《自動(dòng)控制原理》復(fù)習(xí)參考資料解析

1、1、反饋控制又稱偏差控制，其控制作用是通過(guò)輸入量與反饋量的差值進(jìn)行的2、 閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)。3、 在經(jīng)典控制理論中主要采用的數(shù)學(xué)模型是微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)框圖和 信號(hào)流圖。4、 自動(dòng)控制系統(tǒng)按輸入量的變化規(guī)律可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)與程 _ 序控制系統(tǒng)。5、 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求可以概括為三個(gè)方面，即：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn) _ 確性。6、 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù) ,與外作用及初始條件無(wú)關(guān)。7、 兩個(gè)傳遞函數(shù)分別為 Gi(s)與G2(S)的環(huán)節(jié)，以并聯(lián)方式連接，其等效傳遞函 數(shù)為Gi(s)+Gz(s)，以串聯(lián)方式連接，其等效傳涕函數(shù)為 Gj(s)*G

2、z(s)。8、 系統(tǒng)前向通道傳遞函數(shù)為 G(S)，其正反饋的傳遞函數(shù)為 H (S)，則其閉環(huán) 傳遞函數(shù)為 G (s) /(1- G (s) H (s)。9、單位負(fù)反饋系統(tǒng)的前向通道傳遞函數(shù)為 G(s)， 則閉環(huán)傳遞函數(shù)為 G (s)/(1 + G (s)。10、 典型二階系統(tǒng)中， =0.707 時(shí)，稱該系統(tǒng)處于 二階工程最佳 狀態(tài)，此時(shí)超調(diào)量為 4.3%。11、應(yīng)用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性, 勞斯表中第一列數(shù)據(jù)全部為正數(shù)，則系統(tǒng)穩(wěn)定。12、 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是所有閉環(huán)特征方程的根的實(shí)部均為負(fù)，即都分布 在S 平面的左平面，。13、 隨動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差主要來(lái)源于給定信號(hào)， 恒值系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

3、主要來(lái)源于 擾動(dòng)信號(hào)。14、 對(duì)于有穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)，在前向通道中串聯(lián)比例積分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)誤差將變?yōu)榱恪?5、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分為給定穩(wěn)態(tài)誤差和擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差兩種。16、對(duì)干一個(gè)有穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)，增大系統(tǒng)增益則穩(wěn)態(tài)誤差將減小。仃、對(duì)于典型二階系統(tǒng)，慣性時(shí)間常數(shù) T 愈大則系統(tǒng)的快速性愈差。18、應(yīng)用頻域分析法，穿越頻率越大，則對(duì)應(yīng)時(shí)域指標(biāo)ts越小，即快速性越好19 最小相位系統(tǒng)是指 S 右半平面不存在系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)及開(kāi)環(huán)零點(diǎn)。20、按照校正裝置在系統(tǒng)中的不同位置，系統(tǒng)校正可分為串聯(lián)校正、反饋校正、補(bǔ)償校正與復(fù)合校正四種。21、對(duì)于線性系統(tǒng)，相位裕量愈大則系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性越好。22、 根據(jù)校正裝置的相位特

4、性，比例微分調(diào)節(jié)器屬于相位超前校正裝置，比例積分調(diào)節(jié)器屬于相位滯后校正裝置，PID 調(diào)節(jié)器屬于相位滯后-超前校正裝置。23、PID 調(diào)節(jié)中的 P 指的是比例控制器，I 是積分控制器，D 是微分控制器。24、 離散系統(tǒng)中信號(hào)的最高頻譜為3max 則采樣頻率s 應(yīng)保證3s=2 max 條件。26、在離散控制系統(tǒng)分析方法中，把差分方程變?yōu)榇鷶?shù)方程的數(shù)學(xué)方法為 Z 變換。27、離散系統(tǒng)中，兩個(gè)傳遞函數(shù)分別為 Gi（s）與G2（S）的環(huán)節(jié)，以串聯(lián)方式連接， 連接點(diǎn)有采樣開(kāi)關(guān)，其等效傳遞脈沖函數(shù)為GI（Z）G2（Z）;連接點(diǎn)沒(méi)有采樣開(kāi)關(guān)，其等效傳遞脈沖函數(shù)為G1G2（Z）。28、根據(jù)系統(tǒng)的輸出量是否反饋至

5、輸入端，可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)。29、家用空調(diào)溫度控制、電梯速度控制等系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)；30、經(jīng)典控制理論的分析方法主要有時(shí)域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法。二、基本知識(shí)21、 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的的特征是沒(méi)有（C）A.執(zhí)行環(huán)節(jié)B.給定環(huán)節(jié)C.反饋環(huán)節(jié)D.放大環(huán)節(jié)2、 閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能主要取決于開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的（B ）A、低頻段B、中頻段C、高頻段D、均無(wú)關(guān)3、若系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為50s(5s10)，則它的開(kāi)環(huán)增益為（ A ）A.5B.10C.50D.1004、已知系50(2 s 1)(s 5)，則該系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益為（C ）。A、 50B、25C、1013、若某最小相位系統(tǒng)的相

6、角裕度0：，則下列說(shuō)法正確的是（C ）A、不穩(wěn)定；B、只有當(dāng)幅值裕度 kg1 時(shí)才穩(wěn)定；C、穩(wěn)定；D、不能判用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5、開(kāi)環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對(duì)應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo)（AA、超調(diào)二%B、穩(wěn)態(tài)誤差 essC、調(diào)整時(shí)間 ts6般為使系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性，希望相位裕量 為（C ）A.0 15B.15 30C.30 60D.60 907、若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)在右半 S 平面上沒(méi)有零點(diǎn)和極點(diǎn)，則該系統(tǒng)稱作（B ）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)8、關(guān)于傳遞函數(shù)，錯(cuò)誤的說(shuō)法是（B ）A 傳遞函數(shù)只適用于線性定常系統(tǒng)；B 傳遞函數(shù)不僅取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，給定輸入和

7、擾動(dòng)對(duì)傳遞函數(shù)也有影 響；C 傳遞函數(shù)一般是為復(fù)變量 s 的真分式；D 閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。9、下列哪種措施對(duì)改善系統(tǒng)的精度沒(méi)有效果（C ）。A、增加積分環(huán)節(jié)B、提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益 KD、峰值時(shí)間tC、增加微分環(huán)節(jié)、引入擾動(dòng)補(bǔ)償10、某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是G s 1e2s十1B.慣性、導(dǎo)前,則該可看成由C ）環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。A.比例、延時(shí)C.慣性、延時(shí)D.慣性、比例11、某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是 Gss（s+ 1）B.積分、慣性A.比例、積分,則可等效為（C.慣性、微分B）環(huán)節(jié)串聯(lián)。D.微分、比例12、為了消除存在穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)的誤差，可采用串聯(lián)（）進(jìn)行校正。A.比例校正裝置C.微分校正

8、裝置B.比例微分校正裝置O14、最小相位系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益越大，其（ D ）A.振蕩次數(shù)越多C.相位變化越小 15、穩(wěn)態(tài)誤差 ess 與誤差信號(hào) E（s）的函數(shù)關(guān)系為（B ）17、對(duì)于離散控制系統(tǒng)，下例說(shuō)法錯(cuò)誤的是（D ）A.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是離散控制系統(tǒng)的一種形式B.脈沖傳遞函數(shù)與采樣開(kāi)關(guān)的位置有關(guān)20、II 型系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性的低頻段漸近線斜率為（ B ）A. -60 (dB/dec)B. -0 (dB/dec)C. 20 (dB/dec)D.0 (dB/dec)1、從工作原理角度來(lái)說(shuō)，閉環(huán)控制系統(tǒng)由哪些元件或裝置組成？指出圖示閉環(huán) 控制B.穩(wěn)定裕量越大D.穩(wěn)態(tài)誤差越小A.ess二lim E(

9、s)7B.ess二limsE(s)C.ess=simE(s)D.ess二limsE(s)sjpc16、若某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為A、超前校正B 、滯后校正簡(jiǎn)，則該校正裝置屬于（B ）C、滯后-超前校正D 、不能判斷C. Z 變換是拉普拉斯變換的一種特殊形式D.零階保持器是信號(hào)采樣裝置18、對(duì)于離散控制系統(tǒng)，下例說(shuō)法錯(cuò)誤的是（A.脈沖傳遞函數(shù)與采樣開(kāi)關(guān)的位置有關(guān)C ）B.零階保持器是信號(hào)復(fù)現(xiàn)元件C.拉普拉斯變換的定理不適用于 Z 變換D.采樣定理又稱香農(nóng)定理19、.當(dāng)輸入為單位斜坡且系統(tǒng)為單位負(fù)反饋時(shí)，對(duì)于II 型系統(tǒng)其穩(wěn)態(tài)誤差為A.0B.0.1/kC.1/kD.： ：系統(tǒng)中 1-7各部件分屬

10、什么元件或裝置？閉環(huán)控制系統(tǒng)中的信號(hào)有哪些? 指出圖示閉環(huán)控制系統(tǒng)中信號(hào) a-e 分屬什么信號(hào)？（參考分析例題：教材書(shū)第 5 頁(yè)）2、衡量一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)有哪些？下圖為某自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的 動(dòng)態(tài)曲線，估算出它們的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。（參考分析例題：教材書(shū)第 95 頁(yè)，實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)三）(1)(1)(2)(2)f二E耳(3)(3)(4(4) )3、自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)物裝置的定性分析。 （1）指出系統(tǒng)的被控量、給定量、擾動(dòng) 量、反饋量、偏差量；（2）分析其工作原理；（3）從給定量或擾動(dòng)量變化開(kāi)始, 結(jié)合各環(huán)節(jié)功能與參數(shù)變化趨勢(shì)，分析系統(tǒng)如何自動(dòng)調(diào)節(jié)。（1 1）1-3電爐箱恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)推出呑元件對(duì)應(yīng)

11、的賓潮2,分析該控制系統(tǒng)的工作暉理3,當(dāng)加天工件時(shí)，慕統(tǒng)如河侗 P 矢謨恒定溫El J-2Q雀繞加工的恒張力控制系址_/MT電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)+ 圖1-7水位控制系統(tǒng)（參考分析例題：教材書(shū)第 10 頁(yè)，例 1-5）電制動(dòng)器開(kāi)卷筒 （直徑妙小1浮動(dòng)庫(kù)簡(jiǎn) 口偏曲繪捌戲線性控制器特筒 直連増?jiān)鶪被鶴物加工I-1班動(dòng)孫統(tǒng)勻遽卷物丿，浮球，浮球水箱水箱用水開(kāi)關(guān)用水開(kāi)關(guān)四、計(jì)算與作圖1 1 數(shù)學(xué)模型的建立與分析5-37控制系蜒的電模擬電路求：I*求出系塊中各環(huán)節(jié)的恃趣函敷，各沖要計(jì)舁出具悴數(shù)値：2.畫(huà)出系撫框圉。(考核內(nèi)容：數(shù)學(xué)模型的建立、實(shí)驗(yàn)電路的構(gòu)建、系統(tǒng)框圖作圖、伯德圖的繪制)2 2、建立下圖電路的數(shù)學(xué)模

12、型、系統(tǒng)框圖、伯德圖(Ro=1OOKQ、Ri=1MQ、R2=200KQ、Ci=2uF、C2=0.25uF)103 3、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)4、系統(tǒng)誤差分析，已知某負(fù)反饋系統(tǒng)的輸入r(t)=2+4t ，計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。ioknJ7kQ-CZkVfVfhoiiohoiios(0.1s 1)BodeBode 圖。100S(S+10)rC(s)R(參考：教材書(shū)第 151-153151-153 頁(yè)，本系統(tǒng)輸入信號(hào)可分解為一個(gè)階躍信號(hào)與一個(gè)斜坡信號(hào)的疊 加，分別計(jì)算兩個(gè)信號(hào)的誤差，再相加即為總誤差。注意本系統(tǒng)為非單位負(fù)反饋)10w5、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖其中G1s)=戶，亦)=EE，H(S)=2又設(shè)(參考：

13、分別計(jì)算給定誤差與擾動(dòng)誤差，再相加即為總誤差。本系統(tǒng)為非單位負(fù)反饋)五、系統(tǒng)分析題1、已知最小相位系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性Lo( )和串聯(lián)校正裝置的對(duì)數(shù)幅頻特性 Lc()如下圖所示，原系統(tǒng)的幅值穿越頻率為24.3rad /s :1、 寫(xiě)出原系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) Go(s),并求其相角裕度0，并判斷其穩(wěn)定性；2、寫(xiě)出校正裝置的傳遞函數(shù) Gc(s)；3、寫(xiě)出校正后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) Go(s)Gc(s)，畫(huà)出校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特 性LGCC)Or(t) = 2t ，d(t) = 0.5?1(t)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。o(s)r(t) = 2t，d(t) = 0.5?1(t)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差D(s)C

14、(s)C(s)2、求：仃求：仃) )寫(xiě)出系統(tǒng)校正蘭后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)寫(xiě)出系統(tǒng)校正蘭后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G1 (s) , G2 (s)；2)求出串聯(lián)校正裝置的傳求出串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)遞函數(shù)Gc (s)并設(shè)計(jì)該調(diào)節(jié)器并設(shè)計(jì)該調(diào)節(jié)器 的線路與參數(shù)；的線路與參數(shù)；(3)求出校正前后的相位裕量；求出校正前后的相位裕量；(4)分析校正對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能的影響分析校正對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能的影響3、某最小相位系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線 L0()如圖所示:L(w) dB(-lObBiec110.1031310100300、對(duì)數(shù)幅頻特性曲線( (d0) )相位滯后校正工程方法某卓也歌反饋系觥檢正前后的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)

15、幅頻特性柚正前匕i3(rad/sJ1、寫(xiě)出該系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) G(s)；2、寫(xiě)出該系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性、開(kāi)環(huán)幅頻特性及開(kāi)環(huán)相頻特性。3、求系統(tǒng)的相角裕度 。4、若系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度不夠大，可以采用什么措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度?自動(dòng)控制原理復(fù)習(xí)參考資料部分題目參考答案二、選擇題：1-5, CBACA ; 6-10, CBBCC; 11-15, BDCDB; 16-20, BDCAB四、計(jì)算題：1、解系統(tǒng)框圖如下圖所示：(1)(1)圖中 了門 為比例系數(shù)可調(diào)的比例積分(PIPI)調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)%(邛+1)由圖可見(jiàn)，此運(yùn)放反饋回路取樣電壓不是-I-I ，而是-L-L 經(jīng) 3.3K,3.3K, 電位器與

16、 300300電 阻分壓后的(0.33 6)KQ3.6KQ反饋電壓的減小，相當(dāng)反饋電阻增大為(127倍，因此其增益為& 二(1“2)恥51也/10煤二(1“2)乂5其時(shí)間常數(shù)二沖-：二 X 1 1 丁 1 1 TUTU - - 二 1 1” s s(2)(2)為比例環(huán)節(jié)G3(5)=/O=100/10 = 10O離)乂d+1)，式中i厶二&偶二20KQ/10K4 2,T3= /!oCo=10 xl03xO,lxlQ-c=lxlO-3s(4)(4)二：.V.V 為慣性環(huán)節(jié)，式中r4= 47/100 = 4.7 7；= &C4=47X10JX2X10-*二94x10七(5(5

17、 口幣 為積分環(huán)節(jié)5(=-=-1-，式中 = =-=-!- -j-= loo VTs(WxlCPxlxlO)(6)(6)由于.-均為反相輸入端輸入，G何 中均應(yīng)帶一負(fù)號(hào)，由于書(shū)中約定，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，一般將此負(fù)號(hào)省略，最終極性有實(shí)際狀況確定。此處由五個(gè)(奇數(shù))環(huán)節(jié)，所以極性應(yīng)變號(hào)，因此，此為負(fù)反饋。其反饋系數(shù)： 由分壓 電路可知1-11“V ”亠一2 2、系統(tǒng)由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)，形成單位負(fù)反饋，單獨(dú)計(jì)算各環(huán)節(jié) 計(jì)算過(guò)程略，系統(tǒng)框圖略，伯德圖參考如下由題知原系統(tǒng)的幅值穿越頻率為24.3rad / s3 3、解:四、系統(tǒng)分析題第1題解：1 1、從開(kāi)環(huán)波特圖可知，原系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、一個(gè)

18、積分環(huán)節(jié)、兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)。K故其開(kāi)環(huán)傳函應(yīng)有以下形式G0(s)=1 1s( s 1)( s 1).2由圖可知：用-1處的縱坐標(biāo)為 40dB,40dB,則L(1)=20lg K =40, ,得K -100 =10和2=201001 1s( s 1)( s 1)1020100s(0.1s 1)(0.05s 1)求原系統(tǒng)的相角裕度0:：0(s)二90；-tg0.1 -tgS.05 系統(tǒng)有一比例環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié):K =1020log10=20s(1.5(1.5 分)(1(1 分)(1.5(1.5 分)慣性環(huán)節(jié):1轉(zhuǎn)折頻率為 1/T=101/T=100.1s 1CO故原系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函為G(s)=10答：()

19、打o( c) = -90；-tg0.1c-tg0.05c二-2080=180：0(c18tf -208：= -28對(duì)最小相位系統(tǒng)0二一28：:：: 0不穩(wěn)定2 2、從開(kāi)環(huán)波特圖可知，校正裝置一個(gè)慣性環(huán)節(jié)、一個(gè)微分環(huán)節(jié)，為滯后校正裝置。3 3、校正后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s)Gc(s)為畫(huà)出校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性LGC() 3=1/0.1 =10( (慣性環(huán)節(jié)),),4=1/0.05二20( (慣性環(huán)節(jié)) )故其開(kāi)環(huán)傳函應(yīng)有以下形式丄s 1Gc(s)=S 1-1丄s 10.3V 3.12511s J10s10.011003.125s 1100(3.125s 1)GNsjGs) - s(0.1s 1)(0.05s 1) 100s 1s(0.1s 1)(0.05s 1)(100s 1)10答：()打oQ&咖證（2 -在式中-此為 PI 調(diào)節(jié)器。 其電路圖所示若選取 亠 -貝u丄- 一丄（取。m）Tn i皿 C, = =7=1.6x10 16