《自動控制原理》考綱、試題、答案

2/10《自動把握原理》考綱、試題、答案一、考試說明及轉(zhuǎn)換方法，把握分析自動把握系統(tǒng)的各種經(jīng)典方法及常用綜合方法。系統(tǒng)的特點，調(diào)速方法，特別是重點了解和把握籠型異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理、機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點和設(shè)計方法。10090240220三、名詞解釋〔520〕，要點清楚，簡明扼要，進展必要解釋，切忌長篇大論。四、計算題〔1020〕員的，以防用錯。解題思路，并保持糊涂的頭腦。第三，公式和計算步驟。計算過程中，涉及的計算公式確定要列出，哪怕沒有時間能對計算步驟作簡要說明，答題時按挨次進展，避開跳步被扣分。二、復習重點內(nèi)容第一局部：自動把握理論1一、主要內(nèi)容1、自動把握的概念，把握系統(tǒng)中各局部名稱及概念2、開環(huán)把握于閉環(huán)把握的區(qū)分，負反響原理3、系統(tǒng)的分類4、方框圖繪制〔原理圖〕5、對自動把握系統(tǒng)的一般要求〔穩(wěn)、準、快〕二、自動把握概念中的根本學問點1、閉環(huán)系統(tǒng)〔或反響系統(tǒng)〕的特征：承受負反響，系統(tǒng)的被控變量對把握作用有直接影響，即被控變量對自己有把握作用。2、典型閉環(huán)系統(tǒng)的功能框圖。自動把握在沒有人直接參與的狀況下行。自動把握系統(tǒng)由把握器和被控對象組成，能夠?qū)崿F(xiàn)自動把握任務的系統(tǒng)。被把握量在把握系統(tǒng)中．按規(guī)定的任務需要加以把握的物理量。把握量作為被把握量的把握指令而加給系統(tǒng)的輸入星．也稱把握輸入。擾動量干擾或破壞系統(tǒng)按預定規(guī)律運行的輸入量，也稱擾動輸入或干擾掐入。到輸入端的信號稱為反響信號。負反響反響信號與輸人信號相減，其差為偏差信號。減，形成偏差信號。然后依據(jù)偏差信號產(chǎn)生相應的把握作用，力圖消退或削減偏差的過程。開環(huán)把握系統(tǒng)系統(tǒng)的輸入和輸出之間不存在反響回路響，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)把握系統(tǒng)。開環(huán)把握又分為無擾動補償和有擾動補償兩種。閉環(huán)把握系統(tǒng)但凡系統(tǒng)輸出端與輸入端存在反響回路的系統(tǒng)，叫作閉環(huán)把握系統(tǒng)。自動把握原理課程中所爭論的主要是閉環(huán)負反響把握系統(tǒng)。復合把握系統(tǒng)復合把握系統(tǒng)是一種將開環(huán)把握和閉環(huán)把握結(jié)合在一起的把握系統(tǒng)高系統(tǒng)的精度。自動把握系統(tǒng)組成組成一個自動把握系統(tǒng)通常包括以下根本元件給定元件給出與被把握量期望位相對應的把握輸入信號(給定信號)，這個把握輸入信號的量綱要與主反響信號的量綱一樣。給定元件通常不在閉環(huán)回路中。測量元件測量元件也叫傳感器，用于測量被把握量，產(chǎn)生與被把握量有確定函數(shù)關(guān)精度應使測量元件的精度高于系統(tǒng)的精度，還要有足夠?qū)挼念l帶。比較無件用于比較把握量和反響量并產(chǎn)生偏差信號。電橋、運算放大器可作為電信角機等。放大元件對信號進展幅值或功率的放大，以及信號形式的變換．如溝通變直流的相敏整流或直流變溝通的相敏調(diào)制。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、溫度把握系統(tǒng)中的加熱裝置。執(zhí)行元件的選擇應具有足夠大的功率和足夠?qū)挼念l帶校正元件用于改善系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。依據(jù)被控對象特點和性能指標的要求而在反響回路中的稱為反響校正。被控對象把握系統(tǒng)所要把握的對象，例如水箱水位把握系統(tǒng)中的水箱、房間溫度把握把握系統(tǒng)時，認為被控對象是不行轉(zhuǎn)變的，它的輸出即為把握系統(tǒng)的被把握量。能源元件為把握系統(tǒng)供給能源的元件，在方框圖中通常不畫出。三、對把握系統(tǒng)的根本要求1、穩(wěn)定性穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的必要條件。2、準確性要求過渡過程完畢后，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)挘趴赡軐崿F(xiàn)快速性的要求。第２章線性系統(tǒng)的數(shù)學描述1、建立系統(tǒng)的微分方程，2、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成的電氣網(wǎng)絡(luò)，一般承受運算阻抗的方法求傳遞函數(shù)。4、構(gòu)造圖的變換與化簡化簡方框圖是求傳遞函數(shù)的常用方法。對方框圖進展變換和化節(jié)中不存在與外部直接相連的分支點和相加點。一、時域性能指標及典型輸入信號〔拉氏變換〕二、時域動態(tài)性能指標⑴延遲時間：二、時域動態(tài)性能指標⑴延遲時間：響應曲線第一次到達穩(wěn)態(tài)值的一半所需的時間，叫延遲時間。⑵上升時間響應曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%，所5上升到950上升到對于欠阻尼二階系統(tǒng)，通常承受0～100%的上升時間，對于過阻尼系統(tǒng)，通常承受10～90%⑶峰值時間響應曲線到達過調(diào)量的第一個峰值所需要的時間。⑷調(diào)整時間在響應曲線的穩(wěn)態(tài)線上，用穩(wěn)態(tài)值的百分數(shù)〔通常取5%或2%〕作一個允許誤差范圍，響應曲線到達并永久保持在這一允許誤差范圍內(nèi)，所需的時間。⑸最大超調(diào)量響應的最大偏離量h(tp)于終值之差的百分比，評價系統(tǒng)的響應速度；同時反映響應速度和阻尼程度的綜合性指標。評價系統(tǒng)的阻尼程度。三、二階系統(tǒng)的階躍響應及其特點二階系統(tǒng)的動態(tài)特性,可用ζ和ωn這兩個參量的形式加以描述。二階系統(tǒng)的特征方程為：s22

s2n n

0 s1,2

nn21隨著阻尼比ζ的不同,二階系統(tǒng)特征根(極點)隨著阻尼比ζ的不同,二階系統(tǒng)特征根(極點)也不一樣，分別有四種狀況：1、欠阻尼(0＜ζ＜1)2、臨界阻尼(ζ=1)3、過阻尼(ζ＞1)4、無阻尼(ζ=0)四、穩(wěn)態(tài)誤差e10/10單位階躍輸入信號作用下,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為第４章頻率響應分析法一、頻率特性根本概念對于穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng),由正弦輸入產(chǎn)生的輸出穩(wěn)態(tài)重量仍是與輸入同頻率的正弦函數(shù),而幅值和相角的變化是頻率ω的函數(shù),且與(j)|(j|j()

通常把稱為系統(tǒng)的頻率特性。它反映了在正弦輸入信號作用下,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應與輸入正弦信號之間的關(guān)系。幅頻特性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出信號與輸入正弦信號的幅值比|G(jω)|相頻特性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出信號與輸入正弦信號的相移φ(ω)。二、把握系統(tǒng)的圖形表示法工程上常用圖形來表示頻率特性，常用的有⑴極坐標圖也稱奈斯特(Nyquist)圖⑵伯德(Bode)圖伯德圖又稱為數(shù)頻率特性圖：對數(shù)幅頻圖和對數(shù)相頻圖頻域特性〔幅頻、相頻特性〕典型環(huán)節(jié)的奈氏圖、伯德圖及其特點系統(tǒng)奈氏圖〔伯德圖〕的繪制第５章 系統(tǒng)的穩(wěn)定性1、把握系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義、系統(tǒng)穩(wěn)定的條件；2、把握Routh判據(jù)的必要條件和充要條件，學會應用Routh判據(jù)判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定；3、理解NyquistBode圖之間的關(guān)系；4、把握Bode判據(jù)；第６章 系統(tǒng)的性能與校正1、了解PID調(diào)整的根本規(guī)律及各種調(diào)整器的特點，及PID調(diào)整器的工程設(shè)計方法。2、了解反響校正、順饋校正的定義、根本形式、作用和特點。其次局部：自動把握系統(tǒng)第一章結(jié)論【重點】電力拖動把握系統(tǒng)的根本類型：直流電機拖動把握系統(tǒng)的根本類型；溝通電機拖動把握系統(tǒng)的根本類型。典型的生產(chǎn)機械負載轉(zhuǎn)矩有哪幾種，特性是什么。其次章轉(zhuǎn)速反響把握直流調(diào)速系統(tǒng)第三章轉(zhuǎn)速、電流反響把握直流調(diào)速系統(tǒng)【重點】轉(zhuǎn)速把握的要求和調(diào)速指標：l〕D；靜差率S調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，靜特性的含義，轉(zhuǎn)速負反響閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖。開環(huán)系統(tǒng)機械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較。閉環(huán)系統(tǒng)能夠削減穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)。反響把握規(guī)律〔轉(zhuǎn)速反響閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的三個根本特性。反響把握閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算。截流反響的概念，電流截止負反響環(huán)節(jié)的特點，以及帶電流截止負反響的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖和靜特性。PI調(diào)整器的設(shè)計。。比例把握、積分把握和比例積分把握規(guī)律的區(qū)分。11．無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的分析及穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算。直流電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有那些。穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)PI調(diào)整器在穩(wěn)態(tài)時的特征：l〕飽和——輸出到達限幅值；2〕不飽和——輸出未到達限幅值。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時各變量間的關(guān)系〔分析消滅特別狀況時候的運行狀況、穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計算。17．雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程中電流和轉(zhuǎn)速的三個階段：l〕電流上升階段；2〕恒流升速階段；轉(zhuǎn)速調(diào)整階段；起動過程的三個特點，波形分析。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能：動態(tài)跟隨性能；動態(tài)抗擾性能：抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動。轉(zhuǎn)速、電流兩個調(diào)整器的作用。調(diào)整器的工程設(shè)計方法的根本思路。按工程設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)整器：l〕電流調(diào)整器的設(shè)計；①電流環(huán)的動態(tài)構(gòu)造圖；②電流調(diào)整器的構(gòu)造選擇；③電流調(diào)整器參數(shù)的選擇。2〕轉(zhuǎn)速調(diào)整器的設(shè)計：①轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)構(gòu)造圖；②轉(zhuǎn)速調(diào)整器的構(gòu)造選擇；③轉(zhuǎn)速調(diào)整器多數(shù)的選擇。3〕電流調(diào)整器和轉(zhuǎn)速調(diào)整器的實現(xiàn)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中外環(huán)和內(nèi)環(huán)的作用。帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主要作用、特點。三、重點習題〔一〕填空題1、對于自動把握系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面，即： 、和 ，其中最根本的要求是 。2、假設(shè)某單位負反響把握系統(tǒng)的前向傳遞函數(shù)為 G(s)，則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 。3、能表達把握系統(tǒng)各變量之間關(guān)系的數(shù)學表達式或表示方法，叫系統(tǒng)的數(shù)學模型，在古典把握理論中系統(tǒng)數(shù)學模型有 、 等。4、推斷一個閉環(huán)線性把握系統(tǒng)是否穩(wěn)定，可承受 、 、等方法。5、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)整器，分別是 和 。6、經(jīng)典把握理論中系統(tǒng)分析的方法有 和 、根軌跡法等幾種。7、最小相位系統(tǒng)是指 。8“經(jīng)典把握理論”的內(nèi)容是以 為根底的。9、把握系統(tǒng)線性化過程中，變量的偏移越小，則線性化的精度 。10、某典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)是G(s) 1 ，則系統(tǒng)的時間常數(shù)是 。s211、延遲環(huán)節(jié)不轉(zhuǎn)變系統(tǒng)的幅頻特性，僅使 發(fā)生變化。12、假設(shè)要全面地評價系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，需要同時依據(jù)相位裕量和 來做出推斷。參考答案：1穩(wěn)定性 快速性 準確性 穩(wěn)定性2G(s)；

3微分方程 傳遞函數(shù)〔或構(gòu)造圖 信號流圖〔任意兩個均可〕4勞思判據(jù) 根軌跡 奈奎斯特判據(jù) 5轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR 電流調(diào)整器ACR 6、時域分析法頻域分析法7、S右半平面不存在系統(tǒng)的開環(huán)極點及開環(huán)零點8、傳遞函數(shù)9、越高 10、0.5 11、相頻特性 12、幅值裕量〔二〕選擇題系統(tǒng)和輸入，求輸出并對動態(tài)特性進展爭論，稱為〔〕A.系統(tǒng)綜合 B.系統(tǒng)辨識 C.系統(tǒng)分析 D.系統(tǒng)設(shè)計開環(huán)把握系統(tǒng)的的特征是沒有〔〕A.執(zhí)行環(huán)節(jié) B.給定環(huán)節(jié)C.反響環(huán)節(jié) D.放大環(huán)節(jié)主要用來產(chǎn)生偏差的元件稱為〔〕A.比較元件 B.給定元件 C.反響元件 D.放大元件Gs1某典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)是

Ts，則該環(huán)節(jié)是〔〕A.比例環(huán)節(jié) B.慣性環(huán)節(jié) C.積分環(huán)節(jié) D.微分環(huán)節(jié)yt 0.1yt 0.1t系統(tǒng)的單位脈沖響應函數(shù)是 ，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是〔〕0.2s3

0.1 0.1s C.s2

0.2D.s2以下判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法中，哪一個是在頻域里判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)〔〕勞斯判據(jù) B.赫爾維茨判據(jù)C.奈奎斯特判據(jù) D.根軌跡法二階系統(tǒng)單位階躍響應曲線呈現(xiàn)出等幅振蕩，則其阻尼比可能為〔〕A.0.6 B.0.707 C.0 D.1在系統(tǒng)對輸入信號的時域響應中，其調(diào)整時間的長短是與〔〕指標親熱相關(guān)。A.允許的穩(wěn)態(tài)誤差 B.允許的超調(diào)量C.允許的上升時間 D.允許的峰值時間設(shè)一階系統(tǒng)的傳遞

G(s)

7s2，其階躍響應曲線在t=0〔〕7 1A.7 B.2 C.2 D.2假設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)在右半S平面上沒有零點和極點，則該系統(tǒng)稱作〔〕A.非最小相位系統(tǒng)B.最小相位系統(tǒng) C.不穩(wěn)定系統(tǒng) D.振蕩系統(tǒng)參考答案：1.C 2.C 3.A 4.C 5.A 6.C 7.C 8.A 9.B 10.B〔三〕名詞解釋1、隨動系統(tǒng) 2、自動把握 3、傳遞函數(shù) 4、頻率響應答題要點：1、隨動系統(tǒng)：被調(diào)量隨著給定量(或輸入量)的變化而變化的系統(tǒng)就稱為隨動系統(tǒng)。2、自動把握：在沒有人直接參與的狀況下，使被控對象的某些物理量準確地依據(jù)預期規(guī)律變化。3,在零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比。4、頻率響應：系統(tǒng)對正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應?！菜摹⒂嬎泐}寫出以以下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

C(s)R(s)

〔構(gòu)造圖化簡，梅遜公式均可。答題要點：G(s):依據(jù)梅遜公式G(s)

C(s)R(s)

n Pi ii14L1

G2

(s)G3

(s)H(s),L2

G4

(s)H(s)，LG3 1

(s)G2

(s)G3

(s), L4

G1

(s)G4

(s) 無互不接觸回路。特 征 式 ：ii1

1G2

(s)G3

(s)H(s)G4

(s)H(s)G1

(s)G2

(s)G3

(s)G(s)G1

(s)2條前向通道: P1

G(s)G1

(s)G3

(s), 1

1；PG2 1

(s)G4

(s), 2

1 〔2分〕G(s)

C(s) PP 1 1 2 2

G(s)G1 2

(s)G3

(s)G1

(s)G4

(s)R(s) 1G(s)G(s)H(s)G(s)H(s)G(s)G(s)G(s)G(s)G

(s)2 3 4 1