自動控制原理試題答案

1、=i i i s s Q s H (1(zidpngkongzhi1 閉環(huán)系統(tǒng)(或反饋系統(tǒng)的特征:采用負(fù)反饋,系統(tǒng)的被控變量對控制作用有直接影響,即被控變量對自己有控制作用 。2 典型閉環(huán)系統(tǒng)的功能框圖。自動控制 在沒有人直接參與的情況下,通過控制器使被控對象或過程按照預(yù)定的規(guī)律運行。 自動控制系統(tǒng) 由控制器和被控對象組成,能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制任務(wù)的系統(tǒng)。 被控制量 在控制系統(tǒng)中.按規(guī)定的任務(wù)需要加以控制的物理量?？刂屏?作為被控制量的控制指令而加給系統(tǒng)的輸入星.也稱控制輸入。擾動量 干擾或破壞系統(tǒng)按預(yù)定規(guī)律運行的輸入量,也稱擾動輸入或干擾掐入。反饋 通過測量變換裝置將系統(tǒng)或元件的輸出量反送到輸入

2、端,與輸入信號相比較。反送到輸入端的信號稱為反饋信號。 負(fù)反饋 反饋信號與輸人信號相減,其差為偏差信號。負(fù)反饋控制原理 檢測偏差用以消除偏差。將系統(tǒng)的輸出信號引回插入端,與輸入信號相減,形成偏差信號。然后根據(jù)偏差信號產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用,力圖消除或減少偏差的過程。 開環(huán)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的輸入和輸出之間不存在反饋回路,輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響,這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制又分為無擾動補償和有擾動補償兩種。閉環(huán)控制系統(tǒng) 凡是系統(tǒng)輸出端與輸入端存在反饋回路,即輸出量對控制作用有直接影響的系統(tǒng),叫作閉環(huán)控制系統(tǒng)。 自動控制原理課程中所討論的主要是閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。復(fù)合控制系統(tǒng) 復(fù)合控制系統(tǒng)

3、是一種將開環(huán)控制和閉環(huán)控制結(jié)合在一起的控制系統(tǒng)。它在閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上,用開環(huán)方式提供一個控制輸入信號或擾動輸入信號的順饋通道,用以提高系統(tǒng)的精度。自動控制系統(tǒng)組成 閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。組成一個自動控制系統(tǒng)通常包括以下基本元件 .給定元件 給出與被控制量希望位相對應(yīng)的控制輸入信號(給定信號,這個控制輸入信號的量綱要與主反饋信號的量綱相同。 給定元件通常不在閉環(huán)回路中。2.測量元件 測量元件也叫傳感器,用于測量被控制量,產(chǎn)生與被控制量有一定函數(shù)關(guān)系的信號。被控制量成比例或與其導(dǎo)數(shù)成比例的信號。測量元件的精度直接影響控制系統(tǒng)的精度應(yīng)使測量元件的精度高于系統(tǒng)的精度,還要有足夠?qū)?/p>

4、的頻帶。3.比較無件 用于比較控制量和反饋量并產(chǎn)生偏差信號。電橋、運算放大器可作為電信號的比較元件。有些比較元件與測量元件是結(jié)合在一起的,如測角位移的旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角機等。4.放大元件 對信號進行幅值或功率的放大,以及信號形式的變換.如交流變直流的相敏整流或直流變交流的相敏調(diào)制。5.執(zhí)行元件 用于操縱被控對象,如機械位移系統(tǒng)中的電動機、液壓伺服馬達、溫度控制系統(tǒng)中的加熱裝置。執(zhí)行元件的選擇應(yīng)具有足夠大的功率和足夠?qū)挼念l帶。6.校正元件 用于改善系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。根據(jù)被控對象特點和性能指標(biāo)的要求而設(shè)計。校正元件串聯(lián)在由偏差信號到被控制信號間的前向通道中的稱為串聯(lián)校正;校正元件在反饋回路中的

5、稱為反饋校正。7.被控對象 控制系統(tǒng)所要控制的對象,例如水箱水位控制系統(tǒng)中的水箱、房間溫度控制系統(tǒng)中的房間、火炮隨動系統(tǒng)中的火炮、電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中電機所帶的負(fù)載等。設(shè)計控制系統(tǒng)時,認(rèn)為被控對象是不可改變的,它的輸出即為控制系統(tǒng)的被控制量。8.能源元件 為控制系統(tǒng)提供能源的元件,在方框圖中通常不畫出。對控制系統(tǒng)的基本要求1.穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的必要條件。2.準(zhǔn)確性 要求過渡過程結(jié)束后,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度比較高,穩(wěn)態(tài)誤差比較小.或者對某種典型輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差為零。3.快速性 系統(tǒng)的響應(yīng)速度快、過渡過程時間短、超調(diào)量小。系統(tǒng)的穩(wěn)定性足夠好、頻帶足夠?qū)?才可能實現(xiàn)快速性的要求。第一章:1、

6、建立系統(tǒng)的微分方程,繪制動態(tài)框圖并求傳遞函數(shù)。3、傳遞函數(shù) 在零初始條件下,系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比稱為傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)的概念適用于線性定常單輸入、單輸出系統(tǒng)。求傳遞函數(shù)通常有兩種方法:對系統(tǒng)的微分方程取拉氏變換,或化簡系統(tǒng)的動態(tài)方框圖。對于由電阻、電感、電容元件組成的電氣網(wǎng)絡(luò),一般采用運算阻抗的方法求傳遞函數(shù)。4、結(jié)構(gòu)圖的變換與化簡 化簡方框圖是求傳遞函數(shù)的常用方法。對方框圖進行變換和化簡時要遵循等效原則:對任一環(huán)節(jié)進行變換時,變換前后該環(huán)節(jié)的輸人量、輸出量及其相互關(guān)系應(yīng)保持不變?；喎娇驁D的主要方法就是將串聯(lián)環(huán)節(jié)、并聯(lián)環(huán)節(jié)和基本反饋環(huán)節(jié)用一個等效環(huán)節(jié)代替?；喎娇驁D的關(guān)

7、鍵是解除交叉結(jié)構(gòu),即移動分支點或相加點,使被簡化的環(huán)節(jié)中不存在與外部直接相連的分支點和相加點。5、利用梅森(Mason公式求傳遞函數(shù)。(s Q i 第i 條前向通路傳遞函數(shù)的乘積。流圖的特征式= 1 - 所有回路傳遞函數(shù)乘積之和+每兩個互不接觸回路傳遞函數(shù)乘積之和-每三個 (1-+bccbaaLL L .條前向通路接觸的回路中處除去與第從余子式i ,i第三章:1、一階系統(tǒng)對典型輸入信號的輸出響應(yīng)。(單位階躍函數(shù)(Step function 0,(1t t ;(單位斜坡函數(shù)(RamptMp 超調(diào)量允許誤差10.90.50.1t rt pt s圖3-2表示性能指標(biāo)td,tr,tp,Mp 和ts 的

8、單位階躍響應(yīng)曲線t dh(t(h (h (h (h %100(%-=h h t h p 圖3-4指數(shù) 響應(yīng)曲線163.2%86.5%95%98.2%99.3%T2T 3T4T5Ttc (t=1-ec (t2222(n n nw s w s w s +=0<10<<1=1>0=function 速度 0,t t ;(單位加速度函數(shù)(Acceleration function 拋物線0,212t t ;(單位脈沖函數(shù)(Impulse function 0,(=t t ;正弦函數(shù)(Simusoidal function Asinut ,當(dāng)輸入作用具有周期性變化時。2、動態(tài)性能

9、指標(biāo): 1.延遲時間d t :(Delay Time 響應(yīng)曲線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的一半所需的時間,叫延遲時間。2.上升時間:r t (Rise Time 響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%,所需的時間。5%上升到95%,或從0上升到100%,對于欠阻尼二階系統(tǒng),通常采用0100%的上升時間,對于過阻尼系統(tǒng),通常采用1090%的上升時間,上升時間越短,響應(yīng)速度越快。 3.峰值時間p t (Peak Time :響應(yīng)曲線達到過調(diào)量的第一個峰值所需要的時間。4.調(diào)節(jié)時間:s t (Settling Time :在響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)線上,用穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)(通常取5%或2%作一個允許誤差范圍,響應(yīng)曲線達到并

10、永遠(yuǎn)保持在這一允許誤差范圍內(nèi),所需的時間。 5.最大超調(diào)量:p M (Maximum Overshoot :指響應(yīng)的最大偏離量h(tp于終值(h 之差的百分比,即%13- r t 或p t 評價系統(tǒng)的響應(yīng)速度;s t 同時反映響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合性指標(biāo)。%評價系統(tǒng)的阻尼程度。3、一階系統(tǒng)的時域分析單位階躍響應(yīng) 單位階躍函數(shù)的拉氏變換為S s R 1(=,則系統(tǒng)的輸出由式為 111111(+-=+=TS S S TS s R s s C 對上式取拉氏反變換,得Ttet c -=1( 0t (3-4注:R(s的極點形成系統(tǒng)響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)分量。響應(yīng)曲線在0t 時的斜率為T1,如果系統(tǒng)輸出響應(yīng)的速度恒

11、為T1,則只要t =T 時,輸出c(t就能達到其終值。如圖3-4所示。由于c(t的終值為1,因而系統(tǒng)階躍輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差為零。 動態(tài)性能指標(biāo):T t d 69.0=T t r 20.2=誤差帶%5(3T t s =%不存在和p t4、二階系統(tǒng)時間響應(yīng)及其動態(tài)性能指標(biāo)計算。典型傳遞函數(shù)二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)兩個正實部的特征根 不穩(wěn)定系統(tǒng)閉環(huán)極點為共扼復(fù)根,位于右半S 平面,這時的系統(tǒng)叫做欠阻尼系統(tǒng)為兩個相等的根,臨界阻尼系統(tǒng) 兩個不相等的根,過阻尼系統(tǒng)虛軸上,瞬態(tài)響應(yīng)變?yōu)榈确袷?無阻尼系統(tǒng)nd t 22.06.01+=10<<dt 欠阻尼情況 二階系統(tǒng)一般取7.0,8.04.0=

12、。其它的動態(tài)性能指標(biāo),有的可用n 和精確表示,如p p r M t t ,有的很難用n 和準(zhǔn)確表示,如s d t t ,可采用近似算法。當(dāng)01<<時,特征根s 1.2=21-±-n n jw w ,221,1arctan-=-=n d w w 時,亦可用nd t 7.01+=r t (上升時間dr t -=一定,即一定,r t n ,響應(yīng)速度越快(峰值時間p tdp t =p t 距離越遠(yuǎn)(閉環(huán)極點力負(fù)實軸的一定時,n 的計算,超調(diào)量p M or %超調(diào)量在峰值時間發(fā)生,故(p t h 即為最大輸出%100%100(%21=-=-e h h t h p調(diào)節(jié)時間S t 的計

13、算 選取誤差帶nS nS t t 5.35.305.0=nS nS t t 5.45.402.0=當(dāng)較小 4.002.0(405.0(3=nS nS t t 系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為C(t=1-sin(112+-t w e d t w n動態(tài)性能指標(biāo)計算公式為 上升時間 21-=-=n dr w w t峰值時間 d n dp T w w t 2112=-=其中T d 是有阻尼振蕩周期,且T d =d dd f w f ,21=是有阻尼振蕩頻率。 超調(diào)量%10021=-ep調(diào)整時間 02.0(405.0(3=ns n s w t w t 或 振蕩次數(shù) N=p d s T t ln 5.115.12-

14、=-= (=0.05 或 N=pd s T t ln 2122-=-= (=0.02 5、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析特征根必須全部分布在S 平面的左半部,即具有負(fù)實部。已知系統(tǒng)的特征方程時,可采用Routh 穩(wěn)定判據(jù)或Hurwitz 穩(wěn)定判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。特征多項式各項系數(shù)均大于零(或同符號是系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件。Routh 判據(jù):由特征方程各項系數(shù)列出Routh 表,如果表中第一列各項嚴(yán)格為正,則系統(tǒng)穩(wěn)定;第一列出現(xiàn)負(fù)數(shù),則系統(tǒng)不穩(wěn)定,且第一列各項數(shù)值符號改變的次數(shù)就是正實部特征根的數(shù)目。Hurwitz 判據(jù):由特征方程各項系數(shù)構(gòu)成的各階Hurwitz 行列式全部為正,則系統(tǒng)穩(wěn)定。勞斯穩(wěn)定判據(jù)是根據(jù)所

15、列勞斯表第一列系數(shù)符號的變化,去判別特征方程式根在S 平面上的具體分布,過程如下: 如果勞斯表中第一列的系數(shù)均為正值,則其特征方程式的根都在S 的左半平面,相應(yīng)的系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 如果勞斯表中第一列系數(shù)的符號有變化,其變化的次數(shù)等于該特征方程式的根在S 的右半平面上的個數(shù),相應(yīng)的系統(tǒng)為不穩(wěn)定。在應(yīng)用勞斯判據(jù)時,有可能會碰到以下兩種特殊情況。·勞斯表某一行中的第一項等于零,而該行的其余各項不等于零或沒有余項,這種情況的出現(xiàn)使勞斯表無法繼續(xù)往下排列。解決的辦法是以一個很小的正數(shù)來代替為零的這項,據(jù)此算出其余的各項,完成勞斯表的排列。 ·勞斯表中出現(xiàn)全零行則表示相應(yīng)方程中含有一些大

16、小相等符號相反的實根或共軛虛根。這種情況,可利用系數(shù)全為零行的上一行系數(shù)構(gòu)造一個輔助多項式,并以這個輔助多項式導(dǎo)數(shù)的系數(shù)來代替表中系數(shù)為全零的行。完成勞斯表的排列。6、穩(wěn)態(tài)誤差的計算令系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為m n s T s s K s H s G j n j i mi +=-=,1(1(11(22100:復(fù)合系統(tǒng)不會碰到。系統(tǒng)在控制工程中一般種類型的很難使之穩(wěn)定,所以這型以上的系統(tǒng),實際上時,型系統(tǒng)型系統(tǒng)型系統(tǒng)節(jié)數(shù)為系統(tǒng)中含有的積分環(huán)II >II =I =663(lim 0-=s R s H K s p683(lim(lim 100-=-S Ks G s SH K s s v703(lim

17、 (lim 2020-=-v s s a S Ks H s G S K誤差系數(shù) 類型 靜態(tài)位置誤差系數(shù) pK速度 v K加速度 a K0型 K 0 0 型 K 0 型 Kss e輸入 類型0(R t r =t v t r 0(=2021(t a t r =0型K R +10型K v 0型 0K a 0第二章:知識點1、根軌跡中,開環(huán)傳遞函數(shù)G (s H(s的標(biāo)準(zhǔn)形式是2、根軌跡方程是.相角條件:繪制根軌跡的充要條件 幅值條件:3、根軌跡法的繪制規(guī)則。4、能用根軌跡法分析系統(tǒng)的主要性能,掌握閉環(huán)主導(dǎo)極點與動態(tài)性能指標(biāo)之間的關(guān)系。能定性分析閉環(huán)主導(dǎo)極點以外的零、極點對動態(tài)性能的影響。第三章:知識點

18、1、頻率特性基本概念和其幾何表示法。 頻率特性的定義如下:穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng),其對正弦函數(shù)輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng),稱為頻率響應(yīng)。輸出與輸入的振幅比,稱為系統(tǒng)的幅頻特性。它描述了系統(tǒng)對不同頻率的正弦函數(shù)輸入信號在穩(wěn)態(tài)情況下的衰減(或放大特性;輸出與輸入的相位差,稱為系統(tǒng)的相頻特性。相頻特性描述了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出對不同頻率的正弦輸入信號在相應(yīng)上產(chǎn)生的相角遲后(對應(yīng)( 0或相角超前(對應(yīng)0(>的特性;幅頻特性及相頻特性,或者說,在正弦輸入下,線性定常系數(shù)或環(huán)節(jié)、其輸出的穩(wěn)態(tài)分量的復(fù)數(shù)比、稱為系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的頻率特性,記為(j ,用式子表示 頻率特性與傳遞函數(shù)間的關(guān)系(s j =( j s =圖形表示法工程上

19、常用圖形來表示頻率特性,常用的有1. 極坐標(biāo)圖 也稱奈斯特(Nyquist圖、幅相頻率特性圖2.伯德(Rode圖 伯德圖又稱為數(shù)頻率特性圖、它由兩張圖組成:張是對數(shù)幅頻圖,另一張是對數(shù)相頻圖,兩張圖的橫向坐標(biāo)相同,表示頻率2、典型環(huán)節(jié)的頻率特性和開環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)分解及其頻率特征曲線的繪制。3、系統(tǒng)開環(huán)頻率特性繪制 極坐標(biāo)圖Re Im=型系統(tǒng)0型系統(tǒng)1型系統(tǒng)20Re=01=-m n 2=-m n 3=-m n伯德圖4、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)這一判據(jù)可表示為:P R Z +=Z 函數(shù)(1(s G s H s F +=在右半s 平面內(nèi)的零點數(shù) =R 對-1+j0點順時針包圍的次數(shù)=P 函數(shù)(s G s

20、H 在右半s 平面內(nèi)的極點數(shù)如果P 不等于零,對于穩(wěn)定的控制系統(tǒng),必須0=Z 或P R -=,這意味著必須反時針方向包圍-1+j0點P 次。如果函數(shù)(s G s H 在右半s 平面內(nèi)無任何極點,則R Z =。因此,為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定,(j H j G 的軌跡必須不包圍-1+j0點。伯德圖 設(shè)N 為對數(shù)幅頻特性曲線在0dB 以上的頻段內(nèi),對數(shù)相頻特性對-180度線正.負(fù)穿越次數(shù)之差,則z=P-2N.z=0時閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。5、 穩(wěn)定裕度1.穩(wěn)定裕度相角裕度為 (180c c j H j G +=(1x x j H j G h =6、閉環(huán)系統(tǒng)頻域性能指標(biāo)和時域指標(biāo)的轉(zhuǎn)換。 自測題第一章 自動控制的一般

21、概念1.自動控制是在人不直接 的情況下,利用外部裝置使被控對象的某個參數(shù)(被控量按 的要求變化。2.由被控 和自動 按一定的方式連接起來,完成一定的自動控制任務(wù),并具有預(yù)定性能的動力學(xué)系統(tǒng),稱為自動控制系統(tǒng)。3.閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是:在控制器與被控對象之間不僅有正向控制作用,而且還有 控制作用。此種系統(tǒng) 高,但穩(wěn)定性較差。4.開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是:在控制器與被控對象之間只有 作用,沒有反饋控制作用。此種系統(tǒng) 低,但穩(wěn)定性較高。5.在經(jīng)典控制理論中,廣泛使用的分析方法有_和_。6.溫度控制系統(tǒng)是一種 控制系統(tǒng),一般對系統(tǒng)的 指標(biāo)要求比較嚴(yán)格。7.對于一個自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面:

22、_、快速性和_。8.火炮跟蹤系統(tǒng)是一種 控制系統(tǒng),一般對系統(tǒng)的 指標(biāo)要求較高。9.反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)給定值和_的偏差進行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。 第二章 自動控制的數(shù)學(xué)模型1.數(shù)學(xué)模型的形式很多,常用的有微分方程、_和狀態(tài)方程等。2.線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù),是在_條件下,系統(tǒng)輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換的比。3.傳遞函數(shù)只取決于系統(tǒng)的 參數(shù),與外作用無關(guān)。4.根據(jù)歐拉公式和拉普拉斯變換的線性法則,可以示出的拉氏變換為 ,的拉氏變換為 。5.根據(jù)拉普拉斯變換的定義,單位斜坡函數(shù)t 的拉普拉斯變換為 ,指數(shù)函數(shù)的拉普拉斯變換為 。6.二階振蕩環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)是 。7.多個環(huán)節(jié)的并聯(lián)連接,其等效

23、傳遞函數(shù)等于各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的_。 8.正弦函數(shù)sin t 的拉氏變換為_。函數(shù)的拉氏變換為_。 9.利用_公式可以根據(jù)復(fù)雜的信號流圖直接求出系統(tǒng)總的傳遞函數(shù)。10.比較點從輸入端移到輸出端,“加倒數(shù)”;引出點從輸入端移到輸出端,“加本身”。( 11.比較點從輸出端移到輸入端,“加本身”;引出點從輸出端移到輸入端,“加倒數(shù)”。( 12.梅遜公式可用來求系統(tǒng)的輸入量到系統(tǒng)中任何內(nèi)部變量的傳遞函數(shù)。( 13.梅遜公式可用來求系統(tǒng)任意兩個內(nèi)部變量C1(s到C2(s之間的傳遞函數(shù)。( 13.正弦函數(shù)sin 的拉氏變換是( 15.當(dāng)忽略電動機的電樞電感后,以電動機的轉(zhuǎn)速為輸出變量,電樞電壓為輸入變量時,電

24、動機可看作一個( A.比例環(huán)節(jié) B.微分環(huán)節(jié) C.積分環(huán)節(jié) D.慣性環(huán)節(jié) 16.對復(fù)雜的信號流圖直接求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以采用( D.系統(tǒng)的內(nèi)部和外部描述 18.拉氏變換將時間函數(shù)變換成( A .正弦函數(shù) B .單位階躍函數(shù) C .單位脈沖函數(shù) D .復(fù)變函數(shù)19.線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù),是在零初始條件下( A .系統(tǒng)輸出信號與輸入信號之比B .系統(tǒng)輸入信號與輸出信號之比C .系統(tǒng)輸入信號的拉氏變換與輸出信號的拉氏變換之比D .系統(tǒng)輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比20.方框圖化簡時,并聯(lián)連接方框總的輸出量為各方框輸出量的( A .乘積 B .代數(shù)和 C .加權(quán)平均 D .平均值 21

25、.由電子線路構(gòu)成的控制器如圖,它是( A . PI 控制器B . PD 控制器C . PID 控制器 D . P 控制器22.PID 控制器的傳遞函數(shù)形式是( A .5+3sB .5+3/sC .5+3s+3/sD .5+1/(s+1 23.PID 控制器中,積分控制的作用是( A .克服對象的延遲和慣性B .能使控制過程為無差控制C .減少控制過程的動態(tài)偏差D .使過程較快達到穩(wěn)定 24.終值定理的數(shù)學(xué)表達式為( A .B .C .D . +s A 1.22.+s B 22.+s s C 221.+s D (lim (lim (0s X t x x s t =(lim (lim (s X t

26、 x x s t =(lim (lim (0s sX t x x x t =(lim (lim (0s sX t x x s t =25.梅森公式為( A .B .C . 26.函數(shù) 的拉氏變換是( 例1.求出下圖所示電路的傳遞函數(shù)、比例系數(shù)和時間常數(shù)。 例2.求出下圖所示電路的傳遞函數(shù)、比例系數(shù)和時間常數(shù)。 例3.求出下圖所示電路的傳遞函數(shù)、分度系數(shù)和時間常數(shù)。 解:應(yīng)用復(fù)阻抗法得 例4.求出下圖所示電路的傳遞函數(shù)、分度系數(shù)和時間常數(shù)。 第三章 時域分析法 三、自測題1.線性定常系統(tǒng)的響應(yīng)曲線僅取決于輸入信號的_和系統(tǒng)的特性,與輸入信號施加的時間無關(guān)。2.一階系統(tǒng)1/(TS+1的單位階躍響應(yīng)

27、為 。3.二階系統(tǒng)兩個重要參數(shù)是 ,系統(tǒng)的輸出響應(yīng)特性完全由這兩個參數(shù)來描述。4.二階系統(tǒng)的主要指標(biāo)有超調(diào)量MP%、調(diào)節(jié)時間ts 和穩(wěn)態(tài)輸出C(,其中MP%和ts 是系統(tǒng)的 指標(biāo),C(是系統(tǒng)的 指標(biāo)。5.在單位斜坡輸入信號的作用下,0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess=_。6.時域動態(tài)指標(biāo)主要有上升時間、峰值時間、最大超調(diào)量和_。7.線性系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)_特性,與系統(tǒng)的_無關(guān)。8.時域性能指標(biāo)中所定義的最大超調(diào)量Mp 的數(shù)學(xué)表達式是_。9.系統(tǒng)輸出響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值與_之間的偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差ess 。22(1+a s 22(+a s A 、22(+a s a22(+a s a s =nk k k p 1=n k

28、 k k p 11=n k k 11kk p 1D 、t e at cos -10.二階系統(tǒng)的阻尼比在_范圍時,響應(yīng)曲線為非周期過程。 11.在單位斜坡輸入信號作用下,型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess=_。 12.響應(yīng)曲線達到過調(diào)量的_所需的時間,稱為峰值時間tp 。 13.在單位斜坡輸入信號作用下,I 型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess=_。14.二階閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是該系統(tǒng)的特征多項式的系數(shù)_。 15.引入附加零點,可以改善系統(tǒng)的_性能。16.如果增加系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的個數(shù),則閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度將提高,相對穩(wěn)定性將_。 17.為了便于求解和研究控制系統(tǒng)的輸出響應(yīng),輸入信號一般采用_輸入信

29、號。 18.當(dāng)系統(tǒng)的輸入具有突變性質(zhì)時,可選擇階躍函數(shù)為典型輸入信號。( 19.暫態(tài)響應(yīng)是指當(dāng)時間t 趨于無窮大時,系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。( 20.在欠阻尼0<<1情況下工作時,若過小,則超調(diào)量大。( 21.遠(yuǎn)離虛軸的極點對系統(tǒng)的影響很小。( 22.當(dāng)系統(tǒng)的輸入是隨時間增長變化時,可選擇斜坡函數(shù)為典型輸入信號。( 23.穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是指系統(tǒng)從剛加入輸入信號后,到系統(tǒng)輸出量達到穩(wěn)定值前( 24.閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)所有特征根必須位于S 平面的左半平( 25.若要求系統(tǒng)快速性好,則閉環(huán)極點應(yīng)靠近虛軸。( 4.一階系統(tǒng)G(s= K/(TS+1的時間常數(shù)T 越大,則系統(tǒng)的輸出響應(yīng)達到穩(wěn)態(tài)值的

30、時間( A .越長 B .越短 C .不變 D .不定6.當(dāng)二階系統(tǒng)特征方程的根為具有負(fù)實部的復(fù)數(shù)根時,系統(tǒng)的阻尼比為( A .<0 B .=0 C .0<<1 D .17.已知單位反饋控制系統(tǒng)在階躍函數(shù)作用下,穩(wěn)態(tài)誤差ess 為常數(shù),則此系統(tǒng)為( A .0型系統(tǒng) B .I 型系統(tǒng) C .型系統(tǒng) D .型系統(tǒng)8.若一系統(tǒng)的特征方程式為(s+12(s -22+3=0,則此系統(tǒng)是( A .穩(wěn)定的 B .臨界穩(wěn)定的 C .不穩(wěn)定的 D .條件穩(wěn)定的9.一般講,如果開環(huán)系統(tǒng)增加積分環(huán)節(jié),則其閉環(huán)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性將( D.不定 10.控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess 反映了系統(tǒng)的( A .穩(wěn)態(tài)

31、控制精度B .相對穩(wěn)定性C .快速性D .平穩(wěn)性11.已知單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 , 該系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)是( A .穩(wěn)定的B .條件穩(wěn)定的C .臨界穩(wěn)定的D .不穩(wěn)定的13.已知系統(tǒng)的特征方程為(s+1(s+2(s+3=s+4,則此系統(tǒng)的穩(wěn)定性為( A .穩(wěn)定 B .臨界穩(wěn)定 C .不穩(wěn)定 D .無法判斷 14.令線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分母多項式為零,則可得到系統(tǒng)的( A .代數(shù)方程 B .特征方程 C .差分方程 D .狀態(tài)方程15.設(shè)一單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G0(s= ,要求KV=20,則K=( A .10B .20C .30D .4016.設(shè)G (s H (s = ,當(dāng)

32、k 增大時,閉環(huán)系統(tǒng)( A .由穩(wěn)定到不穩(wěn)定B .由不穩(wěn)定到穩(wěn)定C .始終穩(wěn)定D .始終不穩(wěn)定 17.過阻尼系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)是調(diào)整時間ts 和( 5(1(1(10(+-+=s s s s s G 2(4+s s K 5(2(10(+s s s kA峰值時間 tp B最大超調(diào)量 Mp 18設(shè)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s= C上升時間 tr D衰減比 MpMp 10 ，該系統(tǒng)為( s ( s + 1(s + 2 A0 型系統(tǒng) B1 型系統(tǒng) C2 型系統(tǒng) D3 型系統(tǒng) 例 1已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量 %=16.3%，峰值時間 tp=1s。試求： (1 開環(huán)傳遞函數(shù) G(s

33、 ； (2 閉環(huán)傳遞函數(shù) (s ； R(s k 10 s(s+1 s C(s (3根據(jù)已知性能指標(biāo) Mp%、 tp 確定參數(shù) K 及 ； (4計算等速輸入 （恒速值 R=1.5） 時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 例 2已知控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。 （1）當(dāng) b=0 時，試確定單位階躍輸入時系統(tǒng)的阻尼系數(shù)、自然頻率、最大超調(diào)量，以及由單位斜波輸入所引起的穩(wěn)態(tài) 誤差。 （2）確定系統(tǒng)的阻尼比等于 0.8 時的速度反饋常數(shù) b 的值，并確定在單位輸入時的最大超調(diào)量和單位斜波輸入所引起 的穩(wěn)態(tài)誤差。 （3）怎樣使第（2）問的 =0.8 保持不變而使其穩(wěn)態(tài)誤差等于第（1）問的穩(wěn)態(tài)誤差值？ R(s E(s 16 C

34、(s s(s+4 bs （3）怎樣使第（2）問的 =0.8 保持不變而使其穩(wěn)態(tài)誤差等于第（1）問的穩(wěn)態(tài)誤差值？ 用比例加微分串聯(lián)校正可以達到目的，如上圖所示。 第四章 根軌跡法 1若根軌跡位于實軸上兩個相鄰的開環(huán)極點之間，則這兩個極點之間必定存在 點。 2根軌跡圖必對稱于根平面的_。 3如果實軸上某一段右邊的開環(huán)實數(shù)零點、極點總個數(shù)為_，則這一段就是根軌跡的一部分。 k 4 已知-2+j0 點在開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(sH(s= 的系統(tǒng)的根軌跡上， 則該點 2 s ( s + 4 ( s + 4 s + 20 對應(yīng)的 k 值為_。 5確定根軌跡大致走向，用以下哪個條件一般就夠了?( A.特征方程

35、B.幅角條件 C.幅值條件 D.幅值條件+幅角條件 6計算根軌跡漸近線傾角的公式為（ ） j= A . j= B. n+ m n- m 7根軌跡漸近線與實軸的交點公式為( n m m (2l + 1p - (2l + 1p C. j= m (2l + 1p D. n+ m n j= n m (2l + 1p n- m m A. åP +åZ j =1 j i =1 n m i B. å P - å Z C. j =1 j i =1 i P D. åZ -å i =1 i j =1 j åP -åZ j =1 j i

36、 =1 i m-n n-m n-m K ( s + z1 8開環(huán)傳遞函數(shù) G(sH(s= ( s + p (s + p 其中 p2>z1>p1>0，則實軸上的根軌跡為（ ） 1 2 n+m A. （ - ， -p2,-z1,-p1 B.(- ,-p2 C.-p1,+ 9實軸上根軌跡右端的開環(huán)實數(shù)零點、極點的個數(shù)之和為（ ） A零 B大于零 C奇數(shù) D偶數(shù) 10當(dāng)二階系統(tǒng)的根分布在右半根平面時，系統(tǒng)的阻尼比 為（ ） A <0 B =0 C0< 1 D >1 11當(dāng)二階系統(tǒng)的根分布在根平面的虛軸上時，系統(tǒng)的阻尼比為（ ） D.-z1,-p1 A <0 B

37、 =0C0< <1 12開環(huán)傳遞函數(shù)為 G ( s = A0，-3 B-1，-2 D 1 k (0.5s + 1(0.5s + 2 , 其根軌跡的起點為( s(0.5 + 3 C0，-6 D-2，-4 Dj 13開環(huán)傳遞函數(shù)為 G ( s = A-6+j K ，則根軌跡上的點為( s( s + 6 C-j B-3+j 14設(shè)開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(sH(s A0 B1 k ( s + 1 ， 其根軌跡漸近線與實軸的交點為（ s ( s + 2(s + 3 C2 D3 ） 15開環(huán)傳遞函數(shù)為 G ( s H ( s = A半圓 B整圓 k ( s + 5 的根軌跡的彎曲部分軌跡是（ ）

38、s( s + 2 D不規(guī)則曲線 C拋物線 16.、開環(huán)傳遞函數(shù)為 G ( s H ( s = ( s - 1(s 2 + 6s + 10，其根軌跡漸近線與實軸的交點為（ A-5/3 B-3/5 C3/5 D5/3 k ） 17設(shè)開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s= ，在根軌跡的分離點處，其對應(yīng)的 k 值應(yīng)為（ ） s( s + 1 A1/4 B1/2 C1 D 4 第五章 頻率分析法 1線性定常系統(tǒng)在正弦信號輸入時，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位移隨頻率而變化的函數(shù)關(guān)系稱為_。 2積分環(huán)節(jié)的幅相頻率特性圖為 ；而微分環(huán)節(jié)的幅相頻率特性圖為 。 3一階慣性環(huán)節(jié) G(s=1/(1+Ts 的相頻特性為 ( =_ _，比例

39、微分環(huán)節(jié) G(s=1+Ts 的相頻特 性為 ( =_ _。 4常用的頻率特性圖示方法有極坐標(biāo)圖示法和_圖示法。 5頻率特性的極坐標(biāo)圖又稱_圖。 6利用代數(shù)方法判別閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有_和赫爾維茨判據(jù)兩種。 7設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為，則稱為 。 8 從 0 變化到+時，慣性環(huán)節(jié)的頻率特性極坐標(biāo)圖在_象限，形狀為_圓。 9頻率特性可以由微分方程或傳遞函數(shù)求得，還可以用_方法測定。 100 型系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性低頻段漸近線的斜率為_dB/dec，高度為 20lgKp。 11型系統(tǒng)極坐標(biāo)圖的奈氏曲線的起點是在相角為_的無限遠(yuǎn)處。 12積分環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為_dBdec。 1

40、3慣性環(huán)節(jié) G(s1/(Ts+1的對數(shù)幅頻漸近特性在高頻段范圍內(nèi)是一條斜率為20dBdec，且與 軸相交于 _的漸近線。 14設(shè)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 G(s=K/s，則其頻率特性幅值 M( =（ ）A. K/ B. K/ 2 C.1/ D. 1/ 2 15 從 0 變化到+時，遲延環(huán)節(jié)頻率特性極坐標(biāo)圖為（ ）A.圓 B.半圓 C.橢圓 D.雙曲線 16二階振蕩環(huán)節(jié)的相頻特性 ( ，當(dāng)時 ，其相位移 ( 為( A-270° B-180° C-90° D0° 100 s + 1 17某校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù) Gc(s= ，則其頻率特性的奈氏圖終點坐標(biāo)為（ ） 10

41、 s + 1 C.(1,j1 A.(0,j0 B.(1,j0 D.(10,j0 18利用奈奎斯特圖可以分析閉環(huán)控制系統(tǒng)的（ ）A.穩(wěn)態(tài)性能 B.動態(tài)性能 C.穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能 D.抗擾性能 19若某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 G(s= K/(Ts+1 ，則其頻率特性的實部 R( 是（ ） A k K 2 2 1+ w T B- K 1+ w T 2 2 C K 1 + wT 2 D- K 1 + wT 20設(shè)某系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s= 10 ，則其頻率特性奈氏圖起點坐標(biāo)為( ( s + s + 10(s + 1 A(-10，j0 B(-1，j0 C(1，j0 D(10，j0 21設(shè)微分環(huán)節(jié)的頻率特性為

42、 G(j ，當(dāng)頻率 從 0 變化至?xí)r，其極坐標(biāo)平面上的奈氏曲線是（ A正虛軸 B負(fù)虛軸 C正實軸 D負(fù)實軸 22設(shè)某系統(tǒng)的傳遞函數(shù) G(s=10/(s+1，則其頻率特性的實部（ ） A ） 10 10 - 2 B 1+ w 1+ w 2 C 10 1 + wT D. - 10 1 + wT 23設(shè)慣性環(huán)節(jié)的頻率特性為 G(j =10/(j +1 ，當(dāng)頻率 從 0 變化至?xí)r，則其幅相頻率特性曲線是一個半圓， 位于極坐標(biāo)平面的（ ）A第一象限 B第二象限 C第三象限 D第四象限 20設(shè)某系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s= 2 ，則其頻率特性奈氏圖起點坐標(biāo)為( ( s + s + 10(s + 1 A(-10，j0 B(-1，j0 C(1，j0 D(10，j0 21設(shè)微分環(huán)節(jié)的頻率特性為 G(j ，當(dāng)頻率 從 0 變化至?xí)r，其極坐標(biāo)平面上的奈氏曲線是（ A正虛軸 B負(fù)虛軸 C正實軸 D負(fù)實軸 22設(shè)某系統(tǒng)的傳遞函數(shù) G(s=10/(s+1，則其頻率特性的實部（ ） A 10 ） 10 1+ w 2 B - 10 1+ w 2 C 10 1 + wT D - 10 1 + wT 23設(shè)慣性環(huán)節(jié)的頻率特性為 G(j =10/(j +1 ，當(dāng)頻率 從 0 變化至?xí)r，則其幅相頻率特性曲線是一個半圓