控制工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)題(帶答案的)

控制工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)題(帶答案的)控制工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)題(帶答案的)控制工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)題(帶答案的)V:1.0精細(xì)整理，僅供參考控制工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)題(帶答案的)日期：20xx年X月一、填空題(部分可能模糊的已給出參考答案)：對(duì)時(shí)域函數(shù)進(jìn)行拉氏變換：=、=、=、sin=。自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)，一般都包含兩個(gè)分量，即一個(gè)是瞬態(tài)響應(yīng)分量，另一個(gè)是穩(wěn)態(tài)_響應(yīng)分量。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，通過(guò)檢測(cè)元件將輸出量轉(zhuǎn)變成與給定信號(hào)進(jìn)行比較的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)稱為_____反饋___。若前向通道的傳遞函數(shù)為G(s)，反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s)，則閉環(huán)傳遞函數(shù)為_____函數(shù)f(t)=的拉氏變換式是。Bode圖中對(duì)數(shù)相頻特性圖上的－180°線對(duì)應(yīng)于奈奎斯特圖中的__負(fù)實(shí)軸_________。閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是所有的閉環(huán)極點(diǎn)均位于s平面的右半平面半平面。已知傳遞函數(shù)為，則其對(duì)數(shù)幅頻特性L（）在零分貝點(diǎn)處的頻率數(shù)值為在系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線上，低頻段部分主要由積分環(huán)節(jié)和比例決定。慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，它的幅頻特性的數(shù)學(xué)式是,它的相頻特性的數(shù)學(xué)式是。傳遞函數(shù)的定義是對(duì)于線性定常系統(tǒng),在初始條件為零的條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。瞬態(tài)響應(yīng)是系統(tǒng)受到外加作用激勵(lì)后，從初始狀態(tài)到最終或穩(wěn)定狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程。判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的出發(fā)點(diǎn)是系統(tǒng)特征方程的根必須為負(fù)實(shí)根或負(fù)實(shí)部的復(fù)數(shù)根，即系統(tǒng)的特征根必須全部在復(fù)平面的左半平面是系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。I型系統(tǒng)在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為0，在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為∞。(參考教材P89)頻率響應(yīng)是系統(tǒng)對(duì)正弦輸入穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，頻率特性包括幅頻和相頻兩種特性。如果系統(tǒng)受擾動(dòng)后偏離了原工作狀態(tài)，擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)，這樣的系統(tǒng)是(漸進(jìn))穩(wěn)定的系統(tǒng)。傳遞函數(shù)的組成與輸入、輸出信號(hào)無(wú)關(guān)，僅僅決定于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并且只適于零初始條件下的線性定常系統(tǒng)。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與輸入信號(hào)的形式及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)或系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)有關(guān)。線性定常系統(tǒng)在正弦信號(hào)輸入時(shí)，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)系稱為相頻特性。積分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為－20dB／dec。二階衰減振蕩系統(tǒng)的阻尼比ξ的范圍為0.5~0.8。當(dāng)且僅當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)特征方程的所有根的實(shí)部都是負(fù)數(shù)時(shí)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。在單位斜坡輸入信號(hào)作用下，0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess=。(參考教材P89)用頻域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是正弦函數(shù)_。線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用___疊加__原理，而非線性控制系統(tǒng)則不能。方框圖中環(huán)節(jié)的基本連接方式有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和反饋連接。分析穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，將系統(tǒng)分為0型系統(tǒng)、I型系統(tǒng)、II型系統(tǒng)…，這是按開環(huán)傳遞函數(shù)的積分環(huán)節(jié)數(shù)來(lái)分類的。用頻率法研究控制系統(tǒng)時(shí)，采用的圖示法分為極坐標(biāo)圖示法和對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖示法。決定二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的兩個(gè)重要參數(shù)是阻尼系數(shù)ξ和無(wú)阻尼自然振蕩頻率ω。1.1建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法有解析法與實(shí)驗(yàn)法兩種。1.2控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間ts=(取誤差允許范圍±5%)。 (參考教材P69)1.2控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間ts=(取誤差允許范圍±2%)。 (參考教材P69)1.5系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可分為系統(tǒng)誤差與擾動(dòng)誤差兩種。1.6根軌跡起始于，終止于，如果開環(huán)零點(diǎn)m小于開環(huán)極點(diǎn)n，則有條根軌跡終止于無(wú)窮遠(yuǎn)。1.6根軌跡標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)形式為，根軌跡增益為。根軌跡必然對(duì)稱于軸。1.7頻率特性的圖形表示法主要有與兩種。1.7線性時(shí)不變自動(dòng)控制系統(tǒng)的頻率特性可分為幅頻特性與相頻特性兩大類。1.8系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的描述主要有與兩種。1.9自動(dòng)控制系統(tǒng)串聯(lián)校正方法有、與三種。1.1建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法有解析法(演繹法)與實(shí)驗(yàn)法(歸納法)兩種。系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型主要有微分方程、傳遞函數(shù)、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與信號(hào)流圖四種。1.2線性系統(tǒng)的特性可分解為疊加性與齊次性兩種。1.3串聯(lián)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的。1.4根軌跡必然對(duì)稱于軸。1.5線性時(shí)不變自動(dòng)控制系統(tǒng)的頻率特性可分為幅頻與相頻兩大類。1.8Bode圖橫軸以lgω為坐標(biāo)分度，但以ω標(biāo)記。1.9慣性環(huán)節(jié)G(s)=1/(Ts+1)的Bode圖的轉(zhuǎn)折頻率和轉(zhuǎn)折斜率分別為和1對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性。2采用負(fù)反饋連接時(shí)，如前向通道的傳遞函數(shù)為G(s)，反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s)，則其等效閉環(huán)傳遞函數(shù)為。4積分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為－20dB/dec。5.Bode圖中對(duì)數(shù)相頻特性圖上的－180o線對(duì)應(yīng)于奈奎斯特圖中的負(fù)實(shí)軸。6LTI系統(tǒng)的輸入信號(hào)的導(dǎo)數(shù)的響應(yīng)等于輸出信號(hào)的導(dǎo)數(shù)；輸入信號(hào)的積分的響應(yīng)等于輸出信號(hào)的積分。1．線性定常系統(tǒng)在正弦信號(hào)輸入時(shí)，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__相頻特性__。2．積分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為－20dB／dec。3．對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方面：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性4．單位階躍函數(shù)1（t）的拉氏變換為。6．當(dāng)且僅當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)特征方程的所有根的實(shí)部都是負(fù)數(shù)時(shí)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。7．系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與_輸出量的希望值__之間的偏差稱為誤差。9．設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為，則稱為虛頻特性。10.用頻域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是正弦函數(shù)。11.線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用___疊加__原理，而非線性控制系統(tǒng)則不能。12.方框圖中環(huán)節(jié)的基本連接方式有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和反饋連接。13.分析穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，將系統(tǒng)分為0型系統(tǒng)、I型系統(tǒng)、II型系統(tǒng)…，這是按開環(huán)傳遞函數(shù)的積分環(huán)節(jié)數(shù)來(lái)分類的。14.用頻率法研究控制系統(tǒng)時(shí)，采用的圖示法分為極坐標(biāo)圖示法和對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖示法。15.決定二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的兩個(gè)重要參數(shù)是阻尼系數(shù)ξ和無(wú)阻尼自然振蕩頻率ω。二、基本概念超調(diào)量：響應(yīng)曲線最大峰值超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的部分,即是最大超調(diào)量，簡(jiǎn)稱超調(diào)量。最小相位系統(tǒng)：如果控制系統(tǒng)的所有極點(diǎn)和零點(diǎn)均位于s左半閉平面上，則稱該系統(tǒng)為最小相位系統(tǒng)。傳遞函數(shù)：線性（或線性化）定常系統(tǒng)在零初始條件下，輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比。調(diào)節(jié)時(shí)間：響應(yīng)曲線從零開始一直到進(jìn)入并保持在允許的誤差帶內(nèi)（±2%或±5%）所需的最短時(shí)間。頻率響應(yīng)：指系統(tǒng)在正弦輸入信號(hào)作用下，線性系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)分量。頻率特性：系統(tǒng)頻率響應(yīng)與正弦輸入信號(hào)的復(fù)數(shù)比，就稱為頻率特性。根軌跡：指當(dāng)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中某一參數(shù)從零變化到無(wú)窮時(shí)，閉環(huán)特征方程式的根在S平面上運(yùn)動(dòng)的軌跡。三、簡(jiǎn)答題：1、簡(jiǎn)述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本工作原理？

解:自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本工作原理是通過(guò)測(cè)量裝置隨時(shí)監(jiān)測(cè)被控量，并與給定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)；根據(jù)控制要求對(duì)偏差進(jìn)行計(jì)算和信號(hào)放大，并且產(chǎn)生控制量，驅(qū)動(dòng)被控量維持在希望值附近。2、簡(jiǎn)述奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)。閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是開環(huán)頻率特性曲線C(jω)H(jω)不通過(guò)(-1,j0)點(diǎn),且逆時(shí)針包圍(-1,j0)點(diǎn)的周數(shù)數(shù)等于開環(huán)傳遞函數(shù)正實(shí)部極點(diǎn)的個(gè)數(shù),即N=－P。3、試簡(jiǎn)述Bode圖的主要優(yōu)點(diǎn)。(參考教材P146)解:（1）利用對(duì)數(shù)運(yùn)算可以將串聯(lián)環(huán)節(jié)幅值的乘除運(yùn)算轉(zhuǎn)化為加減運(yùn)算。（2）可以擴(kuò)大所表示的頻率范圍，而又不降低低頻段的準(zhǔn)確度。（3）可以用漸近線特性繪制近似的對(duì)數(shù)頻率特性，從而使頻率特性的繪制過(guò)程大大簡(jiǎn)化。4、建立元件或系統(tǒng)的微分方程可依據(jù)什么步驟進(jìn)行？(參考教材2.2節(jié))解:（1）在條件許可下適當(dāng)簡(jiǎn)化，忽略一些次要因素。（2）根據(jù)物理或化學(xué)定理、定律，列出部件的原始方程式。（3）列出原始方程式中中間變量與其他變量的關(guān)系式。（4）從所有方程式中消去中間變量，僅保留系統(tǒng)的輸入變量和輸出變量。（5）將微分方程表示成標(biāo)準(zhǔn)形式，既輸出變量在左，輸入變量在右，導(dǎo)數(shù)階次從高到低排列。5、簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的建立步驟。(參考教材2.4.2節(jié))解:（1）建立控制系統(tǒng)各元件或部件的微分方程。在建立微分方程時(shí)，應(yīng)分清輸入量、輸出量，同時(shí)應(yīng)該考慮相鄰部件之間是否有負(fù)載效應(yīng)。（2）對(duì)各元件或部件的微分方程進(jìn)行拉普拉斯變換，然后作出各部件的結(jié)構(gòu)圖。（3）按照系統(tǒng)中各變量的傳遞順序，依次將各部件的結(jié)構(gòu)圖連接起來(lái)，置系統(tǒng)的輸入變量于左端，輸出變量于右端，便得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。6、簡(jiǎn)述繪制系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖的一般步驟和方法。(參考教材P152)解:（1）寫出以時(shí)間常數(shù)表示、以典型環(huán)節(jié)頻率特性連乘積形式的開環(huán)頻率特性。（2）求出各環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率，并從小到大依次標(biāo)注在對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖的橫坐標(biāo)上。（3）計(jì)算20lgK的分貝值，其中K是系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)。過(guò)QUOTE=1、20lgK這一點(diǎn)作斜率為-20vdB/dec的直線，即為低頻段的漸近線，v是開環(huán)傳遞函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)。（4）繪制對(duì)數(shù)幅頻特性的其他漸近線，方法是：從低頻段漸近線開始，從左到右，每遇到一個(gè)轉(zhuǎn)角頻率就按上述規(guī)律改變一次上一頻段的斜率。（5）給出不同ω值，計(jì)算對(duì)應(yīng)的QUOTE，再利用QUOTE進(jìn)行代數(shù)相加，畫出系統(tǒng)的開環(huán)相頻特性曲線。三、計(jì)算及綜合題1、教材作業(yè)題、例題：P54：2-10