中國石油大學(xué)遠(yuǎn)程教育《自控原理》自測題

1、中國石油大學(xué)遠(yuǎn)程教育自動控制原理自測題第一章 自測題（30分鐘）1 自動控制是在（ 沒有人直接參與 ）的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（即控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程即（ 被控對象 ）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)即（ 被控變量 ）自動地按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。2 自動控制系統(tǒng)是指由（ 控制裝置 ）與（ 被控對象 ）結(jié)合起來的，能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮囊恍┪锢砹窟M(jìn)行自動控制的一個(gè)有機(jī)整體。3 （ 被控對象 ）是要求實(shí)現(xiàn)自動控制的機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)過程，或其它對象。4 （ 被控制量 ）是指被控制系統(tǒng)所要控制的物理量，一般指系統(tǒng)的輸出量。5 （ 控制量 ）是可以被改變，并影響被控制量的物理量，一般指系統(tǒng)的輸入量。6 破壞控

2、制量與被控制量之間正常對應(yīng)關(guān)系的因素稱為（ 擾動 ）。7 （ 控制裝置 ）是指能夠?qū)Ρ豢貙ο笃鹂刂谱饔玫脑O(shè)備總稱，如控制器和調(diào)節(jié)閥。8 （ 檢測裝置 ）是指測量系統(tǒng)某些物理量值的裝置，如傳感器。9 一般控制系統(tǒng)包括（控制器）、（執(zhí)行器）、（工藝對象）和傳感器等四部分。10 把取出的輸出量送回輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程即為（ 反饋 ）。11 反饋的類型包括（ 正反饋 ）和（ 負(fù)反饋 ），控制系統(tǒng)主要利用的反饋類型是（ 負(fù)反饋 ）。12 反饋控制原理是將系統(tǒng)的輸出信號引回輸入端，與給定信號相減形成（ 控制偏差 ）信號。然后根據(jù)偏差信號產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用，使控制偏差減少，最終消除消

3、除控制偏差。反饋信息使整個(gè)控制過程成為閉合控制系統(tǒng)，因此反饋控制也稱為（ 閉環(huán)控制 ）。13 自動控制系統(tǒng)的基本控制方式包括( 開環(huán)控制 )、(閉環(huán)控制或反饋控制）和復(fù)合控制。14 對于自動控制系統(tǒng)的基本要求歸結(jié)為三個(gè)方面，分別是：（穩(wěn)定性）、（快速性）、（準(zhǔn)確性）。15 線性連續(xù)定常系統(tǒng)按照輸入量的變化規(guī)律不同可以劃分為（恒值控制系統(tǒng)）、（隨動控制系統(tǒng)）和程序控制系統(tǒng)。16 開環(huán)控制系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)的輸出量與輸入量間不存在反饋的通道，輸出量（ 不參與 ）控制。17 控制系統(tǒng)按照信號的類型分為（連續(xù)控制系統(tǒng)）和（離散控制系統(tǒng)）。18 控制系統(tǒng)按照系統(tǒng)的特性分為（線性控制系統(tǒng)）和（非線性控制系統(tǒng)

4、）。19 常用的外作用信號包括（ 階躍信號 ）、（ 斜坡信號 ）、（加速度信號）和正弦信號。第二章 自測題（30分鐘）1 數(shù)學(xué)模型是描述控制系統(tǒng)內(nèi)部物理量（或變量）之間關(guān)系的 數(shù)學(xué)表達(dá)式 。2 線性控制系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是 拉氏變換 ，主要數(shù)學(xué)模型是 傳遞函數(shù) 。3 線性系統(tǒng)環(huán)節(jié)的微分方程的建立步驟包括：（1）確定輸入、輸出變量；（2）根據(jù)遵循的物理或化學(xué)定律，定義 必要的中間變量，列寫 微分方程組；（3）消去 中間變量 ，得到輸入與輸出變量之間的微分方程；（4）整理成 標(biāo)準(zhǔn)形式 的微分方程。4 整理標(biāo)準(zhǔn)形式微分方程時(shí)， 輸出變量 在方程的左端， 輸入變量 在方程的右端，方程兩端變量的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)均

5、按 降冪 次序排列。5 根據(jù)線性系統(tǒng)的（ 疊加 ）特性，當(dāng)兩個(gè)外作用同時(shí)加于系統(tǒng)所產(chǎn)生的總輸出，等于各個(gè)外作用單獨(dú)作用時(shí)分別產(chǎn)生的輸出之和；為了簡化研究工作，對控制系統(tǒng)的研究時(shí)其輸入作用常取單位信號，這是利用線性系統(tǒng)（ 齊次 ）特性。6 拉氏變換求解微分方程步驟包括：（1）考慮初始條件，對微分方程進(jìn)行 拉氏變換 ；（2）求出輸出變量的拉氏變換表達(dá)式；（3）對輸出變量拉氏變換函數(shù)求 反變換 ，得到輸出變量的時(shí)域表達(dá)式。7 線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義為，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。傳遞函數(shù)只取決于（系統(tǒng)或元件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)），而與系統(tǒng)輸入量的形式無關(guān)。8 傳遞函數(shù)

6、與微分方程之間具有相通性，相互轉(zhuǎn)換的前提是 零初始條件。9 傳遞函數(shù)G(s)的 反拉氏變換 是單位脈沖響應(yīng)g(t)。10 傳遞函數(shù)的表示形式有 多項(xiàng)式形式、 零極點(diǎn)形式、 時(shí)間常數(shù)形式。11 關(guān)于系統(tǒng)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)對輸出的影響而言，（極點(diǎn)）決定了描述系統(tǒng)自由模態(tài)，（零點(diǎn)）只影響各模態(tài)響應(yīng)所占的比重系數(shù)，因而也影響響應(yīng)曲線的形狀。12 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖由許多對信號進(jìn)行單向運(yùn)算的 方框 和一些 信號流向線 組成。13 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖中，由同一引出點(diǎn)引出的信號的 大小 和 性質(zhì) 完全一樣。14 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖中，綜合比較點(diǎn)進(jìn)行相加減的量，必須具有 相同 的量綱。15 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖的等效

7、變換原則是變換前后各變量之間的 傳遞函數(shù) 保持不變。16 串聯(lián)環(huán)節(jié)的等效傳遞函數(shù)等于所有傳遞函數(shù)的 乘積 。17 并聯(lián)環(huán)節(jié)的等效傳遞函數(shù)等于所有并聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的 代數(shù)和 。18 結(jié)構(gòu)圖等效變換方法包括：（1）三種典型結(jié)構(gòu)可直接用公式；（2）相鄰 綜合點(diǎn)可互換位置、可合并；（3）相鄰 引出點(diǎn)可互換位置、可合并。19 信號流圖也是控制系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型 的一種表示法，可以直接采用 梅森增益公式 求總傳輸增益。20 信號流圖中開始于輸入節(jié)點(diǎn)，沿支路箭頭方向，每個(gè)節(jié)點(diǎn) 只經(jīng)過 一次 ，最終到達(dá)輸出節(jié)點(diǎn)的通路稱為前向通路。21 信號流圖中起點(diǎn)和終點(diǎn)在同一節(jié)點(diǎn)，且信號經(jīng)過每一個(gè)節(jié)點(diǎn) 不多于一次 的閉合通道稱

8、為回路。22 信號流圖中節(jié)點(diǎn)的輸出信號等于所有輸入支路信號的 疊加 。第三章 自測題（30分鐘）1 系統(tǒng)響應(yīng)過程包括 動態(tài)過程 和 穩(wěn)態(tài)過程 。2 動態(tài)過程是指在輸入信號作用下，系統(tǒng)輸出變量從初始狀態(tài)到系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的響應(yīng)過程，主要呈現(xiàn) 衰減 、 發(fā)散 、等幅振蕩 等三種形式。3 延遲時(shí)間是指從輸入信號開始施加時(shí)起，系統(tǒng)輸出時(shí)間響應(yīng)第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值 50% 所需要的時(shí)間。4 系統(tǒng)響應(yīng)上升時(shí)間（對于振蕩響應(yīng)）是響應(yīng)曲線從零首次上升到 穩(wěn)態(tài)值c() 所需的時(shí)間。對于無振蕩響應(yīng)是響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的 10% 上升到90 % 所需的時(shí)間。5 峰值時(shí)間是指時(shí)間響應(yīng)超過穩(wěn)態(tài)值c()達(dá)到 第一個(gè) 峰值所需的時(shí)間。

9、6 系統(tǒng)的超調(diào)量是指響應(yīng)曲線超出穩(wěn)態(tài)值的 最大偏差 與穩(wěn)態(tài)值之比。7 穩(wěn)態(tài)誤差 衡量穩(wěn)態(tài)過程指標(biāo)，也表示系統(tǒng)的控制精度。8 某一階系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為，當(dāng)t等于時(shí)間常數(shù)T時(shí)，單位階躍響應(yīng)h(t)的值為_0.632, 單位階躍響應(yīng)曲線的斜率初始值為_1/T_.其調(diào)節(jié)時(shí)間大約是時(shí)間常數(shù)T的 3 倍。9 系統(tǒng)對輸入信號 導(dǎo)數(shù) 的響應(yīng)，就等于系統(tǒng)對該輸入信號響應(yīng)的 導(dǎo)數(shù)；系統(tǒng)對輸入信號 積分 的響應(yīng)，就等于系統(tǒng)對該輸入信號響應(yīng)的 積分。10 阻尼比決定了二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)特點(diǎn)。（1）當(dāng)阻尼比 大于零小于1 時(shí)，系統(tǒng)具有兩個(gè)負(fù)實(shí)部共軛復(fù)根，響應(yīng)處于 欠阻尼衰減 振蕩 ；（2）當(dāng)阻尼比等于1時(shí)，系統(tǒng)具有兩

10、個(gè) 相等的 實(shí)根，響應(yīng)處于 臨界阻尼 ；（3）當(dāng)阻尼比 大于1 時(shí)，系統(tǒng)具有兩個(gè)不相等的負(fù)實(shí)根，響應(yīng)處于 過阻尼狀態(tài) ；（4）當(dāng)阻尼比等于0時(shí)，系統(tǒng)具有共軛純虛根，響應(yīng)處于 等幅振蕩 .11 阻尼振蕩頻率是閉環(huán)極點(diǎn)到 實(shí)軸 的距離；自然振蕩頻率是閉環(huán)極點(diǎn)到 原點(diǎn) 的距離。12 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，其輸出響應(yīng)的超調(diào)量只與（阻尼比）有關(guān)，而與（自然振蕩頻率）無關(guān)。13 如果閉環(huán)系統(tǒng)中有一個(gè)(或一對復(fù)數(shù)）極點(diǎn)距 虛軸 最近，且附近沒有閉環(huán)零點(diǎn)，而其它閉環(huán)極點(diǎn)又遠(yuǎn)離虛軸，那么距離虛軸近的極點(diǎn)對應(yīng)的響應(yīng)分量在響應(yīng)過程中占 主導(dǎo) 作用，這樣的閉環(huán)極點(diǎn)稱為 閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)。14 對于穩(wěn)定的高階系統(tǒng)，閉環(huán)極

11、點(diǎn)負(fù)實(shí)部的絕對值（越大），其對應(yīng)的響應(yīng)分量衰減得越迅速；反之，則衰減緩慢。15 設(shè)一線性定常系統(tǒng)原處于某一平衡狀態(tài)，若它瞬間受到某一擾動作用而偏離了原來的平衡狀態(tài)，當(dāng)此擾動撤消后，系統(tǒng)仍能回到原有的 平衡狀態(tài) ，則稱該系統(tǒng)是 漸進(jìn)穩(wěn)定的（穩(wěn)定） 。反之，系統(tǒng)為不穩(wěn)定。16 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于 系統(tǒng)的固有特征（結(jié)構(gòu)、參數(shù)） ，與系統(tǒng)的輸入信號無關(guān)。17 穩(wěn)定控制系統(tǒng)的特征方程式的各項(xiàng)系數(shù)均為 正值 。只要有一項(xiàng)等于或小于0，則為 不穩(wěn)定 系統(tǒng)。18 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是全部閉環(huán)極點(diǎn) _均位于左半S平面（具有負(fù)實(shí)部）。19 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

12、的左半平面，相應(yīng)的系統(tǒng)是穩(wěn)定的。20 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(gè)數(shù)，相應(yīng)的系統(tǒng)為 不穩(wěn)定 。21 勞斯表出現(xiàn)全零行，則系統(tǒng)一定 不穩(wěn)定 。22 穩(wěn)態(tài)誤差的決定因素，包括系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)的結(jié)構(gòu) 和 輸入信號函數(shù)。23 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 有關(guān) （有關(guān)/無關(guān)），與系統(tǒng)輸入信號的大小和形式 有關(guān) （有關(guān)/無關(guān)）。24 減小和消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法有：增大系統(tǒng) 開環(huán)增益 ；增加 系統(tǒng)型別和采用高級控制方法等。25 已知某單位負(fù)反饋二階控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則該控制系統(tǒng)的超調(diào)量為 ，調(diào)節(jié)時(shí)間為 （誤差帶5%）。

13、26 已知某單位負(fù)反饋二階控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則其開環(huán)極點(diǎn)位于s右半平面的個(gè)數(shù)為 0 .第四章 自測題（30分鐘）1 根軌跡是指開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變化到無窮時(shí)， 閉環(huán)系統(tǒng)特征方程 的根在平面上變化的軌跡。2 系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)與 開環(huán)零點(diǎn) 、開環(huán)極點(diǎn) 和根軌跡增益均有關(guān)。3 根軌跡上的點(diǎn)應(yīng)該同時(shí)滿足兩個(gè)條件，它們是_相角條件和幅值條件_，繪制零度根軌跡時(shí)，需要將常規(guī)根軌跡法則中與_相角_條件有關(guān)的規(guī)則加以修改。4 根軌跡是關(guān)于 實(shí)軸 對稱的，并且是連續(xù)的；根軌跡起于 開環(huán)極點(diǎn)，終于 開環(huán)零點(diǎn)。5 實(shí)軸上的某一區(qū)域，若其右邊開環(huán)實(shí)數(shù)零、極點(diǎn)個(gè)數(shù)之和為 奇數(shù) ，則該區(qū)域必是根軌跡。6 若相鄰兩

14、極點(diǎn)間有根軌跡，則必有 分離點(diǎn) ；若相鄰兩零點(diǎn)間有根軌跡，則必有 會合點(diǎn) ；分離點(diǎn)實(shí)際上是相同的閉環(huán)特征值，即特征方程有 重根 。7 根軌跡與虛軸的交點(diǎn)，對應(yīng)系統(tǒng)處于 臨界穩(wěn)定 狀況。8 當(dāng)n-m大于2時(shí)，開環(huán)極點(diǎn)之和 等于 閉環(huán)極點(diǎn)之和，即閉環(huán)極點(diǎn)之和為常數(shù)。9 繪制廣義參數(shù)根軌跡時(shí)，關(guān)鍵是轉(zhuǎn)換得到的等效開環(huán)傳遞函數(shù)。其等效意義是在閉環(huán)特征方程 相同 ，或者是閉環(huán)極點(diǎn)相同的前提下成立；而此時(shí)閉環(huán)零點(diǎn)是 不同的 。10 在適當(dāng)位置附加開環(huán)零極點(diǎn)可以改善系統(tǒng)性能。當(dāng)開環(huán)極點(diǎn)不變，附加一個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)零點(diǎn)會使得根軌跡向S平面_左_(左/右)半平面彎曲。附加的零點(diǎn)越靠近虛軸，其對系統(tǒng)的影響就越_大_(大/

15、小)。11 某負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，系統(tǒng)的根軌跡有 3 條，全部終止于 無窮遠(yuǎn)處 ，與虛軸的交點(diǎn)是 ，對應(yīng)的開環(huán)根軌跡增益是 。第五章 自測題（30分鐘）1 頻率特性是指線性定常系統(tǒng)在正弦輸入作用下，輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入信號的 復(fù)數(shù)之比 。2 頻率特性的表示法有， 幅相特性曲線 、 對數(shù)頻率特性曲線和尼科爾斯曲線。3 系統(tǒng)的幅相特性曲線，是關(guān)于（ 實(shí)軸 ）對稱的，故一般只繪制 從0變化到的幅相曲線；系統(tǒng)對數(shù)頻率特性曲線的橫坐標(biāo)是按照（ lgw ）的線性刻度劃分的，其1個(gè)單位長度對應(yīng)頻率變化（ 10 ）倍。4 一階微分環(huán)節(jié)和一階慣性環(huán)節(jié)，它們對數(shù)頻率特性曲線的低頻漸近線都是 0dB/d

16、ec ，其高頻漸近線分別為 20dB/dec 和 -20dB/dec ；5 二階微分環(huán)節(jié)和二階振蕩環(huán)節(jié)，它們對數(shù)頻率特性曲線的低頻漸近線都是 0dB/dec ，其高頻漸近線分別為 40dB/dec 和 -40dB/dec ；6 最小相位系統(tǒng)是指所有開環(huán)零極點(diǎn)都位于復(fù)平面的 左半平面 ；在具有相同幅頻特性的系統(tǒng)中，最小相位系統(tǒng)的相角范圍，在所有這類系統(tǒng)中是 最小的。任何非最小相位傳遞函數(shù)的相角范圍，都 大于 最小相位傳遞函數(shù)的相角范圍。7 對于最小相位系統(tǒng)，幅值特性和相角特性之間具有 唯一 的對應(yīng)關(guān)系；而對于非最小相位系統(tǒng)不成立，因?yàn)椴煌姆亲钚∠辔幌到y(tǒng)具有相同的幅頻特性。8 多個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)的幅頻

17、特性等于每一個(gè)環(huán)節(jié)的幅頻特性的 乘積；其相頻特性等于每一個(gè)環(huán)節(jié)的幅頻特性的 和 。9 多個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性等于每一個(gè)環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性的 和；其對數(shù)相頻特性等于每一個(gè)環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性的 和 。10 乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)本質(zhì)上是判定是否有閉環(huán)系統(tǒng)的特征根位于 s右半平面。11 為使最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定，相位裕度必須為 正 ，幅值裕度必須 大于1。12 當(dāng)閉環(huán)頻率響應(yīng)的幅值下降到零頻率分貝值以下 3分貝 時(shí)，對應(yīng)的頻率稱為帶寬頻率。13 一階系統(tǒng)的帶寬為其時(shí)間常數(shù)的 倒數(shù) 。14 二階系統(tǒng)的帶寬與自然頻率n成 正比 。15 系統(tǒng)的響應(yīng)速度與其帶寬成 正比。16 截止頻率和系統(tǒng)帶寬是兩個(gè)頻域性能指標(biāo)

18、，兩者的關(guān)系是（正比）關(guān)系；系統(tǒng)的截止頻率越大，其系統(tǒng)響應(yīng)速度越（ 快 ）。17 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，其概略幅相曲線，與實(shí)軸的交點(diǎn)是 ，根據(jù)奈奎斯特判據(jù)確定使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍是 。18 ，其截止頻率是 ，其相角裕度是 。第六章 自測題（30分鐘）1 系統(tǒng)校正是指在系統(tǒng)中加入 校正裝置 ，使系統(tǒng)特性發(fā)生變化，從而滿足要求的性能指標(biāo)。2 控制系統(tǒng)主要校正方式有（串聯(lián) ）校正、（ 并聯(lián) ）校正和反饋校正等。3 超前校正裝置的傳遞函數(shù)形式為，當(dāng)時(shí)， 。4 在截止頻率附近相角迅速減小的待校正系統(tǒng)，一般不宜采用 串聯(lián)超前校正，而應(yīng)該采用串聯(lián)滯后校正；5 串聯(lián)超前校正是利用了校正環(huán)節(jié)的（ 相角超前 ）特

19、性，增大了系統(tǒng)（ 截止 ）頻率和系統(tǒng)帶寬，增加穩(wěn)定裕度；6 滯后校正是利用校正環(huán)節(jié)的（高頻衰減）特性，（ 減小 ）了截止頻率和系統(tǒng)帶寬，但增加了原系統(tǒng)的相角裕度。7 對于同一系統(tǒng)，采用超前校正的帶寬 大于 采用滯后校正的帶寬，因?yàn)槌靶Ｕ?提高了 截止頻率而滯后校正 降低了 截止頻率。第七章 自測題（30分鐘）1 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是（ Z變換 ），利用的主要數(shù)學(xué)模型是（ 脈沖傳遞函數(shù) ）；2 D/A轉(zhuǎn)換后是連續(xù)幅度、離散時(shí)間 信號，需要再經(jīng)過信號保持，使其成為連續(xù)幅度、連續(xù)時(shí)間 信號。3 線性定常離散系統(tǒng)滿足 線性疊加原理，并且輸入輸出關(guān)系不隨時(shí)間變化。4 脈沖傳遞函數(shù)定義為，設(shè)初始條件為零時(shí) 輸出采樣信號的Z變換與輸入采樣信號的Z變換 之比。5