控制工程基礎(chǔ)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(diào)節(jié)的。開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)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(jié)構(gòu)復雜、設(shè)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)請簡述順饋校

2、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？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(jié)構(gòu)有關(guān)，與外界輸入無關(guān)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(jié)構(gòu)，不同的物理結(jié)構(gòu)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(guān)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(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即系統(tǒng)的最優(yōu)控制當輸入已知，且輸

3、出也已給定時，確定系統(tǒng)應(yīng)使得輸出盡可能符合給定的最佳要 求，即最優(yōu)設(shè)計當系統(tǒng)的輸入與輸出均已知時，求出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(guān)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(yīng)指標(即上升時間、峰值時間、最大超調(diào)量、調(diào)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(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(diào)量)、Ts (調(diào)整時間)的 關(guān)系二階欠阻尼系統(tǒng)若

4、 不變，增大(或減小)Wn,則超調(diào)量MP不變，調(diào)整時間 Ts減小(或增大)；若 Wn不變，增大(或減小) ，則超調(diào)量MP減小(或 增大)，調(diào)整時間Ts減小(或增大)(11)簡述串聯(lián)超調(diào)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(yīng)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(yīng)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軸的右半平面內(nèi)是解析的，(這就意味著當 t- 時，f (t) 趨近于一個確定的

5、值，)則函數(shù) f (t)的終值為limt f limF(s) s o(14)什么叫系統(tǒng)分析？當系統(tǒng)已定，并且輸入知道時，求出系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，并通過輸出來研究系統(tǒng)本 身的有關(guān)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(zhuǎn)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(shè)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)范圍， 尤其是低頻段的擴展，對工程系統(tǒng)設(shè)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

6、 和，冉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(diào)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？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)的基本要求是什么？對控制系統(tǒng)的基本要求有系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)的快速性和響應(yīng)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

7、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(yīng)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(chǎn)生 的相應(yīng)，等于各個外加作用單獨作用的響應(yīng)之和(23)簡述系統(tǒng)時間響應(yīng)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數(shù)關(guān)系稱之為系統(tǒng) 的時間響應(yīng)，通過時間響應(yīng)的分析可以揭示系統(tǒng)

8、本身的動態(tài)特性（ 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(jié)構(gòu)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地或經(jīng)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

9、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(guān)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(shè)置積分環(huán)節(jié)（ 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）頻率特性和傳遞函數(shù)的關(guān)系是什么？若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G （s）,則相應(yīng)系統(tǒng)的頻率特

10、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(yīng)的瞬時響應(yīng)反映哪方面的性能？而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映哪方面的性能？瞬態(tài)響應(yīng)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)的快速性等方面的性能，而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映了系統(tǒng)響應(yīng)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等的負實根？二階系統(tǒng)的特征方程為：s2 2 wn wn2 0,特征根為s1,2

11、 wn wn2 1, 要使根具有兩個不相等的負實根，必須滿足wn 0 2 101(37)請簡述拉斯變換的卷積定理？f(t )g( )d F(s).G(s)若 F(S) L f(t) ,G(S) L g(t), 則有L 0 t式中 0f(t)g( )df*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(yīng)，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(yīng)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)在足夠長的時間內(nèi)能恢復到其原

12、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(jié)構(gòu)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？ t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(yīng)，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(yīng)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)的閉環(huán)極點越靠近S 平面原點，其單位階躍響應(yīng)速度應(yīng)越快還是越慢 ?為什么？答：一階系統(tǒng)越靠近S 平

13、面原點，其階躍響應(yīng)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(yīng)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。6. 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(yīng)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(yīng)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。2. 求出各環(huán)