自動(dòng)控制原理簡答題

1、概念：設(shè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)為，（1）若，則稱為（狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 ）（2）若，則稱為（ 傳遞函數(shù)矩陣 ）（3）若，則稱為（能控性矩陣）（4）若，則稱為（能觀性矩陣）（5）若，則稱為（輸出能控性矩陣）（6）李雅普諾夫方程，其中為正定對(duì)稱陣，當(dāng)使方程成立的為（ 正定對(duì)稱陣 ）時(shí)，系統(tǒng)為漸近穩(wěn)定。（7）設(shè)系統(tǒng)，如果存在一個(gè)具有一階導(dǎo)數(shù)的標(biāo)量函數(shù)，并且對(duì)于狀態(tài)空間X中的且非零點(diǎn)x滿足如下條件：為（正定）；為（負(fù)定）；當(dāng)時(shí)，。則系統(tǒng)的原點(diǎn)平衡狀態(tài)是（大范圍漸近穩(wěn)定的）。（8）狀態(tài)反饋不改變系統(tǒng)的（可控性）。輸出至狀態(tài)微分反饋不改變系統(tǒng)的（可觀測性）。輸出至參考輸入反饋，不改變系統(tǒng)的（可控性和可觀測性）。狀態(tài)反饋和輸出

2、反饋都能影響系統(tǒng)的（穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能）。（9）狀態(tài)反饋控制的極點(diǎn)任意配置條件是系統(tǒng)狀態(tài)（完全可控）。狀態(tài)觀測的極點(diǎn)任意配置條件是系統(tǒng)狀態(tài)（完全可觀）。（10）系統(tǒng)線性變換時(shí)，變換矩陣必須是（非奇異的，或滿秩）的。二：已知系統(tǒng)傳遞函數(shù) ，試求約當(dāng)型動(dòng)態(tài)方程。解：由上式，可得約當(dāng)型動(dòng)態(tài)方程三：試求下列狀態(tài)方程的解 的解解：由題意可得： 五：設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)方程為，并設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)可控，試求。解：令時(shí)，即可滿足可控性條件。六：試確定使系統(tǒng)可觀測的。解： 時(shí)，于是系統(tǒng)可觀。第A9-3題：系統(tǒng)微分方程為 ， 其中u為輸入量；x為輸出量。設(shè)狀態(tài)，試寫出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程；設(shè)狀態(tài)變換，試確定變換矩陣T，及變換后的動(dòng)態(tài)方程

3、。參考答案：列寫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程求變換矩陣T和變換后的動(dòng)態(tài)方程由題意知 , 故變換矩陣 由于 , , 變換后的動(dòng)態(tài)方程, 第A9-5題：已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其狀態(tài)變量為x1，x2，x3。試列寫動(dòng)態(tài)方程。參考答案：將頻域參量s視作微分算子，可得 ，整理得動(dòng)態(tài)方程 寫成向量矩陣形式, 第A9-6題：已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為試求可控標(biāo)準(zhǔn)型（A為友矩陣），可觀標(biāo)準(zhǔn)型（A為友矩陣轉(zhuǎn)置），對(duì)角型（A為對(duì)角陣）動(dòng)態(tài)方程。參考答案：由于 串聯(lián)分解，引入中間變量z，可得微分方程 選取狀態(tài)變量 ， 則狀態(tài)方程 ，則輸出方程 可控標(biāo)準(zhǔn)型動(dòng)態(tài)方程 利用能控性與能觀性的對(duì)偶關(guān)系， ， ， 由可控標(biāo)準(zhǔn)型得可觀標(biāo)準(zhǔn)型動(dòng)態(tài)方程 由于 故

4、1=-1，2=-3為系統(tǒng)的單實(shí)極點(diǎn)，且有因此， 令狀態(tài)變量 ， 其反拉氏變換 ， ， 因此對(duì)角型動(dòng)態(tài)方程 第A9-13題：已知線性系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為試求系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣A。參考答案1：由狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣性質(zhì) 參考答案2：由狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣性質(zhì)所以第A9-14題：設(shè)系統(tǒng)(A,B,C)的狀態(tài)矩陣為試求系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：參考答案1：拉氏變換法參考答案2：線性變換法由于A是友矩陣，故有，所以， 參考答案3：待定系數(shù)法根據(jù)凱萊-哈密頓定律因A的特征值1 = 2 = 1, 3 = 2, 則有第A9-15題：已知線性定常自治系統(tǒng)的狀態(tài)方程, 試求系統(tǒng)的狀態(tài)軌線。參考答案：線性定常齊次狀態(tài)方程的解， ， 第A9-1

5、9題：已知線性動(dòng)態(tài)方程為, 試求傳遞函數(shù)陣G(s)。參考答案： 第A9-21題：已知 ad = bc, 試計(jì)算參考答案： 設(shè)，則A的特征多項(xiàng)式為由數(shù)學(xué)歸納法第A9-22題：設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，試求：可控標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)；可觀標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)；對(duì)角型實(shí)現(xiàn)；下三角型實(shí)現(xiàn)；參考答案： 可控標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)引入中間變量z，使可得微分方程， 選擇，則有系統(tǒng)的可控標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)， 可觀標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的微分方程， 選擇狀態(tài)變量， 則有系統(tǒng)的可觀標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)， 對(duì)角型實(shí)現(xiàn)；將傳遞函數(shù)分解成部分分式設(shè), , 可得 ， ， 系統(tǒng)的對(duì)角型實(shí)現(xiàn)為， 下三角型實(shí)現(xiàn)；將傳遞函數(shù)分解成設(shè), , 可得 ， ，系統(tǒng)的三角型實(shí)現(xiàn)為， 第A9-26題

6、：設(shè)有不穩(wěn)定線性定常系統(tǒng)（A，b，c），其中，能否通過狀態(tài)反饋把系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)配置在處？若能，試求出實(shí)現(xiàn)上述極點(diǎn)配置的反饋增益向量k； 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)不可直接測量時(shí)，能否通過狀態(tài)觀測器來獲取狀態(tài)變量？若能，試設(shè)計(jì)一個(gè)極點(diǎn)位于處的等維狀態(tài)觀測器；參考答案： 反饋增益向量k系統(tǒng)的可控性矩陣及秩，rankP = 3系統(tǒng)是可控的，可以通過狀態(tài)反饋來進(jìn)行極點(diǎn)配置，設(shè)反饋增益向量系統(tǒng)的閉環(huán)特征多項(xiàng)式 閉環(huán)系統(tǒng)期望的特征多項(xiàng)式 比較同次系數(shù)得 ， 反饋增益向量系統(tǒng)狀態(tài)可觀測矩陣及秩，rankV = 3系統(tǒng)是可觀測的，可以通過狀態(tài)觀測器來獲取狀態(tài)變量。利用輸出至狀態(tài)微分反饋來配置極點(diǎn)，設(shè)反饋增益向量h，先將（A，

7、c）化為能觀標(biāo)準(zhǔn)型 變換矩陣，設(shè) ， 狀態(tài)觀測器的特征多項(xiàng)式為期望的狀態(tài)觀測器的特征多項(xiàng)式為比較同次系數(shù)得 ， 要設(shè)計(jì)的等維狀態(tài)觀測器 【A9-27】試用李雅普諾夫第二法判斷系統(tǒng)的原點(diǎn)穩(wěn)定性： 【參考答案1】方法一：原點(diǎn)(x1=0, x2=0)是該系統(tǒng)唯一的平衡狀態(tài).選取正定標(biāo)量函數(shù)則有對(duì)于狀態(tài)空間中的一切非零x滿足V(x)正定,負(fù)定，故系統(tǒng)的原點(diǎn)平衡狀態(tài)是大范圍漸近穩(wěn)定的。方法二：系統(tǒng)狀態(tài)方程寫成向量矩陣形式， 系統(tǒng)狀態(tài)矩陣 ， 即A是非奇異的，故原點(diǎn)xe=0是系統(tǒng)唯一的平衡狀態(tài)。設(shè)系統(tǒng)的李雅普諾夫函數(shù)及其導(dǎo)微分分別為則 成立。取 Q = I，上式為其中p12=p21求解該矩陣方程可得由于，

8、對(duì)稱矩陣P是正定的。系統(tǒng)的原點(diǎn)平衡狀態(tài)是大范圍漸近穩(wěn)定的?！緟⒖即鸢?】原點(diǎn)(x1=0, x2=0)是該系統(tǒng)唯一的平衡狀態(tài). 系統(tǒng)狀態(tài)方程向量矩陣形式若選取 解李雅普諾夫方程 得 ，由于， 為不定，則難以判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。用特征根判別 可見系統(tǒng)原點(diǎn)平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的?！緟⒖即鸢?】原點(diǎn)(x1=0, x2=0)是該系統(tǒng)唯一的平衡狀態(tài).選取正定標(biāo)量函數(shù)則有對(duì)于狀態(tài)空間中的一切非零x滿足V(x)正定,負(fù)定，故系統(tǒng)的原點(diǎn)平衡狀態(tài)是大范圍漸近穩(wěn)定的。注：， 選取都行?！緟⒖即鸢?】系統(tǒng)狀態(tài)方程向量矩陣形式，即 若選取 代入離散李雅普諾夫方程 得 展開得方程組 解之得 由于， 為正定，故系統(tǒng)的原點(diǎn)平衡狀態(tài)

9、是大范圍漸近穩(wěn)定的?！?題】：設(shè)有不穩(wěn)定線性定常系統(tǒng)（A,b,c），其中 ，, 能否通過狀態(tài)反饋把系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)配置在處？若能，試求出實(shí)現(xiàn)上述極點(diǎn)配置的反饋增益向量k； 解： 系統(tǒng)的可控性矩陣及秩，rankP = 3 系統(tǒng)是可控的，可以通過狀態(tài)反饋來進(jìn)行極點(diǎn)配置。 設(shè)反饋增益向量 系統(tǒng)的閉環(huán)特征多項(xiàng)式 閉環(huán)系統(tǒng)期望的特征多項(xiàng)式 比較同次系數(shù)得 ， 反饋增益向量 三.名詞解釋47、傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)是指在零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉式變換與系統(tǒng)輸入量的拉式變換之比。48、系統(tǒng)校正：為了使系統(tǒng)達(dá)到我們的要求，給系統(tǒng)加入特定的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)達(dá)到我們的要求，這個(gè)過程叫系統(tǒng)校正。 49、主導(dǎo)極點(diǎn)：如果系統(tǒng)

10、閉環(huán)極點(diǎn)中有一個(gè)極點(diǎn)或一對(duì)復(fù)數(shù)極點(diǎn)據(jù)虛軸最近且附近沒有其他閉環(huán)零點(diǎn)，則它在響應(yīng)中起主導(dǎo)作用稱為主導(dǎo)極點(diǎn)。50、香農(nóng)定理：要求離散頻譜各分量不出現(xiàn)重疊,即要求采樣角頻率滿足如下關(guān)系：s2max 。 51、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：，描述系統(tǒng)從某一初始時(shí)刻向任一時(shí)刻的轉(zhuǎn)移。52、峰值時(shí)間：系統(tǒng)輸出超過穩(wěn)態(tài)值達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間為峰值時(shí)間。53、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：把系統(tǒng)中所有環(huán)節(jié)或元件的傳遞函數(shù)填在系統(tǒng)原理方塊圖的方塊中，并把相應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)分別以拉氏變換來表示，從而得到的傳遞函數(shù)方塊圖就稱為動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。54、根軌跡的漸近線：當(dāng)開環(huán)極點(diǎn)數(shù) n 大于開環(huán)零點(diǎn)數(shù) m 時(shí)，系統(tǒng)有n-m 條根軌跡終止于 S 平面的無

11、窮遠(yuǎn)處，且它們交于實(shí)軸上的一點(diǎn)，這 n-m 條根軌跡變化趨向的直線叫做根軌跡的漸近線。55、脈沖傳遞函數(shù)：零初始條件下，輸出離散時(shí)間信號(hào)的z變換與輸入離散信號(hào)的z變換之比，即。56、Nyquist判據(jù)（或奈氏判據(jù)）：當(dāng)由-變化到+時(shí)， Nyquist曲線（極坐標(biāo)圖）逆時(shí)針包圍（-1，j0）點(diǎn)的圈數(shù)N，等于系統(tǒng)G(s)H(s)位于s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P ，即N=P，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；否則（NP）閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定，且閉環(huán)系統(tǒng)位于s右半平面的極點(diǎn)數(shù)Z為：Z=P-N57、程序控制系統(tǒng): 輸入信號(hào)是一個(gè)已知的函數(shù)，系統(tǒng)的控制過程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，這樣的自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為程序控制系

12、統(tǒng)。58、穩(wěn)態(tài)誤差：對(duì)單位負(fù)反饋系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)間t趨于無窮大時(shí)，系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)的實(shí)際值與期望值（即輸入量）之差的極限值，稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它反映系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的（穩(wěn)態(tài)）精度。 59、尼柯爾斯圖（Nichocls圖）：將對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性畫在一個(gè)圖上，即以（度）為線性分度的橫軸，以 l()=20lgA()（db）為線性分度的縱軸，以為參變量繪制的() 曲線，稱為對(duì)數(shù)幅相頻率特性，或稱作尼柯爾斯圖（Nichols圖）60、零階保持器：零階保持器是將離散信號(hào)恢復(fù)到相應(yīng)的連續(xù)信號(hào)的環(huán)節(jié)，它把采樣時(shí)刻的采樣值恒定不變地保持（或外推）到下一采樣時(shí)刻。61、狀態(tài)反饋設(shè)系統(tǒng)方程為，若對(duì)狀態(tài)方程的輸入量取

13、，則稱狀態(tài)反饋控制。四.簡答題62、常見的建立數(shù)學(xué)模型的方法有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？有以下三種： (1)機(jī)理分析法：機(jī)理明確，應(yīng)用面廣，但需要對(duì)象特性清晰,(2)實(shí)驗(yàn)測試法：不需要對(duì)象特性清晰，只要有輸入輸出數(shù)據(jù)即可，但適用面受限,(3)以上兩種方法的結(jié)合:通常是機(jī)理分析確定結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)測試法確定參數(shù)，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)，克服了相應(yīng)的缺點(diǎn)63、PD屬于什么性質(zhì)的校正？它具有什么特點(diǎn)？超前校正。可以提高系統(tǒng)的快速性，改善穩(wěn)定性64、幅值裕度，相位裕度各是如何定義的？ , 65、典型的非線性特性有哪些？飽和特性、回環(huán)特性、死區(qū)特性、繼電器特性66、舉例說明什么是閉環(huán)系統(tǒng)？它具有什么特點(diǎn)？既有前項(xiàng)通道，

14、又有反饋通道，輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)有影響，存在系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。67.簡要畫出二階系統(tǒng)特征根的位置與單位階躍響應(yīng)曲線之間的關(guān)系。單調(diào)發(fā)散單調(diào)收斂振蕩發(fā)散等幅振蕩振蕩收斂68、減小系統(tǒng)在給定信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差的方法主要有那些？、保證系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)（或元件）的參數(shù)具有一定的精度及線性性；、適當(dāng)增加開環(huán)增益或增大擾動(dòng)作用前系統(tǒng)前向通道的增益；、適當(dāng)增加系統(tǒng)前向通道中積分環(huán)節(jié)的數(shù)目；、采用前饋控制（或復(fù)合控制）。69、連續(xù)控制系統(tǒng)或離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是什么？連續(xù)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是閉環(huán)極點(diǎn)都位于S平面左側(cè)；離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件系統(tǒng)的特性方程的根都在Z平面上以原點(diǎn)為圓

15、心的單位圓內(nèi)。70、非線性系統(tǒng)和線性系統(tǒng)相比，有哪些特點(diǎn)?非線性系統(tǒng)的輸入和輸出之間不存在比例關(guān)系，也不適用疊加定理；非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，而且也與它的初始信號(hào)的大小有關(guān)；非線性系統(tǒng)常常會(huì)產(chǎn)生自振蕩。71、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有哪些?自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性、結(jié)構(gòu)圖。72、定值控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)各有什么特點(diǎn)？定值控制系統(tǒng)為給定值恒定，反饋信號(hào)和給定信號(hào)比較后控制輸出信號(hào)；伺服控制系統(tǒng)為輸入信號(hào)是時(shí)刻變化的，輸入信號(hào)的變化以適應(yīng)輸出信號(hào)的變化。73、從元件的功能分類，控制元件主要包括哪些類型的元件？控制元件主要包括放大元件、執(zhí)行元件、測量

16、元件、補(bǔ)償元件。74、對(duì)于最小相位系統(tǒng)而言，若采用頻率特性法實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)校正，靜態(tài)校正的理論依據(jù)是什么？動(dòng)校正的理論依據(jù)是什么？靜態(tài)校正的理論依據(jù)：通過改變低頻特性，提高系統(tǒng)型別和開換增益，以達(dá)到滿足系統(tǒng)靜態(tài)性能指標(biāo)要求的目的。動(dòng)校正的理論依據(jù)：通過改變中頻段特性，使穿越頻率和相角裕量足夠大，以達(dá)到滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求的目的。75、在經(jīng)典控制理論中用來分析系統(tǒng)性能的常用工程方法有那些？分析內(nèi)容有那些？常用的工程方法：時(shí)域分析法、根軌跡法、頻率特性法；分析內(nèi)容：瞬態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能、穩(wěn)定性。76、用狀態(tài)空間分析法和用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)有何不同？傳遞函數(shù)用于單變量的線性定常系統(tǒng)，屬于輸入、輸出

17、的外部描述，著重于頻域分析；狀態(tài)空間法可描述多變量、非線性、時(shí)變系統(tǒng)，屬于內(nèi)部描述，使用時(shí)域分析。1 滯后超前串聯(lián)校正改善系統(tǒng)性能的原因。2 慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可以近似為比例環(huán)節(jié)。 3 列舉3種非線性系統(tǒng)與線性系統(tǒng)特性的不同之處。4 現(xiàn)實(shí)中，真實(shí)的系統(tǒng)都具有一定程度的非線性特性和時(shí)變特性，但是理論分析和設(shè)計(jì)經(jīng)常采用線性時(shí)不變模型的原因。5 零階保持器傳遞函數(shù)中是否包含積分環(huán)節(jié)？為什么？36.為什么說物理性質(zhì)不同的系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)可能相同 ? 舉例說明。37.一階慣性系統(tǒng)當(dāng)輸入為單位階躍函數(shù)時(shí)，如何用實(shí)驗(yàn)方法確定時(shí)間常數(shù)T ？其調(diào)整時(shí)間ts和時(shí)間常數(shù)T有何關(guān)系，為什么？38.什么是主導(dǎo)極點(diǎn)？主

18、導(dǎo)極點(diǎn)起什么作用，請(qǐng)舉例說明。39.什么是偏差信號(hào)？什么是誤差信號(hào)？它們之間有什么關(guān)系?40.根軌跡的分支數(shù)如何判斷？舉例說明。36.傳遞函數(shù)是線性定常系統(tǒng)輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比，它通常不能表明系統(tǒng)的物理特性和物理結(jié)構(gòu)，因此說物理性質(zhì)不同的系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)可能相同。（3分）舉例說明(2分)略，答案不唯一。37.常用的方法（兩方法選1即可）：其單位階躍響應(yīng)曲線在 0.632（2.5分）穩(wěn)態(tài)值處，經(jīng)過的時(shí)間tT（2.5分）；或在 t0處曲線斜率 k1/T，ts（34）T38.高階系統(tǒng)中距離虛軸最近的極點(diǎn)，其附近沒有零點(diǎn)，它的實(shí)部比其它極點(diǎn)的實(shí)部的1/5還小，稱其為主導(dǎo)極點(diǎn)。（2分）將高

19、階系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)分析出來，利用主導(dǎo)極點(diǎn)來分析系統(tǒng)，相當(dāng)于降低了系統(tǒng)的階數(shù)，給分析帶來方便。（2分）舉例說明(1分)略，答案不唯一。39.偏差信號(hào)：輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差；（1.5分）誤差信號(hào)：希望的輸出信號(hào)與實(shí)際的輸出信號(hào)之差。（1.5分）兩者間的關(guān)系：，當(dāng)時(shí)，（2分）40.根軌跡S平面止的分支數(shù)等于閉環(huán)特征方程的階數(shù)，也就是分支數(shù)與閉環(huán)極點(diǎn)的數(shù)目相同（3分）。舉例說明(2分)略，答案不唯一。36.開環(huán)控制系統(tǒng)：是沒有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低，易維修。精度低、易受干擾。（2.5分）閉環(huán)控制系統(tǒng)：又稱為反饋控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，不易維修。但精度高，抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)特性

20、好。（2.5分）37.答案不唯一。例如：即在系統(tǒng)的輸入端加入一定幅值的正弦信號(hào)，系統(tǒng)穩(wěn)定后的輸入也是正弦信號(hào)，（2.5分）記錄不同頻率的輸入、輸出的幅值和相位，即可求得系統(tǒng)的頻率特性。（2.5分）38.0型系統(tǒng)的幅頻特性曲線的首段高度為定值，20lgK0（2分）1型系統(tǒng)的首段-20dB/dec，斜率線或其延長線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為1K1（1.5分）2型系統(tǒng)的首段-40dB/dec，斜率線或其延長線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為1K2（1.5分）39.根軌跡與虛軸相交，表示閉環(huán)極點(diǎn)中有極點(diǎn)位于虛軸上，即閉環(huán)特征方程有純虛根，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，可利用此特性求解穩(wěn)定臨界值。（3分）舉例，答案不唯一。如求開環(huán)傳

21、遞函數(shù)G(s)=K/(s(s+1)(s+2)的系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的K值。根據(jù)其根軌跡與虛軸相交的交點(diǎn)，得到0K6。（2分）40.1)當(dāng)控制系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)在s平面的左半部時(shí)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定；（1分）2)如要求系統(tǒng)快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)越是遠(yuǎn)離虛軸；如要求系統(tǒng)平穩(wěn)性好，則復(fù)數(shù)極點(diǎn)最好設(shè)置在s平面中與負(fù)實(shí)軸成45夾角線以內(nèi)；（1分）3)離虛軸的閉環(huán)極點(diǎn)對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)影響很小，可忽略不計(jì)；（1分）4)要求系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程消失速度快，則應(yīng)使閉環(huán)極點(diǎn)間的間距大，零點(diǎn)靠近極點(diǎn)。即存5）在偶極子；（1分）5)如有主導(dǎo)極點(diǎn)的話，可利用主導(dǎo)極點(diǎn)來估算系統(tǒng)的性能指標(biāo)。（1分）36.開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么？37.如何

22、用實(shí)驗(yàn)方法求取系統(tǒng)的頻率特性函數(shù)？38.伯德圖中幅頻特性曲線的首段和傳遞函數(shù)的型次有何關(guān)系？39.根軌跡與虛軸的交點(diǎn)有什么作用? 舉例說明。40.系統(tǒng)閉環(huán)零點(diǎn)、極點(diǎn)和性能指標(biāo)的關(guān)系。36. 1)各前向通路傳遞函數(shù)的乘積保持不變。（2分）2)各回路傳遞函數(shù)的乘積保持不變。 （2分）舉例說明(1分)略，答案不唯一。37.其極坐標(biāo)圖為單位圓，隨著從0 變化，其極坐標(biāo)圖順時(shí)針沿單位圓轉(zhuǎn)無窮多圈。（2.5分）圖略。（2.5分） 38.可采用以下途徑：1)提高反饋通道的精度，避免引入干擾;（1.5分）2)在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，對(duì)于輸入引起的誤差，可通過增大系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)和提高系統(tǒng)型次減小。對(duì)于干擾引起

23、的誤差，可通過在系統(tǒng)前向通道干擾點(diǎn)前加積分增大放大倍數(shù)來減小;（2分）3）采用復(fù)合控制對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。（1.5分）39.開環(huán)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，其閉環(huán)只要滿足穩(wěn)定性條件，就是穩(wěn)定的，否則就是不穩(wěn)定的。（3分）舉例說明答案不唯一略。（2分）40.保留主導(dǎo)極點(diǎn)即距虛軸最近的閉環(huán)極點(diǎn)，忽略離虛軸較遠(yuǎn)的極點(diǎn)。一般該極點(diǎn)大于其它極點(diǎn)5倍以上的距離；（2.5分）如果分子分母中具有負(fù)實(shí)部的零、極點(diǎn)在數(shù)值上相近，則可將該零、極點(diǎn)一起小調(diào)，稱為偶極子相消（2.5分） 36. 方塊圖變換要遵守什么原則，舉例說明。37.試說明延遲環(huán)節(jié)的頻率特性，并畫出其頻率特性極坐標(biāo)圖。38.如何減少系統(tǒng)的誤差?39.開環(huán)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，

24、其閉環(huán)是否穩(wěn)定？舉例說明。40. 高階系統(tǒng)簡化為低階系統(tǒng)的合理方法是什么？36.自動(dòng)控制理論分為“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”，（1分）“經(jīng)典控制理論”以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)（1分），以頻率法和根軌跡法為基本方法，（2分）“現(xiàn)代控制理論”以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，（1分）。37.要減小最大超調(diào)量就要增大阻尼比（2分）。會(huì)引起上升時(shí)間、峰值時(shí)間變大，影響系統(tǒng)的快速性。（3分） 38.系統(tǒng)特征方程式的所有根均為負(fù)實(shí)數(shù)或具有負(fù)的實(shí)部。(3分)或:特征方程的根均在根平面（復(fù)平面、s平面）的左半部。或:系統(tǒng)的極點(diǎn)位于根平面（復(fù)平面、s平面）的左半部舉例說明(2分)略，答案不唯一39.對(duì)于輸入引起的誤差，可通過增

25、大系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)和提高系統(tǒng)型次減小。（2.5分）對(duì)于干擾引起的誤差，可通過在系統(tǒng)前向通道干擾點(diǎn)前加積分增大放大倍數(shù)來減?。?.5分）。40.如果開環(huán)零點(diǎn)數(shù)m小于開環(huán)極極點(diǎn)數(shù)n，則（n-m）趨向無窮根軌跡的方位可由漸進(jìn)線決定。（2.5分）漸進(jìn)線與實(shí)軸的交點(diǎn)和傾角為:( 2.5分)36. 簡要論述自動(dòng)控制理論的分類及其研究基礎(chǔ)、研究的方法。37.二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)中，如要減小最大超調(diào)量，對(duì)其它性能有何影響？38. 用文字表述系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。并舉例說明。39.在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，如何來減小由輸入和干擾引起的誤差？40.根軌跡的漸近線如何確定？ 36.較高的諧振頻率（1.5分），適當(dāng)?shù)淖枘幔?/p>

26、1.5分），高剛度（1分），較低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（1分）。37.最大超調(diào)量：單位階躍輸入時(shí)，響應(yīng)曲線的最大峰值與穩(wěn)態(tài)值之差；反映相對(duì)穩(wěn)定性；（1分）調(diào)整時(shí)間：響應(yīng)曲線達(dá)到并一直保持在允許誤差范圍內(nèi)的最短時(shí)間；反映快速性；（1分）峰值時(shí)間：響應(yīng)曲線從零時(shí)刻到達(dá)峰值的時(shí)間。反映快速性；（1分）上升時(shí)間：響應(yīng)曲線從零時(shí)刻到首次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間。反映快速性；（1分）振蕩次數(shù)：在調(diào)整時(shí)間內(nèi)響應(yīng)曲線振蕩的次數(shù)。反映相對(duì)穩(wěn)定性。（1分）38. 1)將系統(tǒng)頻率特性化為典型環(huán)節(jié)頻率特性的乘積。（2分）2)根據(jù)組成系統(tǒng)的各典型環(huán)節(jié)確定轉(zhuǎn)角頻率及相應(yīng)斜率，并畫近似幅頻折線和相頻曲線（2分）3）必要時(shí)對(duì)近似曲線做適當(dāng)修正。

27、（1分）39.由靜態(tài)誤差系數(shù)分析可知，在輸入相同的情況下，系統(tǒng)的積分環(huán)節(jié)越多，型次越高，穩(wěn)態(tài)誤差越?。?分）。舉例說明(2分)略，答案不唯一40.串聯(lián)滯后校正并沒有改變?cè)到y(tǒng)最低頻段的特性，故對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度不起破壞作用。相反，還允許適當(dāng)提高開環(huán)增益，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度（2.5分）；而串聯(lián)超前校正一般不改善原系統(tǒng)的低頻特性，如果進(jìn)一步提高開環(huán)增益，使其頻率特性曲線的低頻段上移，則系統(tǒng)的平穩(wěn)性將下降。（2.5分）36.對(duì)于受控機(jī)械對(duì)象，為得到良好的閉環(huán)機(jī)電性能，應(yīng)該注意哪些方面？37.評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的優(yōu)劣的時(shí)域性能指標(biāo)常用的有哪些？每個(gè)指標(biāo)的含義和作用是什么？38.寫出畫伯德圖的步驟。39.系統(tǒng)的

28、誤差大小和系統(tǒng)中的積分環(huán)節(jié)多少有何關(guān)系？舉例說明。40.為什么串聯(lián)滯后校正可以適當(dāng)提高開環(huán)增益，而串聯(lián)超前校正則不能?36.由系統(tǒng)的微分方程；(1分)由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；(1分)通過實(shí)驗(yàn)的手段。(1分)例略（2分）答案不唯一37.當(dāng)固有頻率一定時(shí)，求調(diào)整時(shí)間的極小值，可得當(dāng)x=0.707時(shí)，調(diào)整時(shí)間最短，也就是響應(yīng)最快(3分)；又當(dāng)x=0.707時(shí)，稱為二階開環(huán)最佳模型，其特點(diǎn)是穩(wěn)定儲(chǔ)備大，靜態(tài)誤差系數(shù)是無窮大。(2分) 38. (2.5分) (2.5分)39.對(duì)超前校正，由于正斜率、正相移的作用，使截止頻率附近的相位明顯上升，增大了穩(wěn)定裕度，提高了穩(wěn)定性。(2.5分)而滯后校正是利用負(fù)斜率、負(fù)

29、相移的作用，顯著減小了頻寬，利用校正后的幅值衰減作用使系統(tǒng)穩(wěn)定。(2.5分)40.根軌跡的起點(diǎn)與終點(diǎn)；(1分)分支數(shù)的確定；(1分)根軌跡的對(duì)稱性；(1分)實(shí)軸上的軌跡；(1分)根軌跡的漸近線；(1分)答案不唯一36. 如何求取系統(tǒng)的頻率特性函數(shù)？舉例說明。37.為什么二階振蕩環(huán)節(jié)的阻尼比取x=0.707較好，請(qǐng)說明理由。38.設(shè)開環(huán)傳遞函數(shù)，試說明開環(huán)系統(tǒng)頻率特性極坐標(biāo)圖的起點(diǎn)和終點(diǎn)。39.串聯(lián)校正中，超前、滯后校正各采用什么方法改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性？40.繪制根軌跡的基本法則有哪些? 36.上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、延遲時(shí)間反映快速性(2.5分)。最大超調(diào)量、振蕩次數(shù)反映相對(duì)穩(wěn)定性(2.

30、5分)。37.傳遞函數(shù)的型次對(duì)應(yīng)相應(yīng)的起點(diǎn)(2分)，如0型系統(tǒng)的乃氏圖始于和終于正實(shí)軸的有限值處(1分)，1型系統(tǒng)的乃氏圖始于相角為-90的無窮遠(yuǎn)處，終于坐標(biāo)原點(diǎn)處，(1分)2型系統(tǒng)的乃氏圖始于相角為-180的無窮遠(yuǎn)處，終于坐標(biāo)原點(diǎn)處(1分)。38.輸入 (2.5分) 穩(wěn)態(tài)誤差無窮大(輸出不能跟隨輸入)(2.5分)39.校正是指在系統(tǒng)增加新的環(huán)節(jié)以改善系統(tǒng)的性能的方法(2分)。根據(jù)校正環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的聯(lián)結(jié)方式，校正可分為串聯(lián)校正、反饋校正、順饋校正三類。(3分)40.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按功能分可以分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；（1分）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；（1分）。監(jiān)督控制系統(tǒng)；（1分）直接數(shù)字控制系統(tǒng)；（1分）按

31、控制方式可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)（1分）36.時(shí)域分析的性能指標(biāo)，哪些反映快速性，哪些反映相對(duì)穩(wěn)定性？37.作乃氏圖時(shí)，考慮傳遞函數(shù)的型次對(duì)作圖有何幫助？38.試證明型系統(tǒng)在穩(wěn)定條件下不能跟蹤加速度輸入信號(hào)。39.什么是校正？根據(jù)校正環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的聯(lián)結(jié)方式，校正可分為幾類?40.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按功能和控制方式可以分為哪幾類？36.盡可能對(duì)研究的非線性系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理，用線性理論進(jìn)行分析(2分)。常用方法有忽略不計(jì)(取常值)、切線法或小偏差法(3分)37.誤差平方積分性能指標(biāo)的特點(diǎn)是重視大的誤差，忽略小的誤差。(3分)原因是誤差大時(shí)其平方更大，對(duì)性能指標(biāo)的影響更大，(3分)38.(1)寫

32、出的表達(dá)式 ；(1分)。 (2)分別求出；(1分)(3)求乃氏圖與實(shí)軸的交點(diǎn)(1分)；(4)求乃氏圖虛軸的交點(diǎn)(1分)；(5)必要時(shí)畫出乃氏圖中間幾點(diǎn)然后勾畫出大致曲線(1分)。39.首先僅選擇比例校正，使系統(tǒng)閉環(huán)后滿足穩(wěn)定性指標(biāo)(1.5分)。然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求加入適當(dāng)參數(shù)的積分校正(1.5分)。而積分校正的加入往往使系統(tǒng)穩(wěn)定裕量和快速性下降，再加入適當(dāng)參數(shù)的微分校正以保證系統(tǒng)和穩(wěn)定性和快速性。如此循環(huán)達(dá)到理想的性能指標(biāo)(2分)40.偶極子對(duì)：是指若在某一極點(diǎn)的附近同時(shí)存在一個(gè)零點(diǎn)，而在該零點(diǎn)，極點(diǎn)的附近又無其它的零點(diǎn)或極點(diǎn)。就稱這個(gè)極點(diǎn)和這個(gè)零點(diǎn)為一個(gè)偶極子對(duì)(3分)。由于零極點(diǎn)

33、在數(shù)學(xué)上位置分別是分子分母，工程實(shí)際中作用又相反，因此在近似的處理上可相消，近似地認(rèn)為其對(duì)系統(tǒng)的作用相互抵消了。對(duì)于高階系統(tǒng)的分析，相當(dāng)于降低了系統(tǒng)的階數(shù)，給分析帶來方便(2分)。36.非線性特性函數(shù)線性化的本質(zhì)和方法是什么?37.分析誤差平方積分性能指標(biāo)的特點(diǎn)及其原因。38.乃氏圖作圖的一般方法是什么？39.如何用試探法來確定PID參數(shù)?40.什么是偶極子？偶極子起什么作用，請(qǐng)舉例說明。人閉上眼見很難達(dá)到預(yù)定的目的 試從控制系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析1 如何測量得到一個(gè)不穩(wěn)定環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性？斷開閉環(huán)系統(tǒng)，測量開環(huán)頻率特征。可以通過比較輸入正選信號(hào)與輸出振幅比逐點(diǎn)畫圖，也可以用系統(tǒng)分析儀。這樣可以畫出伯

34、德圖奶奎斯特圖，從而分析頻率特性。2增加系統(tǒng)的開環(huán)增益，對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能有怎樣的影響？增大了系統(tǒng)無阻尼震蕩頻率，減小系統(tǒng)的阻尼比，降低了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。誤差系數(shù)有所增大，減小了穩(wěn)態(tài)誤差，因而提高了系統(tǒng)的精度。3滯后超前串聯(lián)校正能夠改善系統(tǒng)性能的原因？超前：利用超前相角補(bǔ)償系統(tǒng)的滯后相角改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，如增加相位裕度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,增加系統(tǒng)的快速性。滯后：利用滯后校正的這一低通濾波所造成的高頻衰減特性，可以降低系統(tǒng)的截止頻率，提高系統(tǒng)的相位裕度。4 從控制觀點(diǎn)分析飛機(jī)在氣流中和輪船在海浪中能保持預(yù)定航向行駛的原因。兩者的控制系統(tǒng)是采用反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)于外部的擾動(dòng)有一定的抑制能

35、力，氣流和海浪相對(duì)于系統(tǒng)是擾動(dòng)，在擾動(dòng)的作用下，閉環(huán)反饋系統(tǒng)能夠保持原看來的性能。5慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可以近似為比例環(huán)節(jié)？在什么條件下可以近似為積分環(huán)節(jié)？T1是可以近似為積分環(huán)節(jié)6在調(diào)試某個(gè)采用PI控制器的控制系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出持續(xù)震蕩。試分析可以采取哪些措施解決問題？7某個(gè)被控對(duì)象的模型為H(s)，有人認(rèn)為只要在被控對(duì)象前串聯(lián)環(huán)節(jié)1/H（s），這個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)就具有很好的性能。這種做法可行嗎？為什么？8自動(dòng)控制系統(tǒng)通常通過負(fù)反饋構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。簡述負(fù)反饋的主要作用。（3個(gè)）被控量直接間接地的參與控制，從而使系統(tǒng)具有自動(dòng)修正偏差的作用9在繪制連續(xù)系統(tǒng)頻率特性bode圖的幅頻特性時(shí)，常采用

36、（對(duì)數(shù)頻率分貝）坐標(biāo)。簡述原因。（3個(gè)）橫坐標(biāo)w以對(duì)數(shù)分度，能夠?qū)=0緊湊地表示在一張圖上，既能夠清楚地表明頻率特性的低頻、中頻段這些重要的頻率特性，也能夠大概地表示高頻段部分頻率特性?？v坐標(biāo)采用分貝具有鮮明的物理意義，而且也能將取值范圍為0的頻率特性緊湊地表示在一張圖上。采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，幅頻特性曲線能夠用一些支線近似，大大簡化了伯德圖的繪制10系統(tǒng)在某個(gè)輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為無限大，是否意味著系統(tǒng)不穩(wěn)定？請(qǐng)給出明確的判斷，并簡述理由。不意味著不穩(wěn)定。 對(duì)單位負(fù)反饋系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)間t趨于無窮大時(shí)，系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)的實(shí)際值與期望值（即輸入量）之差的極限值，稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它反映系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)

37、的（穩(wěn)態(tài)）精度。 和系統(tǒng)的穩(wěn)定性無關(guān)11與勞斯判據(jù)相比，nyquist判據(jù)的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？（3個(gè)）計(jì)算方便，判斷較直觀，容易計(jì)算臨街穩(wěn)定時(shí)的參數(shù)，能直接從系統(tǒng)的頻率特性等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析、設(shè)計(jì)系統(tǒng)。13列舉3種非線性系統(tǒng)與線性系統(tǒng)特性的不同之處。非線性系統(tǒng)的輸入和輸出之間不存在比例關(guān)系，也不適用疊加定理；非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，而且也與它的初始信號(hào)的大小有關(guān)；非線性系統(tǒng)常常會(huì)產(chǎn)生自振蕩。15如何測量得到一個(gè)含積分環(huán)節(jié)的頻率特性構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在閉環(huán)系統(tǒng)中分別測量環(huán)節(jié)的輸出和輸入處信號(hào)，從而獲得頻率特性16相比較經(jīng)典控制理論 現(xiàn)代控制理論中出現(xiàn)了哪些新的概念 5

38、個(gè)以上17控制系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性的各個(gè)頻段分別影響控制系統(tǒng)的哪些性能低頻段影響系統(tǒng)是否產(chǎn)生誤差和穩(wěn)態(tài)誤差的大小。中頻段影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，中頻段斜率為-20dB/dec系統(tǒng)穩(wěn)定，中頻段斜率為-60dB/dec系統(tǒng)不穩(wěn)定，中頻段斜率為-40dB/dec系統(tǒng)可能穩(wěn)定可能不穩(wěn)定。高頻段影響系統(tǒng)的抗干擾能力。18滯后超前串聯(lián)校正改善系統(tǒng)性能的原因。（1）降低截止頻率，（2）中頻段提高相位裕度，（3）避免了單獨(dú)采用超前校正或單獨(dú)采用滯后校正的不足。19慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可以近似為比例環(huán)節(jié)。 在慣性時(shí)間常數(shù)很小的情況下。20列舉3種非線性系統(tǒng)與線性系統(tǒng)特性的不同之處。（1）是否滿足疊加原理（2）是否有可能產(chǎn)

39、生自激振蕩，（3）系統(tǒng)的特性（如穩(wěn)定性）與初始狀態(tài)是否有關(guān)。21現(xiàn)實(shí)中，真實(shí)的系統(tǒng)都具有一定程度的非線性特性和時(shí)變特性，但是理論分析和設(shè)計(jì)經(jīng)常采用線性時(shí)不變模型的原因。（1）通常系統(tǒng)工作在平衡點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，（2）近似的精度通常滿足工程要求，（3）線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法成熟、方便。（4）對(duì)于本質(zhì)非線性，或者非線性明顯的情況，或者要求比較高的情況，必須采用非線性的方法21零階保持器傳遞函數(shù)中是否包含積分環(huán)節(jié)？為什么？不包含積分環(huán)節(jié)，因?yàn)閟趨向0時(shí)，G(s)并不趨向無窮。我的一點(diǎn)見解，不一定正確。1、可以用頻域法求取。輸入不同正弦信號(hào)，測量輸出幅值和相宜，劃伯德圖近似。書上明確說明，這種方法可

40、以求非最小相位環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。7、如果你用現(xiàn)代控制理論的能控能觀性去思考一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)問題。從傳遞函數(shù)上看，控制器相當(dāng)于比例環(huán)節(jié)（K=1），直接發(fā)散，談何性能鍋爐汽包水位為什么會(huì)出現(xiàn)虛假液位？答：在鍋爐汽包水位控制中，由于蒸汽用量的增加，瞬時(shí)間必然導(dǎo)致汽包壓力的下降，汽包內(nèi)的水沸騰突然加劇，水中氣泡迅速增加，由于氣泡容積增加而使水位發(fā)生變化。因此，實(shí)際的汽包水位在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性由給水流量響應(yīng)曲線與負(fù)荷變化響應(yīng)曲線構(gòu)成。即當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，雖然鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，但在開始時(shí)，水位不僅不下降反而迅速上升，然后再下降（反之，蒸汽流量突然減少時(shí)，則水位先下降，然后上升），這種現(xiàn)象我們把它

41、稱為“虛假水位”。(6分)在控制系統(tǒng)中，控制器的作用是什么，根據(jù)所學(xué)知識(shí)，請(qǐng)列舉3種以上常用的控制器。答：控制器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的核心組成部分?？刂破鞯淖饔檬菍⒈豢刈兞康臏y量值與給定值相比較，產(chǎn)生一定得偏差，控制器根據(jù)該偏差進(jìn)行一定得數(shù)學(xué)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以一定得信號(hào)形式送往執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。(3分)常用控制器有：位式控制器、模擬式DDZ-III型控制器、智能調(diào)節(jié)器（智能儀表）、PLC、單片機(jī)和計(jì)算機(jī)等。(3分) 什么是控制閥的流通能力（流量系數(shù)）？最小流量與泄漏量有什么區(qū)別。答：在調(diào)節(jié)閥前后壓差為100KPa，流體密度為1g/cm3 （即540的水）的條件下，調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，

42、每小時(shí)通過閥門的流體量（m3） （2分）Qmin是調(diào)節(jié)閥可調(diào)流量的下限值，一般為最大流量的24。（1.5分） 泄漏量是閥全關(guān)時(shí)泄漏的量，它僅為最大流量的0.10.01。 （1.5分）簡述比值控制系統(tǒng)的定義和用途。（請(qǐng)畫出單閉環(huán)方框圖）答：定義：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。（分） 例如鍋爐燃燒，煤氣和空氣成一定的比例關(guān)系。鍋爐燃燒時(shí)其爐膛為什么要控制在微負(fù)壓？如何控制爐膛負(fù)壓。答：爐膛負(fù)壓控制過低，則往爐子內(nèi)的漏風(fēng)量增加，影響熱效率；如果爐膛壓力為正壓，火苗外冒，影響爐子壽命，超過了限度，還可能造成事故。（分）通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量來控制爐膛負(fù)壓。 （分）什么是控制系統(tǒng)的過渡過程？

43、描述過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)有哪些？答：當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化后,被控變量隨時(shí)間不斷變化的過程。（或自動(dòng)控制系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)階段中，受控變量是不斷變化的，它隨時(shí)間變化的過程）（分）1)衰減比N ,2）余差C,3)最大偏差或超調(diào)量B,4 ）過渡時(shí)間（恢復(fù)時(shí)間） Ts ,5）振蕩周期T （分）微分作用不能單獨(dú)實(shí)施的原因主要有：1）-輸入偏差變化的速度越大，則微分作用的輸出越大，然而對(duì)于一個(gè)固定不變的偏差，不管這個(gè)偏差有多大，微分作用的輸出總是零。2）-或有變化，但變化量小，微分不起作用。3）-或變化時(shí)間接近零，調(diào)節(jié)器也起不到調(diào)節(jié)作用。簡述分程控制系統(tǒng)的定義和用途。（請(qǐng)畫方框圖）答：定義：一個(gè)控制器的輸出同時(shí)

44、送往兩個(gè)或兩個(gè)以上的執(zhí)行器，各執(zhí)行器的工作范圍不同，這樣的控制系統(tǒng)稱為分程控制。設(shè)置分程控制系統(tǒng)的目的：1） 不同工況需要不同的控制手段。2） 擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍。3） 用于節(jié)能控制換熱器溫度分程控制系統(tǒng)4） 保證生產(chǎn)過程的安全與穩(wěn)定如：儲(chǔ)罐氨封分程控制系統(tǒng)簡述比例控制參數(shù)Kp對(duì)系統(tǒng)性能（動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性）的影響。（可結(jié)合圖表示）答：對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響：比例控制Kp加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏提高，速度加快， Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。當(dāng)Kp太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若Kp太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，加大比例控制Kp，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度

45、，但加大Kp只是減少穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除誤差。 簡述積分飽和的原因及解決方法。（可結(jié)合圖表示）答：具有積分作用的控制器在單方向偏差信號(hào)的作用下，其輸出達(dá)到輸出范圍仍然繼續(xù)進(jìn)行，從而使控制器脫離正常工作狀態(tài)進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。積分飽和的影響：控制不及時(shí)防止積分飽和的方法：在控制器輸出達(dá)到輸出范圍上限值或下限值時(shí)，暫時(shí)去掉積分作用；在控制器輸出達(dá)到輸出范圍上限值或下限值時(shí)，使積分作用輸出不繼續(xù)增加。串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？主要使用在哪些場合？（SP186）答：串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個(gè)串接工作的調(diào)節(jié)器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；系統(tǒng)的目的在于通過設(shè)置副變量

46、來提高對(duì)主變量的控制質(zhì)量；由于副回路的存在，對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了干擾對(duì)主變量的影響；系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷改變時(shí)有一定的自適應(yīng)能力。串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場合。什么是放大系數(shù)K，時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間t？答： 1）放大系數(shù)K 放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出的變化量與輸入的變化量之比。2）時(shí)間常數(shù)T 時(shí)間常數(shù)是指當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間?；虍?dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需的時(shí)間。3）滯后時(shí)間t 滯后時(shí)間t是

47、純滯后時(shí)間和容量滯后時(shí)間的總和。輸出變量的變化落后于輸入變量變化的時(shí)間稱為純滯后時(shí)間。純滯后的產(chǎn)生一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時(shí)間引起的。容量滯后一般是因?yàn)槲锪匣蚰芰康膫鬟f需要通過一定的阻力而引起的?，F(xiàn)場與控制室儀表之間是采用直流電流信號(hào)還是采用交流電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸？為什么？答： 采用直流電流信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：直流信號(hào)比交流信號(hào)干擾少（交流信號(hào)容易產(chǎn)生交變電磁場的干擾） 直流信號(hào)對(duì)負(fù)載的要求簡單（交流信號(hào)有頻率和相位問題）電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息（采用電壓形式傳送時(shí)，如負(fù)載電阻很小，距離較遠(yuǎn)時(shí)，導(dǎo)線上的電壓會(huì)引起誤差）。簡單描述集算控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)？（儀表229）集散控制系統(tǒng)的

48、品種很多，它們的基本結(jié)構(gòu)是相似的，包括上位管理計(jì)算機(jī)、CRT顯示操作站、高速數(shù)據(jù)通路、過程控制單元以及數(shù)據(jù)采集裝置等5個(gè)部分。 集散控制系統(tǒng)的性能比常規(guī)儀表控制系統(tǒng)更為優(yōu)越，它主要特點(diǎn)如下：功能齊全；人機(jī)聯(lián)系好，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和管理；實(shí)時(shí)性好、可靠性高；系統(tǒng)構(gòu)成靈活、拓展方便；安裝調(diào)試簡單、性價(jià)比好。簡要敘述可編程調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)？（儀表127）（1）實(shí)現(xiàn)了儀表和計(jì)算機(jī)一體化；（2）具有豐富的運(yùn)算、控制功能；（3）通用性強(qiáng)，使用方便；（4）具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展；（5）可靠性高，維護(hù)方便。試述智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)及各部件功能？（191）智能控制的特點(diǎn)：1-智能控制系統(tǒng)具有以知

49、識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合控制系統(tǒng)。2-智能控制具有分層信息處理和決策機(jī)構(gòu)。3-智能控制具有非線性特點(diǎn)。4-智能控制具有變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。5-智能控制具有總體尋優(yōu)特點(diǎn)。6-智能控制是多學(xué)科的綜合。模糊控制器通常由模糊化、知識(shí)庫、模糊推理和解模糊化等部分組成。 模糊化：模糊化的作用是將輸入的精確量轉(zhuǎn)換成模糊化量，輸入值的模糊化是通過論域的隸屬度函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。模糊推理：利用知識(shí)庫的信息和模糊運(yùn)算方法，模擬人的推理決策的思想方法，在一定的輸入條件下激活相應(yīng)的控制規(guī)則給出適當(dāng)?shù)哪：刂戚敵?。清晰化（解模糊）：將模糊推理得到的控制?模糊量)變換為實(shí)際用于控制的清晰量。知識(shí)庫：知識(shí)庫中包含了

50、具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)。它通常由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。(3分) 為什么采用非線性控制系統(tǒng)？有哪幾種實(shí)施方法？（131）采用非線性控制的原因主要有：被控對(duì)象本身具有非線性特性；人為引入非線性控制規(guī)律，使控制系統(tǒng)實(shí)施變得簡單或滿足一定的控制要求。具體的實(shí)施方法：1-采用控制閥的非線性流量特性補(bǔ)償；2-采用非線性控制規(guī)律補(bǔ)償；3-采用串級(jí)控制系統(tǒng)。分析前饋控制與反饋控制的區(qū)別以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)？反饋控制是最基本也是最常見的控制系統(tǒng)，控制是按被調(diào)量與給定值的偏差起作用的，也稱按偏差控制。擾動(dòng)作用后要等到被調(diào)量發(fā)生變化并與給定值形成偏差才產(chǎn)生控制作用，所以從消除擾動(dòng)的影響來看，控

51、制作用是不及時(shí)的，但它時(shí)刻觀測被調(diào)量，所以可以保證被調(diào)量不會(huì)有太大的偏離。前饋控制系統(tǒng)沒有被調(diào)量的反饋信號(hào)，沒有形成閉合回路，又稱開環(huán)控制。擾動(dòng)作用后，一方面通過被控對(duì)象會(huì)引起被調(diào)量變化，但同時(shí)由前饋控制器產(chǎn)生控制作用，力圖消除擾動(dòng)的影響，所以，控制作用是很及時(shí)的。前饋控制主要作用于對(duì)外部擾動(dòng)進(jìn)行抑制，以減少動(dòng)態(tài)偏差。微分調(diào)節(jié)器是否能單獨(dú)工作，請(qǐng)說明其原因，并說明微分調(diào)節(jié)器的作用？（過82）因?yàn)槲⒎挚刂频墓ぷ魇腔谡`差的變化速度的，而不是基于作用誤差本身的，因此這種方法不能單獨(dú)應(yīng)用。它總是與比例控制作用或比例-加-積分控制作用組合在一起。微分控制器能夠反映誤差信號(hào)的變化速度，并且在作用誤差的值

52、變得很大的之前，產(chǎn)生一個(gè)有效的修正。因此，微分控制可以預(yù)測作用誤差，使修正提前發(fā)生，從而有助于增進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一、（15分）選擇題（1-5在括弧中選擇，6填空）1. 離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的定義是：在線性定常系統(tǒng)中，當(dāng)初始條件為零時(shí)，（輸入的、輸出的）Z變換與（輸入的、輸出的）Z變換之比，它由系統(tǒng)的（輸入輸出、結(jié)構(gòu)參數(shù)）決定。2. 典型二階系統(tǒng)的特征參數(shù)有2個(gè)，它們是（阻尼比、增益比k ）和（自然振蕩頻率、諧振頻率）。3. 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差其終值定理為（、），它取決于系統(tǒng)的（輸出、輸入）與系統(tǒng)的型、開環(huán)增益。4. 在有振蕩性環(huán)節(jié)的系統(tǒng)中，（開環(huán)、閉環(huán)）幅頻峰值大，意味著系統(tǒng)的超調(diào)量（大、小）

53、，帶寬頻率大，則系統(tǒng)的反應(yīng)速度（快、慢）。5. PID校正控制器，D微發(fā)生在頻率特性的（高、低）頻段，使（穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)）性能得到改善。6. 已知系統(tǒng)開環(huán)頻率特性如圖所示，其中P為開環(huán)不穩(wěn)定極點(diǎn)的個(gè)數(shù)，V為開環(huán)積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性并寫出閉環(huán)系統(tǒng)右半平面極點(diǎn)數(shù)。P=1V=0P=0V=2P=1V=0 (N=-1,Z=0,穩(wěn)定) (N=2,Z=2,不穩(wěn)定) (N=1,Z=2,不穩(wěn)定)二 計(jì)算分析與證明題1（10分）試用方框圖變換的方法求如下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。G1G2H1H2_R(s)C(s)G3H3_G1G2H1H2 /G3_R(s)C(s)G3H3_解：G1G2H1H2 /G3_R(s)C(s)G3/ (1+G3 H3)(1+G3 H3)