機(jī)控工程控制基礎(chǔ)全書簡(jiǎn)答題

1、（1）何謂控制系統(tǒng)，開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)有哪些區(qū)別？控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出能按照要求的參考輸入或控制輸入進(jìn)行調(diào)節(jié)的開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、不存在不穩(wěn)定問題、輸出量不用測(cè)量；閉環(huán)系統(tǒng)有反饋、控制精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)時(shí)需要校核穩(wěn)定性。（2）什么叫相位欲量？什么叫幅值裕量？相位裕量是指在乃奎斯特圖上，從原點(diǎn)到乃奎斯特圖與單位圓的交點(diǎn)連一直線，該直線與負(fù)實(shí)軸的夾角。幅值裕量是指在乃奎斯特圖上，乃奎斯特圖與負(fù)實(shí)軸交點(diǎn)處幅值的倒數(shù)。（3）試寫出PID控制器的傳遞函數(shù)？（4）什么叫校正（或補(bǔ)償）？所謂校正，就是指在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)或改變某些參數(shù)，以改善系統(tǒng)性能的方法。（5）請(qǐng)簡(jiǎn)述順饋校正的特點(diǎn)？順饋校正的特點(diǎn)是

2、在干擾引起誤差之前就對(duì)它進(jìn)行近視補(bǔ)償，以便及時(shí)消除干擾的影響。（6）傳遞函數(shù)的主要特點(diǎn)有哪些？傳遞函數(shù)反映系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性，只與本身參數(shù)結(jié)構(gòu)有關(guān)，與外界輸入無關(guān)對(duì)于物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)分母中s的階數(shù)必不少于分子中s的階數(shù)傳遞函數(shù)不說明系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，不同的物理結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，只要他們的動(dòng)態(tài)特性相同，其傳遞函數(shù)相同（7）機(jī)械控制工程主要研究并解決的問題是什么？當(dāng)系統(tǒng)已定，并且輸入知道時(shí)，求出系統(tǒng)的輸出，并通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關(guān)問題，即系統(tǒng)分析當(dāng)系統(tǒng)已定，且系統(tǒng)的輸出也已給出，要確定系統(tǒng)的輸入應(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即系統(tǒng)的最優(yōu)控制當(dāng)輸入已知，且輸出也已給定時(shí)，確定系統(tǒng)應(yīng)使得輸出盡

3、可能符合給定的最佳要求，即最優(yōu)設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)的輸入與輸出均已知時(shí)，求出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即系統(tǒng)的識(shí)別當(dāng)系統(tǒng)已定，輸出已知時(shí)，以識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)信息，即濾液與預(yù)測(cè)（8）在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標(biāo)有哪些？時(shí)域性能指標(biāo)，包括瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)（即上升時(shí)間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間）和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（即穩(wěn)態(tài)誤差）頻域性能指標(biāo),包括相位裕量、幅值裕量、截止頻率、帶寬（9）求拉氏變換的方法有哪些？查表法有理函數(shù)法部分分式法（10）簡(jiǎn)述二階欠阻尼系數(shù)與性能指標(biāo)（超調(diào)量）、（調(diào)整時(shí)間）的關(guān)系二階欠阻尼系統(tǒng)若不變，增大（或減?。?，則超調(diào)量 不變，調(diào)整時(shí)間 減?。ɑ蛟龃螅?；若 不變，增大

4、（或減?。?，則超調(diào)量 減?。ɑ蛟龃螅?，調(diào)整時(shí)間 減?。ɑ蛟龃螅?1）簡(jiǎn)述串聯(lián)超調(diào)校正環(huán)節(jié)的作用？作用：串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)增大了相位裕量，加大了帶寬，這就意味著提高了系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使過渡過程得到了顯著改善。但由于系統(tǒng)的增益和型次都未變化，所以穩(wěn)態(tài)精度變化不大。（13）終值定理的應(yīng)用條件是什么？若函數(shù)f（t）及其一階導(dǎo)數(shù)都是可拉氏變換的，并且除在原點(diǎn)處唯一的極點(diǎn)外，sF（s）在包含jw軸的右半平面內(nèi)是解析的，（這就意味著當(dāng)t-時(shí)，f（t）趨近于一個(gè)確定的值，）則函數(shù)f（t）的終值為（14）什么叫系統(tǒng)分析？當(dāng)系統(tǒng)已定，并且輸入知道時(shí)，求出系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，并通過輸出來研究系

5、統(tǒng)本身的有關(guān)問題，即系統(tǒng)分析（15）對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？可以將幅值相乘轉(zhuǎn)化為幅值相加，便于繪制多個(gè)環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性圖可以采用漸近線近視的作圖方法繪制對(duì)數(shù)幅頻圖，簡(jiǎn)單方便，尤其是在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、校正及系統(tǒng)識(shí)別等方面，優(yōu)點(diǎn)更為突出對(duì)數(shù)分度有效地?cái)U(kuò)展了頻數(shù)范圍，尤其是低頻段的擴(kuò)展，對(duì)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要意思（16）簡(jiǎn)述拉氏變換中部分分式法的步驟？部分分式法是通過代數(shù)運(yùn)算，先將一個(gè)復(fù)雜的象函數(shù)化為數(shù)個(gè)簡(jiǎn)單的部分分式之和，再分別求出各個(gè)分式的原函數(shù)，總的原函數(shù)即可求得（17）請(qǐng)寫出超前校正裝置的傳遞函數(shù)，如果將它用于串聯(lián)校正，可以改善系統(tǒng)的什么性能？，可增加相位欲度，調(diào)整頻帶寬度（1

6、8）影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因數(shù)有哪些？影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因數(shù)有系統(tǒng)的類型、開環(huán)增益和輸入信號(hào)（19）什么叫機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)軟度和動(dòng)剛度？若機(jī)械系統(tǒng)的輸入為力，輸出為位移，則機(jī)械系統(tǒng)的頻率特性就是機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)柔度；機(jī)械系統(tǒng)的頻率特性的倒數(shù)就是機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)剛度（20）對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求是什么？對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求有系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)的快速性和響應(yīng)的準(zhǔn)確性，其中系統(tǒng)的穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)工作的首要條件；在參數(shù)已知的情況下分析和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性（21）什么是數(shù)學(xué)模型？數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。建立數(shù)學(xué)模型是分析、研究一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)特性的前提，一個(gè)合理的數(shù)學(xué)模型應(yīng)以最簡(jiǎn)化的形式，準(zhǔn)確地描述

7、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（22）線性系統(tǒng)的主要特征是什么？若系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式是線性的，則這種系統(tǒng)就是線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)重要的特征是可以運(yùn)用疊加原理，所謂疊加原理，就是系統(tǒng)在幾個(gè)外加力作用下所產(chǎn)生的相應(yīng)，等于各個(gè)外加作用單獨(dú)作用的響應(yīng)之和（23）簡(jiǎn)述系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的概念？機(jī)械工程系統(tǒng)在外加力作用激勵(lì)下其輸出量隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系稱之為系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)，通過時(shí)間響應(yīng)的分析可以揭示系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性（24）在頻率特性的圖形表示方法中，常用的方法有哪幾種？共有三種：對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖或稱伯德圖 極坐標(biāo)圖或稱乃奎斯特圖 對(duì)數(shù)幅-相圖（25）判斷定常系統(tǒng)是否穩(wěn)定的方法有哪幾種？勞斯判據(jù)；胡爾維茨判據(jù)；乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)；根

8、軌跡法（26）反饋校正和串聯(lián)校正相比，所具有的有點(diǎn)是那些？利用反饋能有效地改變被包圍環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，甚至在一定條件下能用反饋完全取代包圍環(huán)節(jié)，從而大大減弱這部分環(huán)節(jié)由于特性參數(shù)變化及各種干擾給系統(tǒng)帶來的不利影響（27）什么是反饋（包括正反饋和負(fù)反饋）所謂信息的反饋，就是把一個(gè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)不斷直接地或經(jīng)過中間變化后全部或部分地返回，再輸入到系統(tǒng)中去，如果反饋回去的信號(hào)與原系統(tǒng)的輸入信號(hào)的方向相反（或相位差180°）則稱之為“負(fù)反饋”；如果方向或相位相同，則稱之為“正反饋”（28）勞斯-胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)的根據(jù)是什么？利用特征方程式的根與系數(shù)的代數(shù)關(guān)系，由特征方程中的已知系數(shù)間接判

9、斷出方程的根是否具有負(fù)實(shí)部，從而判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定（29）采用何種方式可以同時(shí)減少或消除控制輸入和干擾作用下的穩(wěn)態(tài)誤差？在干擾作用點(diǎn)至系統(tǒng)輸入口的前向通道中，提高增益和設(shè)置積分環(huán)節(jié)（31）系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)有那些？相位裕量、幅值裕量、截止頻率及頻寬、諧振頻率和諧振峰值（32）頻率特性和傳遞函數(shù)的關(guān)系是什么？若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G（s），則相應(yīng)系統(tǒng)的頻率特性為G(jw)，即將傳遞函數(shù)中的s用jw替代（33）請(qǐng)寫出滯后校正裝置的傳遞函數(shù)，如果將它用于串聯(lián)校正，可以改善系統(tǒng)的什么性能？G(s)=Ts+1/aTs+1，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度（34）什么是系統(tǒng)頻率特性的截止頻率？系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性的幅值下降到其零

10、頻率幅值以下3dB時(shí)的頻率（35）系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的瞬時(shí)響應(yīng)反映哪方面的性能？而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映哪方面的性能？瞬態(tài)響應(yīng)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)的快速性等方面的性能，而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映了系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性（36）當(dāng)系統(tǒng)的阻尼比滿足什么條件時(shí)，二階系統(tǒng)特征方程的根為兩個(gè)不相等的負(fù)實(shí)根？二階系統(tǒng)的特征方程為：，特征根為，要使根具有兩個(gè)不相等的負(fù)實(shí)根，必須滿足（37）請(qǐng)簡(jiǎn)述拉斯變換的卷積定理？若，則有式中稱作f（t）和g（t）的卷積（38）已知零初始條件下某系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，能否求出該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)？若可以，如何求？可以，將零初始條件下單位脈沖響應(yīng)求拉斯變換即為該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)（39）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義

11、是什么？系統(tǒng)在受到外界擾動(dòng)作用時(shí)，其被控制量將偏離平衡位置，當(dāng)這個(gè)擾動(dòng)作用去除后，若系統(tǒng)在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)到其原來平衡狀態(tài)或者趨于一個(gè)給定的新的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的（40）試從控制的觀點(diǎn)分析反饋校正的特點(diǎn)？反饋校正能有效地改變被包圍環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，甚至在一定條件下能用反饋校正完全取代包圍環(huán)節(jié)，從而大大減弱這部分環(huán)節(jié)由于特性參數(shù)變化及各種干擾給系統(tǒng)帶來的不利影響（41）實(shí)現(xiàn)校正的方式有哪幾種？串聯(lián)校正、并聯(lián)校正和PID校正1. 已知零初始條件下某系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，能否求出該系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)？如何求?答：可以。將零初始條件下單位脈沖響應(yīng)求出拉氏變換即為該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。2. 一

12、階系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)越靠近S平面原點(diǎn)，其單位階躍響應(yīng)速度應(yīng)越快還是越慢?為什么？答：一階系統(tǒng)越靠近S平面原點(diǎn)，其階躍響應(yīng)速度越慢。3. 什么是主導(dǎo)極點(diǎn)？答：主導(dǎo)極點(diǎn)就是所有閉環(huán)極點(diǎn)中距離軸最近的，而且周圍也沒有其他閉環(huán)零點(diǎn)的閉環(huán)極點(diǎn)，主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)起主導(dǎo)作用。4. 采用何種方式可以同時(shí)減小或消除控制輸入和干擾作用下的穩(wěn)態(tài)誤差？答：為了降低由擾動(dòng)引起的誤差，可以增大擾動(dòng)作用點(diǎn)前面的傳遞函數(shù)G（0）的值，也可以再擾動(dòng)點(diǎn)前加入積分環(huán)節(jié)。5. 最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)的頻率特性有何異同？答：兩者的幅值頻率相同，但是相位頻率不通 非最小相位系統(tǒng)的相角變化絕對(duì)值比最小相位系統(tǒng)的相角變化絕對(duì)值大。6. 簡(jiǎn)述相位超前，相位滯后校正的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：相位超前校正：加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 穩(wěn)態(tài)精度變化不大。相位滯后校正：提高穩(wěn)態(tài)精度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 降低了系統(tǒng)響應(yīng)速度。7. 試闡述繪制伯德圖的一般方法步驟。答：1.有傳遞函數(shù)求出頻率特性并將其化為典型環(huán)節(jié)特性相乘的形式。2.求出各環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率，阻尼