控制工程基礎簡答題

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行調節(jié)的。開環(huán)系統(tǒng)構造簡單、不存在不穩(wěn)定問題、輸出量不用測量；閉環(huán)系統(tǒng)有反饋、控制精度高、結構復雜、設計時需要校核穩(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，從原點到乃奎斯特圖與單位圓的交點連一直線，該直線與負實軸的夾角。幅值裕量是指在乃奎斯特圖上，乃奎斯特圖與負實軸交點處幅值的倒數(shù)。（ 3）試寫出 PID 控制器的傳遞函數(shù)？kp kD KI/s（ 4）什么叫校正（或補償）？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

2、簡述順饋校正的特點？順饋校正的特點是在干擾引起誤差之前就對它進行近視補償，以便及時消除干擾的影響。（ 6）傳遞函數(shù)的主要特點有哪些？1傳遞函數(shù)反映系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，只與本身參數(shù)結構有關，與外界輸入無關對于物理可實現(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)的物理結構，不同的物理結構系統(tǒng)，只要他們的動態(tài)特性相同，其傳遞函數(shù)相同（ 7）機械控制工程主要研究并解決的問題是什么？當系統(tǒng)已定， 并且輸入知道時， 求出系統(tǒng)的輸出， 并通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關問題，即系統(tǒng)分析當系統(tǒng)已定，且系統(tǒng)的輸出也已給出， 要確定系統(tǒng)的輸入應使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即系統(tǒng)的最

3、優(yōu)控制當輸入已知，且輸出也已給定時， 確定系統(tǒng)應使得輸出盡可能符合給定的最佳要求，即最優(yōu)設計當系統(tǒng)的輸入與輸出均已知時， 求出系統(tǒng)的結構與參數(shù)， 即建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，即系統(tǒng)的識別當系統(tǒng)已定，輸出已知時，以識別輸入或輸入中的有關信息，即濾液與預測（ 8）在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標有哪些？時域性能指標，包括瞬態(tài)響應指標（即上升時間、峰值時間、最大超調量、調整時間）和穩(wěn)態(tài)性能指標（即穩(wěn)態(tài)誤差）頻域性能指標 ,包括相位裕量、幅值裕量、截止頻率、帶寬2（ 9）求拉氏變換的方法有哪些？1. 查表法2. 有理函數(shù)法3. 部分分式法（ 10）簡述二階欠阻尼系數(shù) ,Wn 與性能指標 MP（超調量）、 Ts（

4、調整時間）的關系二階欠阻尼系統(tǒng)若不變，增大（或減?。?Wn ，則超調量 MP 不變，調整時間Ts 減?。ɑ蛟龃螅?；若Wn 不變，增大（或減?。?，則超調量 MP 減?。ɑ蛟龃螅{整時間Ts 減?。ɑ蛟龃螅?11）簡述串聯(lián)超調校正環(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)的相對穩(wěn)定性， 加快了系統(tǒng)的響應速度， 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）終值定理的應用條件是什么？若函數(shù) f（t ）及其一階導數(shù)都是可拉氏變換的，并且除在原點處唯一的極點外，sF（ s）在包含 jw 軸的右半平面是解析的，（這就

5、意味著當t-時， f（t）趨近于一個確定的值，）則函數(shù)f（t）的終值為 limtf(t) limF(s) s o（ 14）什么叫系統(tǒng)分析？3當系統(tǒng)已定， 并且輸入知道時， 求出系統(tǒng)的輸出響應， 并通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關問題，即系統(tǒng)分析（ 15）對數(shù)坐標圖的主要優(yōu)點有哪些？可以將幅值相乘轉化為幅值相加， 便于繪制多個環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng)的對數(shù)頻率特性圖可以采用漸近線近視的作圖方法繪制對數(shù)幅頻圖，簡單方便，尤其是在控制系統(tǒng)設計、校正及系統(tǒng)識別等方面， 優(yōu)點更為突出對數(shù)分度有效地擴展了頻數(shù)圍，尤其是低頻段的擴展，對工程系統(tǒng)設計具有重要意思。（ 16）簡述拉氏變換中部分分式法的步驟？部分分式法是通過代

6、數(shù)運算， 先將一個復雜的象函數(shù)化為數(shù)個簡單的部分分式之和，再分別求出各個分式的原函數(shù)，總的原函數(shù)即可求得（ 17）請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？GC(S) 1 Ts 1,1，可增加相位欲度，調整頻帶寬度Ts 1（ 18）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（ 19）什么叫機械系統(tǒng)的動軟度和動剛度？4若機械系統(tǒng)的輸入為力， 輸出為位移，則機械系統(tǒng)的頻率特性就是機械系統(tǒng)的動柔度；機械系統(tǒng)的頻率特性的倒數(shù)就是機械系統(tǒng)的動剛度（ 20）對控制系統(tǒng)的基本要什么？對控制系統(tǒng)的基本要求有系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應的快速

7、性和響應的準確性，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價系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性（ 21）什么是數(shù)學模型？數(shù)學模型是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學表達式。建立數(shù)學模型是分析、 研究一個動態(tài)系統(tǒng)特性的前提， 一個合理的數(shù)學模型應以最簡化的形式，準確地描述系統(tǒng)的動態(tài)特性（ 22）線性系統(tǒng)的主要特征是什么？若系統(tǒng)的數(shù)學模型表達式是線性的，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用疊加原理， 所謂疊加原理， 就是系統(tǒng)在幾個外加力作用下所產生的相應，等于各個外加作用單獨作用的響應之和（ 23）簡述系統(tǒng)時間響應的概念？機械工程系統(tǒng)在外加力作用激勵下其輸出量隨時間變化的函

8、數(shù)關系稱之為系統(tǒng)的時間響應，通過時間響應的分析可以揭示系統(tǒng)本身的動態(tài)特性5（ 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：對數(shù)坐標圖或稱伯德圖極坐標圖或稱乃奎斯特圖對數(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)；根軌跡法（ 26）反饋校正和串聯(lián)校正相比，所具有的有點是那些？利用反饋能有效地改變被包圍環(huán)節(jié)的動態(tài)結構參數(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（包括正反饋和負反饋）所謂信息的反饋，就是把一個系統(tǒng)的輸出信號不斷直接

9、地或經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與原系統(tǒng)的輸入信號的方向相反（或相位差180°）則稱之為“負反饋”；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)關系，由特征方程中的已知系數(shù)間接判斷出方程的根是否具有負實部，從而判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定（ 29）采用何種方式可以同時減少或消除控制輸入和干擾作用下的穩(wěn)態(tài)誤差？在干擾作用點至系統(tǒng)輸入口的前向通道中，提高增益和設置積分環(huán)節(jié)6（ 31）系統(tǒng)的頻域性能指標有那些？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

10、傳遞函數(shù)的關系是什么？若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G（ s），則相應系統(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頻率幅值以下3dB 時的頻率（ 35）系統(tǒng)時間響應的瞬時響應反映哪方面的性能？而穩(wěn)態(tài)響應反映哪方面的性能？瞬態(tài)響應反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應的快速性等方面的性能，而穩(wěn)態(tài)響應反映了系統(tǒng)響應的準確性（ 36）當系統(tǒng)的阻尼比滿足什么條件時， 二階系統(tǒng)特征方程的根為兩個不相

11、等的負實根？7二階系統(tǒng)的特征方程為：s2 2 wn wn2 0，特征根為 s1,2wn wn2 1，要使根具有兩個不相等的負實根，必須滿足wn 02 1 01（ 37）請簡述拉斯變換的卷積定理？f(t)g( )dF(s).G(s) 若 F(S) L f(t) ,G(S) L g(t) ，則有 L0 t式中 0f(t)g( )df(t)*g(t), 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， 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)定性的定義是什么？系統(tǒng)在受到外界

12、擾動作用時， 其被控制量將偏離平衡位置， 當這個擾動作用去除后，若系統(tǒng)在足夠長的時間能恢復到其原來平衡狀態(tài)或者趨于一個給定的新的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的（ 40）試從控制的觀點分析反饋校正的特點？反饋校正能有效地改變被包圍環(huán)節(jié)的動態(tài)結構參數(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）實現(xiàn)校正的方式有哪幾種？t8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，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求出拉氏變換即為該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。2. 一階系統(tǒng)

13、的閉環(huán)極點越靠近 S 平面原點，其單位階躍響應速度應越快還是越慢 ?為什么？答：一階系統(tǒng)越靠近S 平面原點，其階躍響應速度越慢。3. 什么是主導極點？答：主導極點就是所有閉環(huán)極點中距離軸最近的，而且周圍也沒有其他閉環(huán)零點的閉環(huán)極點，主導極點對系統(tǒng)的響應起主導作用。4. 采用何種方式可以同時減小或消除控制輸入和干擾作用下的穩(wěn)態(tài)誤差？答：為了降低由擾動引起的誤差，可以增大擾動作用點前面的傳遞函數(shù)G（0）的值，也可以再擾動點前加入積分環(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)的相角變化絕對值比最小相位系統(tǒng)的相角變化絕對值大。96. 簡述相位超前，相位滯后校正的優(yōu)缺點是什么？答：相位超前校正：加快系統(tǒng)響應速度，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。