王建輝版自動控制原理~課后簡答題

1、.第一章1.什么是自動控制系統(tǒng)？自動控制系統(tǒng)通常由哪些基本環(huán)節(jié)組成？各環(huán)節(jié)起什么作用？1) 在無人直接參與下可使生產(chǎn)過程或其他過程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。2) 6部分：控制對象：要進(jìn)行控制的設(shè)備或過程；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：直接作用于控制對象，使被控制量達(dá)到所要求的數(shù)值；檢測裝置：檢測被控制量；給定環(huán)節(jié)：設(shè)定被控制量的給定值的裝置；比較環(huán)節(jié)：檢測的被控制量與給定量比較，確定兩者之間的偏差量；中間環(huán)節(jié)：一般為放大環(huán)節(jié)，將偏差信號變換成適于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行的信號。2.試比較開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)1) 工作原理：開環(huán)控制系統(tǒng)不能檢測誤差，也不能校正誤差，控制精度和抑制干擾的性能都比較差，

2、而且對系統(tǒng)參數(shù)的變動很敏感。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以根據(jù)檢測誤差，從而抗干擾性強(qiáng)。2) 結(jié)構(gòu)組成：開環(huán)系統(tǒng)沒有檢測設(shè)備，組成簡單。閉環(huán)系統(tǒng)由于添加了糾正偏差的環(huán)節(jié)，所以成本較高。3) 穩(wěn)定性：開環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較容易解決。閉環(huán)系統(tǒng)中反饋回路的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。3.什么是系統(tǒng)的暫態(tài)過程？對一般的控制系統(tǒng)，當(dāng)給定量或擾動量突然增加到某一個值時，輸出量的暫態(tài)過程如何？1) 系統(tǒng)從一個穩(wěn)態(tài)過度到另一個穩(wěn)態(tài)的需要經(jīng)歷的過渡過程。2) 單調(diào)過程；衰減振蕩過程；持續(xù)振蕩過程；發(fā)散振蕩過程。第二章1.什么是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型？在自動控制系統(tǒng)中常見的數(shù)學(xué)模型形式有哪些？1) 描述系統(tǒng)因果關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式2) 微分

3、方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程、傳遞矩陣、結(jié)構(gòu)框圖和信號流圖。2.簡要說明用解析法編寫自動控制系統(tǒng)動態(tài)微分方程的步驟。1) 確定系統(tǒng)的輸入量和輸出量；2) 從系統(tǒng)的輸入端開始，沿著信號傳遞方向，逐次依據(jù)組成系統(tǒng)各元部件的有關(guān)物理規(guī)律，列寫元件或環(huán)節(jié)的微分方程；3) 消除中間變量，建立只有輸入量和輸出量及其各階導(dǎo)數(shù)構(gòu)成的微分方程。3.什么是小偏差線性化？這種方法能夠解決哪類問題？就是將一個非線性函數(shù)在工作點(diǎn)展開成泰勒級數(shù)，略去二次以上的高次項，得到線性化方程，用來替代原來的非線性函數(shù)。綜合來說，就是用某點(diǎn)的切線代替原非線性曲線4. 什么是傳遞函數(shù)？定義傳遞函數(shù)的前提條件是什么？為什么要附加這個條件？傳

4、遞函數(shù)有哪些特點(diǎn)？1) 在零初始條件下，輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。2) 當(dāng)初始條件為零3) 在零初始條件下，傳遞函數(shù)與微分方程一致4) 1傳遞函數(shù)是復(fù)變量S的有理真分式，具有復(fù)變函數(shù)的所有性質(zhì)； 且所有系數(shù)均為實(shí)數(shù)。2傳遞函數(shù)是一種有系統(tǒng)參數(shù)表示輸出量與輸入量之間關(guān)系的表達(dá)式，它只取決于系統(tǒng)或元件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而與輸入量的形式無關(guān)，也不反映系統(tǒng)內(nèi)部的任何信息。3傳遞函數(shù)與微分方程有相通性。4傳遞函數(shù) 的拉氏反變換是系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)。6. 自動控制系統(tǒng)有哪幾種典型環(huán)節(jié)？它們的傳遞函數(shù)是什么樣的？比例環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)，微分環(huán)節(jié)，慣性環(huán)節(jié)，振蕩環(huán)節(jié)，時滯環(huán)節(jié)7. 二階系統(tǒng)是一個振蕩環(huán)節(jié)

5、，這種說法對么？為什么？當(dāng)阻尼比時是一個振蕩環(huán)節(jié)，否則不是一個振蕩環(huán)節(jié)。8. 什么是系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖？它等效變換的原則是什么？系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖有哪幾種典型的連接？將它們用圖形的形式表示出來，并列寫出典型連接的傳遞函數(shù)。將系統(tǒng)中所有的環(huán)節(jié)用方框圖表示，圖中表明其傳遞函數(shù)，并且按照在系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，將各方框圖連接起來。9. 什么是系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)？什么是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)？當(dāng)給定量和擾動量同時作用于系統(tǒng)時，如何計算系統(tǒng)的輸出量？系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為前向通路傳遞函數(shù)與反饋通路傳遞函數(shù)之積。系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為輸出的拉氏變換與輸入拉氏變換之比。當(dāng)給定量和擾動量同時作用于系統(tǒng)時，通過疊加原理計

6、算系統(tǒng)的輸出量。11. 對于一個確定的自動控制系統(tǒng)，它的微分方程、傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖的形式都將是唯一的。這種說法對么嗎？為什么？不正確。第三章1.控制系統(tǒng)的時域指標(biāo)如何定義？動態(tài)性能指標(biāo)與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)2.系統(tǒng)的動態(tài)過程與系統(tǒng)的極點(diǎn)有什么對應(yīng)關(guān)系？1) 為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，閉環(huán)極點(diǎn)都必須分布在s平面的左半面；2) 極點(diǎn)越遠(yuǎn)離虛軸，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間越小3) 遠(yuǎn)離虛軸的閉環(huán)極點(diǎn)對瞬態(tài)響應(yīng)影響越小。3.系統(tǒng)的時間常數(shù)對其動態(tài)過程有何影響？4. 提高系統(tǒng)的阻尼比對系統(tǒng)有什么影響？超調(diào)量減少，振蕩次數(shù)減少，調(diào)節(jié)時間短，動態(tài)品質(zhì)提高5. 什么是主導(dǎo)極點(diǎn)？主導(dǎo)極點(diǎn)在系統(tǒng)分析中起什么作用？距離虛軸最近的極點(diǎn)，且實(shí)部小

7、于其他極點(diǎn)的實(shí)部的0.2倍，且附近不存在零點(diǎn)。如果存在一對共軛主導(dǎo)極點(diǎn)，可以將高階系統(tǒng)近似地看做二階系統(tǒng)來分析。6.系統(tǒng)的穩(wěn)定的條件是什么？所有的閉環(huán)特征根分布在s平面虛軸的左側(cè)7.系統(tǒng)的穩(wěn)定性與什么有關(guān)？線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)本身的固有特性8.系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差與哪些因素有關(guān)？系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的參數(shù)以及輸入量的形式。9.如何減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差？增大開環(huán)放大系數(shù)，提高系統(tǒng)階次，引入前饋控制第四章1.根軌跡法使用于哪類系統(tǒng)的分析?閉環(huán)系統(tǒng)2. 為什么可以利用系統(tǒng)開環(huán)零點(diǎn)和開環(huán)極點(diǎn)繪制閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡?閉環(huán)特征方程與開環(huán)傳遞函數(shù)可由 1+wk=0表示，閉環(huán)特征根的很多特性與開環(huán)零級點(diǎn)很相關(guān)第五章1

8、.用時域與頻域法分析設(shè)計和設(shè)計系統(tǒng)的主要區(qū)別是什么？時域分析是以時間軸為坐標(biāo)表示動態(tài)信號的關(guān)系；頻域分析是把信號變?yōu)橐灶l率軸為坐標(biāo)表示出來。2. 用時域法分析和設(shè)計系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？不必直接求解系統(tǒng)的微分方程，而是間接地揭示系統(tǒng)的時域性能，它能方便的顯示出系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，并可以進(jìn)一步指明如何設(shè)計校正3. 奈氏穩(wěn)定判據(jù)的本質(zhì)是什么？4.試述二階系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性與時域中階躍相應(yīng)之間的關(guān)系。5.試定性敘述伯德圖各段與時域指標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系。第六章1.什么是系統(tǒng)的校正？系統(tǒng)校正有哪些方法？根據(jù)具體生產(chǎn)過程的工藝要求來設(shè)計一個控制系統(tǒng)，使其性能指標(biāo)滿足工藝的要求。根據(jù)校正裝置和系統(tǒng)不可變部

9、分的連接方式，通?？煞譃槿N基本的校正方式：串聯(lián)校正、反饋校正（也稱并聯(lián)校正）和前饋校正2.試說明超前網(wǎng)絡(luò)和滯后網(wǎng)絡(luò)的頻率特征，他們各自有哪些特點(diǎn)？超前網(wǎng)絡(luò)：在系統(tǒng)中加入一個相位超前的校正裝置，使之在穿越頻率處相位超前，以增加相位裕度。滯后網(wǎng)絡(luò)：在低頻段提高其增益，而在穿越頻率附近，保持其相位移的大小幾乎不變。超前校正會使帶寬增加，加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，滯后校正可改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，減少穩(wěn)態(tài)誤差。3. 試說明頻率法超前校正和滯后校正的使用條件 超前校正：如果一個系統(tǒng)是穩(wěn)定的，且具有滿意的動態(tài)響應(yīng)，但其動態(tài)響應(yīng)較差時，則應(yīng)改變特性的中頻段和高頻段，以改變穿越頻率或相位裕度。 滯后校正：如果一個

10、系統(tǒng)是穩(wěn)定的，且具有滿意的動態(tài)響應(yīng)，但穩(wěn)態(tài)誤差過大時，必須增加低頻段增益以減小穩(wěn)態(tài)誤差，同時盡可能保持中頻段和高頻段特性不變。4. 相位滯后網(wǎng)絡(luò)的相位角滯后的，為什么可以用來改善系統(tǒng)的相位裕度？ 引入積分控制的主要目的，是為了提高系統(tǒng)的無差度，以消除或減少穩(wěn)態(tài)誤差，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能得以提高5反饋校正所依據(jù)的基本原理是什么？ 適當(dāng)?shù)剡x擇反饋校正回路的增益，可以使校正后的性能主要決定于校正裝置，而與被反饋校正裝置所包圍的系統(tǒng)固有部分特性無關(guān)。6試說明系統(tǒng)局部反饋對系統(tǒng)產(chǎn)生哪些主要影響 消除被反饋校正所包圍的那部分系統(tǒng)不可變部分的參數(shù)波動對系統(tǒng)控制功能的影響。7在校正網(wǎng)絡(luò)中，為何很少使用純微分環(huán)

11、節(jié)？ 純微分校正雖然能夠反映誤差變化趨勢，但它不能反映穩(wěn)態(tài)誤差8試說明復(fù)合校正中補(bǔ)償?shù)幕驹硎鞘裁矗?通過對輸入補(bǔ)償?shù)那梆佇Ｕb置Wc（s）的設(shè)計，使得輸出能更好地跟蹤輸入的變化第七章1 什么是非線性系統(tǒng)？它有什么特點(diǎn)？ 含有非線性特性的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng) 特點(diǎn)：（1） 穩(wěn)定性：非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除了與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)有關(guān)外，很重要的一點(diǎn)是與系統(tǒng)起始偏離的大小密切相關(guān) (2)運(yùn)動形式：非線性系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)不服從疊加原理。 (3) 自振：非線性系統(tǒng)有可能發(fā)生自激振蕩。2 常見的非線性特征有哪些？ 不靈敏區(qū)（死區(qū)） 飽和 間隙 摩擦 繼電器特性(帶回環(huán)的繼電器特性)3 非線性系統(tǒng)的分析設(shè)計方法有哪些？ 相平面法和描述函數(shù)法4 描述函數(shù)分析法的實(shí)質(zhì)是什么？試描述函數(shù)的概念及其求取方法。 描述函數(shù)是對非線性特性