东北大学自动控制原理必备课后简答

第一章
1.什么是自动控制系统？自动控制系统通常由哪些基本环节组成？各环节起什
么作用？
1) 在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控
制系统。
2) 6部分：控制对象：要进行控制的设备或过程；执行机构：直接作用于控制对
象，使被控制量达到所要求的数值；检测装置：检测被控制量；给定环节：设定被控制
量的给定值的装置；比较环节：检测的被控制量与给定量比较，确定两者之间的偏差量；
中间环节：一般为放大环节，将偏差信号变换成适于控制执行机构执行的信号。
2.试比较开环控制系统与闭环控制系统的优缺点
1) 工作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差，控制精度和抑制干
扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。闭环控制系统可以根据检测误差，
从而抗干扰性强。
2) 结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单。闭环系统由于添加了纠正偏差
的环节，所以成本较高。
3) 稳定性：开环控制系统的稳定性比较容易解决。闭环系统中反馈回路的引入增
加了系统的复杂性。
3.什么是系统的暂态过程？对一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到
某一个值时，输出量的暂态过程如何？
1) 系统从一个稳态过度到另一个稳态的需要经历的过渡过程。
2) 单调过程；衰减振荡过程；持续振荡过程；发散振荡过程。
第二章
1.什么是系统的数学模型？在自动控制系统中常见的数学模型形式有哪些？
1) 描述系统因果关系的数学表达式
2) 微分方程、传递函数、状态方程、传递矩阵、结构框图和信号流图。
2.简要说明用解析法编写自动控制系统动态微分方程的步骤。
1) 确定系统的输入量和输出量；
2) 从系统的输入端开始，沿着信号传递方向，逐次依据组成系统各元部件的有关
物理规律，列写元件或环节的微分方程；
3) 消除中间变量，建立只有输入量和输出量及其各阶导数构成的微分方程。
3.什么是小偏差线性化？这种方法能够解决哪类问题？
就是将一个非线性函数在工作点展开成泰勒级数，略去二次以上的高次项，得到线
性化方程，用来替代原来的非线性函数。综合来说，就是用某点的切线代替原非线性曲
线
4.什么是传递函数？定义传递函数的前提条件是什么？为什么要附加这个条件？
传递函数有哪些特点？
1) 在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 2) 当初始
条件为零
3) 在零初始条件下，传递函数与微分方程一致
4) 1．传递函数是复变量S的有理真分式，具有复变函数的所有性质；且所有系
数均为实数。2．传递函数是一种有系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式，
它只取决于系统或元件的结构和参数，而与输入量的形式无关，也不反映系统内部的任
何信息。3．传递函数与微分方程有相通性。4．传递函数的拉氏反变换是系统的单位脉
冲响应。
6.自动控制系统有哪几种典型环节？它们的传递函数是什么样的？
比例环节，积分环节，微分环节，惯性环节，振荡环节，时滞环节
7.二阶系统是一个振荡环节，这种说法对么？为什么？
当阻尼比0到1时是一个振荡环节，否则不是一个振荡环节。
8.什么是系统的动态结构图？它等效变换的原则是什么？系统的动态结构图有
哪几种典型的连接？将它们用图形的形式表示出来，并列写出典型连接的传递
函数。
将系统中所有的环节用方框图表示，图中表明其传递函数，并且按照在系统中各环
节之间的关系，将各方框图连接起来。
9.什么是系统的开环传递函数？什么是系统的闭环传递函数？当给定量和扰动
量同时作用于系统时，如何计算系统的输出量？
系统的开环传递函数为前向通路传递函数与反馈通路传递函数之积。 系统的闭环
传递函数为输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比。
当给定量和扰动量同时作用于系统时，通过叠加原理计算系统的输出量。
11.对于一个确定的自动控制系统，它的微分方程、传递函数和结构图的形式都
将是唯一的。这种说法对么吗？为什么？
不正确。
第三章
1.控制系统的时域指标如何定义？
动态性能指标与稳态性能指标
2.系统的动态过程与系统的极点有什么对应关系？
1) 为了保证系统稳定，闭环极点都必须分布在s平面的左半面； 2) 极点越远
离虚轴，系统的调节时间越小 3) 远离虚轴的闭环极点对瞬态响应影响越小。
3.系统的时间常数对其动态过程有何影响？ 4.提高系统的阻尼比对系统有什
么影响？
超调量减少，振荡次数减少，调节时间短，动态品质提高
5.什么是主导极点？主导极点在系统分析中起什么作用？
距离虚轴最近的极点，且实部小于其他极点的实部的0.2倍，且附近不存在零点。
如果存在一对共轭主导极点，可以将高阶系统近似地看做二阶系统来分析。
6.系统的稳定的条件是什么？
所有的闭环特征根分布在s平面虚轴的左侧
7.系统的稳定性与什么有关？
线性系统的稳定性取决于系统本身的固有特性
8.系统的稳定误差与哪些因素有关？
系统的结构、系统的参数以及输入量的形式。
9.如何减少系统的稳态误差？
增大开环放大系数，提高系统阶次，引入前馈控制
第四章
1.根轨迹法使用于哪类系统的分析?
闭环系统
2.为什么可以利用系统开环零点和开环极点绘制闭环系统的根轨迹?
闭环特征方程与开环传递函数可由 1+wk=0表示，闭环特征根的很多特性与开环
零级点很相关
第五章
1.用时域与频域法分析设计和设计系统的主要区别是什么？
时域分析是以时间轴为坐标表示动态信号的关系；频域分析是把信号变为以频率轴
为坐标表示出来。
2.用时域法分析和设计系统的主要优点是什么？
不必直接求解系统的微分方程，而是间接地揭示系统的时域性能，它能方便的显示
出系统参数对系统性能的影响，并可以进一步指明如何设计校正
3.奈氏稳定判据的本质是什么？

4.试述二阶系统闭环频率特性与时域中阶跃相应之间的关系。
5.试定性叙述伯德图各段与时域指标之间的对应关系。
第六章
1.什么是系统的校正？系统校正有哪些方法？
根据具体生产过程的工艺要求来设计一个控制系统，使其性能指标满足工艺的要
求。
根据校正装置和系统不可变部分的连接方式，通常可分为三种基本的校正方式：串
联校正、反馈校正（也称并联校正）和前馈校正
2.试说明超前网络和滞后网络的频率特征，他们各自有哪些特点？
超前网络：在系统中加入一个相位超前的校正装置，使之在穿越频率处相位超前，
以增加相位裕度。
滞后网络：在低频段提高其增益，而在穿越频率附近，保持其相位移的大小几乎不
变。 超前校正会使带宽增加，加快系统的动态响应速度，滞后校正可改善系统的稳态
特性，减少稳态误差。
3. 试说明频率法超前校正和滞后校正的使用条件
超前校正：如果一个系统是稳定的，且具有满意的动态响应，但其动态响应较差时，
则应改变特性的中频段和高频段，以改变穿越频率或相位裕度。
滞后校正：如果一个系统是稳定的，且具有满意的动态响应，但稳态误差过大时，
必须增加低频段增益以减小稳态误差，同时尽可能保持中频段和高频段特性不变。
4. 相位滞后网络的相位角滞后的，为什么可以用来改善系统的相位裕度？
引入积分控制的主要目的，是为了提高系统的无差度，以消除或减少稳态误差，从
而使系统的稳态性能得以提高
5. 反馈校正所依据的基本原理是什么？
适当地选择反馈校正回路的增益，可以使校正后的性能主要决定于校正装置，而与
被反馈校正装置所包围的系统固有部分特性无关。
6. 试说明系统局部反馈对系统产生哪些主要影响
消除被反馈校正所包围的那部分系统不可变部分的参数波动对系统控制功能的影
响。
7在校正网络中，为何很少使用纯微分环节？
纯微分校正虽然能够反映误差变化趋势，但它不能反映稳态误差
8试说明复合校正中补偿的基本原理是什么？
通过对输入补偿的前馈校正装置Wc（s）的设计，使得输出能更好地跟踪输入的变
化
第七章
1 什么是非线性系统？它有什么特点？
含有非线性特性的系统称为非线性系统 特点：（1）稳定性：非线性系统的稳定性，
除了与系统的结构、参数有关外，很重要的一点是与系统起始偏离的大小密切相关 (2)
运动形式：非线性系统的动态响应不服从叠加原理。(3)自振：非线性系统有可能发生
自激振荡。
2 常见的非线性特征有哪些？
不灵敏区（死区）饱和间隙摩擦继电器特性(带回环的继电器特性)
3 非线性系统的分析设计方法有哪些？
相平面法和描述函数法
4 描述函数分析法的实质是什么？试描述函数的概念及其求取方法。
描述函数是对非线性特性在正弦信号作用下的输出，进行谐波线性化处理之后得到
的，它是非线性特性的近似描述，表达形式上类似于线性理论中的幅相频率特性 只考
虑非线性特性输出中的基波分量，则将输入为正弦函数时，输出的基波分量与输入正弦
量的复数比，定义为非线性特性的描述函数。
只要计算出输出函数y（t）的傅氏级数基波项系数B1和C1，即可求得描述函数。

采样器：将连续信号变成脉冲序列