的是（ B ）。 A.Gs=K B.Gs=1Ts C.Gs=τs D.Gs=1Ts+1 7、對(duì)于恒值系統(tǒng)，由于給定量是不變的，常用（ C ）衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)。 A. 靜態(tài)誤差 B. 輸出誤差 C. 擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 D. 擾動(dòng)作用下的瞬態(tài)誤差 8、之所以可以利用疊加法求系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性是因?yàn)橄到y(tǒng)的頻率特性具有（ B ）。 A. 齊次性 B. 疊加性 C. 線性 D. 微分性 9、關(guān)于無(wú)源校正裝置下述說(shuō)法正確的是（ A ）。 A. 本身沒(méi)有增益，只有衰減；輸入阻抗低，輸出阻抗高。 B. 本身有增益，并且有衰減；輸入阻抗低，輸出阻抗高。 C. 本身沒(méi)有增益，只有衰減；輸入阻抗高，輸出阻抗低。 D. 本身有增益，并且有衰減；輸入阻抗低，輸出阻抗高。 10、在系統(tǒng)的反饋控制回路中加入（ B ）前饋補(bǔ)償，可組成復(fù)合控制。 A. 順饋補(bǔ)償 B. 前饋補(bǔ)償 C. 反饋補(bǔ)償 D. 擾動(dòng)補(bǔ)償 五、簡(jiǎn)答題 1、自動(dòng)控制理論中常用的數(shù)學(xué)模型有哪些？ 簡(jiǎn)單說(shuō)明。 答： 時(shí)域數(shù)學(xué)模型：微分方程、差分方程、狀態(tài)方程 復(fù)域數(shù)學(xué)模型：傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖 頻域數(shù)學(xué)模型：頻率特性 2、控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)的其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)是什么？ 答：動(dòng)態(tài)指標(biāo)通常用上升時(shí)間(tr)、最大超調(diào)量（σ）、調(diào)整時(shí)間(ts)和振蕩次數(shù)(N)來(lái)衡量。 ①上升時(shí)間(tr)：上升時(shí)間指輸出量第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間，它說(shuō)明了系統(tǒng)的反映速度。 ②最大超調(diào)量（σ）：最大超調(diào)量是輸出量與穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比。即 σ=ct-c(∞)c(∞)100%=?cmaxc(∞)100% 最大超調(diào)量反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度，最大超調(diào)量越小，則說(shuō)明系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行得越平穩(wěn)。 ③調(diào)整時(shí)間(ts)：調(diào)整時(shí)間是系統(tǒng)輸出量進(jìn)入并一直保持在穩(wěn)態(tài)值的允許誤差范圍δ內(nèi)所需要的時(shí)間，其誤差范圍一般定為δ=2%~5%。調(diào)整時(shí)間ts反映了系統(tǒng)的快速性。調(diào)整時(shí)間越短，系統(tǒng)快速性越好。 ④振蕩次數(shù)(N)：振蕩次數(shù)是指在調(diào)整時(shí)間ts內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值上下擺動(dòng)的周期數(shù)，即調(diào)整時(shí)間ts內(nèi)系統(tǒng)響應(yīng)曲線穿越穩(wěn)態(tài)值次數(shù)的一半。振蕩次數(shù)越少，系統(tǒng)穩(wěn)定性能越好。 19、什么是系統(tǒng)校正？ 答：當(dāng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、靜態(tài)性能不能滿足實(shí)際工程中所要求的性能指標(biāo)時(shí)，首先可以考慮調(diào)整系統(tǒng)中可以調(diào)整的參數(shù)；若通過(guò)調(diào)整參數(shù)仍無(wú)法滿足要求時(shí)，則可以在原有系統(tǒng)中增添一些裝置和元件，人為改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，使之滿足要求的性能指標(biāo)，我們把這種方法稱為校正。增添的裝置和元件稱為校正裝置或校正元件。系統(tǒng)中除校正裝置以外的部分，組成了系統(tǒng)的不可變部分，稱為固有部分。 3、什么是系統(tǒng)校正？ 答：當(dāng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、靜態(tài)性能不能滿足實(shí)際工程中所要求的性能指標(biāo)時(shí)，首先可以考慮調(diào)整系統(tǒng)中可以調(diào)整的參數(shù)；若通過(guò)調(diào)整參數(shù)仍無(wú)法滿足要求時(shí)，則可以在原有系統(tǒng)中增添一些裝置和元件，人為改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，使之滿足要求的性能指標(biāo)，我們把這種方法稱為校正。增添的裝置和元件稱為校正裝置或校正元件。系統(tǒng)中除校正裝置以外的部分，組成了系統(tǒng)的不可變部分，稱為固有部分。 4、閉環(huán)控制系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？ 答：閉環(huán)控制系統(tǒng)有如下的特點(diǎn)： 1)由于系統(tǒng)的控制作用是通過(guò)給定量與反饋量的差值進(jìn)行的，故這種控制常稱為按偏差控制，又稱反饋控制。 2)這類系統(tǒng)具有兩種傳輸信號(hào)的通道：由給定值至被控量的通道稱為前向通道；由被控量至系統(tǒng)輸入端的通道稱為反饋通道。 3)不論取什么物理量進(jìn)行反饋，作用在反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動(dòng)引起的被控量的偏差值，都會(huì)得到減小或消除，使得系統(tǒng)的被控量基本不受該擾動(dòng)的影響。反饋控制可以進(jìn)行補(bǔ)償，這是閉環(huán)控制的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。 5、控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是怎樣分類的？怎樣衡量恒值系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)？ 答：為了分析方便，把系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差按輸入信號(hào)形式不同分為擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差和給定穩(wěn)態(tài)誤差。對(duì)于恒值系統(tǒng)，由于給定量是不變的，常用擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)；而對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)，給定量是變化的，要求輸出量以一定的精度跟隨給定的變化，因此給定穩(wěn)態(tài)誤差變成恒量隨動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)品質(zhì)的指標(biāo)。 6、系統(tǒng)校正有哪些方式？請(qǐng)簡(jiǎn)單解釋。 答：根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中的不同位置，一般可分為串聯(lián)校正、反饋校正、順饋補(bǔ)償校正。 串聯(lián)校正：校正裝置串聯(lián)在系統(tǒng)固有部分的前向通路中，稱為串聯(lián)校正。 反饋校正：校正裝置與系統(tǒng)固有部分按反饋聯(lián)接，形成局部反饋回路，稱為反饋校正。 順饋補(bǔ)償校正：順饋補(bǔ)償校正是在反饋控制的基礎(chǔ)上，引入輸入補(bǔ)償構(gòu)成的校正方式。 四、 畫圖題 1、結(jié)構(gòu)圖（框圖）有哪些基本元素組成？請(qǐng)畫出結(jié)構(gòu)圖的基本元素，并簡(jiǎn)單說(shuō)明。 答：組成框圖的基本元素是信號(hào)線、引出點(diǎn)、比較點(diǎn)和功能框。 這四個(gè)基本元素的詳細(xì)解釋如下： 1) 信號(hào)線的箭頭表示信號(hào)傳輸方向； 2) 引出點(diǎn)（又稱分支點(diǎn)）表示把一個(gè)信號(hào)分成兩路或多路輸出，同一位墨引出的信號(hào)都與原信號(hào)相同； 3) 比較點(diǎn)（又稱相加點(diǎn)）具有對(duì)幾個(gè)信號(hào)求和的功能，在信號(hào)的輸入處要注明它們的極性； 4) 功能框表示一個(gè)環(huán)節(jié)或系統(tǒng)，功能框中填入相應(yīng)環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 2、請(qǐng)寫出積分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性的表達(dá)式，并畫出其對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性的伯德圖。 答： 1) 對(duì)數(shù)頻率特性 Lω=20lg1τω=-20lgτω(dB)φω=-π2=-90 2) 伯德圖 (1)對(duì)數(shù)幅頻特性Lω Lω=-20lgτω=20lg1τ-20lgω=20lgK-20lgω (K=1τ) 在ω=1處過(guò)Lω=20lgK的點(diǎn)（或在ω=1/τ處過(guò)零分貝線）的，斜率為-20dB/dec的斜直線。 (2)對(duì)數(shù)相頻特性φω φω=-90，即 φω為一條-90水平直線。 3、請(qǐng)分別畫出串聯(lián)環(huán)節(jié)、并聯(lián)環(huán)節(jié)和反饋聯(lián)接的等效變換框圖。 答：串聯(lián)變換 并聯(lián)變換 反饋?zhàn)儞Q 4、請(qǐng)寫出比例環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性的表達(dá)式，并畫出其對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性的伯德圖。 答： 1) 對(duì)數(shù)頻率特性 2) 伯德圖 (1)對(duì)數(shù)幅頻特性 為水平直線，其高度為。 若，則為正值，水平直線在橫軸上方。 若，則，水平直線與橫軸重合，橫軸又稱零分貝線。 若，則為負(fù)值，水平直線在橫軸下方。 (2)對(duì)數(shù)相頻特性 為與橫軸重合的水平直線。增設(shè)比例環(huán)節(jié)后，將使系統(tǒng)的向上（或向下）平移，但不會(huì)改變的形狀，對(duì)系統(tǒng)將不產(chǎn)生任何影響。 5、畫出頻率特性、傳遞函數(shù)和微分方程3中系統(tǒng)描述之間的關(guān)系。 答： 10