東北大學(xué)自動(dòng)控制原理必備課后簡(jiǎn)答

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 1.什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)？自動(dòng)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(wú)人直接參與下可使生產(chǎn)過(guò)程或其他過(guò)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(duì)象：要進(jìn)行控制的設(shè)備或過(guò)程；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：直接作用于控制對(duì)象，使被控制量達(dá)到所要求的數(shù)值；檢測(cè)裝置：檢測(cè)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(cè)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(hào)變換成適于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行的信號(hào)。 2.試比較開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

2、 1) 工作原理：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不能檢測(cè)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，而且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變動(dòng)很敏感。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)誤差，從而抗干擾性強(qiáng)。 2) 結(jié)構(gòu)組成：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)設(shè)備，組成簡(jiǎn)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(kāi)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(guò)程？對(duì)一般的控制系統(tǒng)，當(dāng)給定量或擾動(dòng)量突然增加到某一個(gè)值時(shí)，輸出量的暫態(tài)過(guò)程如何？ 1) 系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)度到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的需要

3、經(jīng)歷的過(guò)渡過(guò)程。 2) 單調(diào)過(guò)程；衰減振蕩過(guò)程；持續(xù)振蕩過(guò)程；發(fā)散振蕩過(guò)程。  第二章 1.什么是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型？在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常見(jiàn)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(hào)流圖。 2.簡(jiǎn)要說(shuō)明用解析法編寫(xiě)自動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)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(kāi)始，沿著信號(hào)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(xiě)元件或環(huán)節(jié)的微分方

4、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(wèn)題？ 就是將一個(gè)非線性函數(shù)在工作點(diǎn)展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，略去二次以上的高次項(xiàng)，得到線性化方程，用來(lái)替代原來(lái)的非線性函數(shù)。綜合來(lái)說(shuō)，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(gè)條件？傳遞函數(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

5、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(wú)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(dòng)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(shí)滯環(huán)節(jié) 7.二階系統(tǒng)是一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)，這種說(shuō)法對(duì)么？為什么？ 當(dāng)阻尼比0到1時(shí)是一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)，否則不是一

6、個(gè)振蕩環(huán)節(jié)。 8.什么是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖？它等效變換的原則是什么？系統(tǒng)的動(dòng)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(lái)，并列寫(xiě)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(lái)。 9.什么是系統(tǒng)的開(kāi)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(dòng)量同時(shí)作用于系統(tǒng)時(shí)，如何計(jì)算系統(tǒng)的輸出量？ 系統(tǒng)的開(kāi)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(dòng)量同時(shí)作用于系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)疊

7、加原理計(jì)算系統(tǒng)的輸出量。 11.對(duì)于一個(gè)確定的自動(dòng)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(shuō)法對(duì)么嗎？為什么？ 不正確。 第三章 1.控制系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)如何定義？ 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 2.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程與系統(tǒng)的極點(diǎn)有什么對(duì)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(shí)間越小 3) 遠(yuǎn)離虛軸的閉環(huán)極點(diǎn)對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)影響越小。 3.系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)過(guò)程有何影響？ 4.

8、提高系統(tǒng)的阻尼比對(duì)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(shí)間短，動(dòng)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(duì)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(lái)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

9、減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差？ 增大開(kāi)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(kāi)環(huán)零點(diǎn)和開(kāi)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(kāi)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(kāi)環(huán)零級(jí)點(diǎn)很相關(guān) 第五章 1.用時(shí)域與頻域法分析設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要區(qū)別是什么？ 時(shí)域分析是以時(shí)間軸為坐標(biāo)表示動(dòng)態(tài)信號(hào)的關(guān)系；頻域分析是把信號(hào)變?yōu)橐灶l率軸為坐標(biāo)表示出來(lái)。 2.用時(shí)域法分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？ 不必

10、直接求解系統(tǒng)的微分方程，而是間接地揭示系統(tǒng)的時(shí)域性能，它能方便的顯示出系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并可以進(jìn)一步指明如何設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)域指標(biāo)之間的對(duì)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(guò)程的工藝要求來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)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

11、60;2.試說(shuō)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(gè)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(huì)使帶寬增加，加快系統(tǒng)的動(dòng)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(shuō)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(gè)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，且具有滿意的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但其動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差時(shí)，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(gè)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，且

12、具有滿意的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但穩(wěn)態(tài)誤差過(guò)大時(shí)，必須增加低頻段增益以減小穩(wěn)態(tài)誤差，同時(shí)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(lái)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(wú)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(wú)關(guān)。 6. 試說(shuō)明系統(tǒng)局部反饋對(duì)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

13、的參數(shù)波動(dòng)對(duì)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)節(jié)？ 純微分校正雖然能夠反映誤差變化趨勢(shì)，但它不能反映穩(wěn)態(tài)誤差 8試說(shuō)明復(fù)合校正中補(bǔ)償?shù)幕驹硎鞘裁矗?#160;通過(guò)對(duì)輸入補(bǔ)償?shù)那梆佇Ｕb置Wc（s）的設(shè)計(jì)，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(dòng)形式：非線性系統(tǒng)的動(dòng)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(jiàn)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(jì)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(duì)非線性特性在正弦信號(hào)作用