2015年秋季学期《自动控制理论》总复习题及答案

1《自动控制理论》总复习题一、填空题1、控制装置与受控对象之间时，称为开环控制，相应的控制系统称为开环控制系统。只有顺向作用而无反向联系2、自动控制系统的、和反映了系统的输出量、输入量和内部各种变量间的关系，也反映了系统的内在特性。微分方程、传递函数、系统框图3、频率特性又称频率响应，它是系统（或元件）对的响应特性。不同频率正弦输入信号4、按给定信号的形式分，自动控制系统可以分为、和。恒值控制系统、随动系统、过程控制系统5、系统的稳定性取决于，而与无关。固有的特性扰动信号6、根据校正装置本身是否有电源，可分为和。无源校正装置、有源校正装置7、自动控制系统的、和反映了系统的输出量、输入量和内部各种变量间的关系，也反映了系统的内在特性。微分方程、传递函数、系统框图8、保持器是将采样信号转换成的装置，其转换过程恰好是采样过程的。连续信号、逆过程9、根据校正装置在系统中所处位置的不同，一般可分为、、和。串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正10、保持器是将采样信号转换成的装置，其转换过程恰好是采样过程的。连续信号、逆过程二、判断题21、反馈控制系统中只能有负反馈。（×）2、微分方程和传递函数不存在一一对应的数学关系。（×）3、单位脉冲函数在现实中是不存在的，它只有数学上的意义。（√）4、PD调节器提供了负的相位角，所以PD校正也称为超前校正。（×）5、离散控制系统是一种断续控制方式。（√）6、线性系统的特点是系统全部由线性元件组成。（√）7、传递函数代表了系统的固有特性。（√）8、系统的稳态误差由动态误差和静态误差两部分组成。（×）9、PI调节器提供了正的相位角，所以PI校正也称为滞后校正。（×）10、微分方程和传递函数不存在一一对应的数学关系。（×）三、单项选择题1、传递函数是在（A）基础上引入的描述线性定常系统或元件输入、输出关系的函数。A.拉普拉斯变换B.傅立叶变换C.Z变换D.等效变换2、下述说法中错误的是（D）。A.最大超调量和振荡次数反映了系统的稳定性能。B.调整时间反映了系统的快速性。C.稳态误差反映了系统的准确度。D.振荡次数越多，系统稳定性能越好。3、对于恒值系统，由于给定量是不变的，常用（C）衡量系统的稳态品质。A.静态误差B.输出误差C.扰动作用下的稳态误差D.扰动作用下的瞬态误差4、频率特性对称于横轴的是（D）。A.比例环节与惯性环节3B.积分环节与微分环节C.比例微分环节与惯性环节D.比例环节与微分环节5、下述选项中（D）不是根据校正装置在系统中的不同位置对校正进行分类的。A.串联校正B.反馈校正C.顺馈补偿校正D.并联校正6、下述选项中，描述积分环节传递函数的是（B）。A.B.C.D.7、对于恒值系统，由于给定量是不变的，常用（C）衡量系统的稳态品质。A.静态误差B.输出误差C.扰动作用下的稳态误差D.扰动作用下的瞬态误差8、之所以可以利用叠加法求系统的开环对数频率特性是因为系统的频率特性具有（B）。A.齐次性B.叠加性C.线性D.微分性9、关于无源校正装置下述说法正确的是（A）。A.本身没有增益，只有衰减；输入阻抗低，输出阻抗高。B.本身有增益，并且有衰减；输入阻抗低，输出阻抗高。C.本身没有增益，只有衰减；输入阻抗高，输出阻抗低。D.本身有增益，并且有衰减；输入阻抗低，输出阻抗高。410、在系统的反馈控制回路中加入（B）前馈补偿，可组成复合控制。A.顺馈补偿B.前馈补偿C.反馈补偿D.扰动补偿五、简答题1、自动控制理论中常用的数学模型有哪些？简单说明。答：时域数学模型：微分方程、差分方程、状态方程复域数学模型：传递函数、结构图频域数学模型：频率特性2、控制系统阶跃响应的其动态性能指标是什么？答：动态指标通常用上升时间()、最大超调量（）、调整时间()和振荡次数()来衡量。①上升时间()：上升时间指输出量第一次到达稳态值所需的时间，它说明了系统的反映速度。②最大超调量（）：最大超调量是输出量与稳态值的最大偏差与稳态值之比。即最大超调量反映了系统的动态精度，最大超调量越小，则说明系统过渡过程进行得越平稳。③调整时间()：调整时间是系统输出量进入并一直保持在稳态值的允许误差范围内所需要的时间，其误差范围一般定为。调整时间反映了系统的快速性。调整时间越短，系统快速性越好。④振荡次数()：振荡次数是指在调整时间内，输出量在稳态值上下摆动的周期数，5即调整时间内系统响应曲线穿越稳态值次数的一半。振荡次数越少，系统稳定性能越好。19、什么是系统校正？答：当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时，首先可以考虑调整系统中可以调整的参数；若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有系统中增添一些装置和元件，人为改变系统的结构和性能，使之满足要求的性能指标，我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置或校正元件。系统中除校正装置以外的部分，组成了系统的不可变部分，称为固有部分。3、什么是系统校正？答：当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时，首先可以考虑调整系统中可以调整的参数；若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有系统中增添一些装置和元件，人为改变系统的结构和性能，使之满足要求的性能指标，我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置或校正元件。系统中除校正装置以外的部分，组成了系统的不可变部分，称为固有部分。4、闭环控制系统有什么特点？答：闭环控制系统有如下的特点：1)由于系统的控制作用是通过给定量与反馈量的差值进行的，故这种控制常称为按偏差控制，又称反馈控制。2)这类系统具有两种传输信号的通道：由给定值至被控量的通道称为前向通道；由被控量至系统输入端的通道称为反馈通道。3)不论取什么物理量进行反馈，作用在反馈环内前向通道上的扰动引起的被控量的偏差值，都会得到减小或消除，使得系统的被控量基本不受该扰动的影响。反馈控制可以进行补偿，这是闭环控制的一个突出的优点。5、控制系统的稳态误差是怎样分类的？怎样衡量恒值系统和随动系统的稳态品质？答：为了分析方便，把系统的稳态误差按输入信号形式不同分为扰动稳态误差和给定稳态误差。对于恒值系统，由于给定量是不变的，常用扰动作用下的稳态误差衡量系统的稳态6品质；而对随动系统，给定量是变化的，要求输出量以一定的精度跟随给定的变化，因此给定稳态误差变成恒量随动系统稳态品质的指标。6、系统校正有哪些方式？请简单解释。答：根据校正装置在系统中的不同位置，一般可分为串联校正、反馈校正、顺馈补偿校正。串联校正：校正装置串联在系统固有部分的前向通路中，称为串联校正。反馈校正：校正装置与系统固有部分按反馈联接，形成局部反馈回路，称为反馈校正。顺馈补偿校正：顺馈补偿校正是在反馈控制的基础上，引入输入补偿构成的校正方式。四、画图题1、结构图（框图）有哪些基本元素组成？请画出结构图的基本元素，并简单说明。答：组成框图的基本元素是信号线、引出点、比较点和功能框。这四个基本元素的详细解释如下：1)信号线的箭头表示信号传输方向；2)引出点（又称分支点）表示把一个信号分成两路或多路输出，同一位墨引出的信号都与原信号相同；3)比较点（又称相加点）具有对几个信号求和的功能，在信号的输入处要注明它们的极性；4)功能框表示一个环节或系统，功能框中填入相应环节或系统的传递函数。2、请写出积分环节的对数频率特性的表达式，并画出其对数幅频特性和对数相频特性的伯德图。答：1)对数频率特性72)伯德图(1)对数幅频特性在处过的点（或在处过零分贝线）的，斜率为-20dB/dec的斜直线。(2)对数相频特性，即为一条水平直线。3、请分别画出串联环节、并联环节和反馈联接的等效变换框图。答：串联变换8并联变换反馈变换4、请写出比例环节的对数频率特性的表达式，并画出其对数幅频特性和对数相频特性的伯德图。答：1)对数频率特性2)伯德图(1)对数幅频特性为水平直线，其高度为。若，则为正值，水平直线在横轴上方。若，则，水平直线与横轴重合，横轴又称零分贝线。若，则为负值，水平直线在横轴下方。9(2)对数相频特性为与横轴重合的水平直线。增设比例环节后，将使系统的向上（或向下）平移，但不会改变的形状，对系统将不产生任何影响。5、画出频率特性、传递函数和微分方程3中系统描述之间的关系。答：10