华电自动控制原理15真题解析

一：关于液位控制的，有浮子，阀门，电动机，减速器，让画出结构图，再分析是什么类型的系统。。。。貌似经常见得题目。

知识点：系统建模，自动控制系统的概念及其基本要求，负反馈原理，系统分类

1. 对自控系统的要求

对自控系统的要求用语言叙述就是两句话： 要求输出等于给定输入所要求的期望输出值； 要求输出尽量不受扰动的影响。

恒量一个系统是否完成上述任务，把要求转化成三大性能指标来评价： 稳定——系统的工作基础；

快速、平稳——动态过程时间要短，振荡要轻。

准确——稳定精度要高，误差要小。 2、自动控制系统的概念及其基本要求

自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。

自动控制系统 指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。

自动控制系统⎪⎪

⎪

⎪

⎪

⎩

⎪⎪

⎪

⎪

⎪

⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧校正元件执行元件放大元件比较元件测量元件给定元件控制装置（控制器）被控对象 3、负反馈原理 把被控量反送到系统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以减小或消除偏差。

实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。 实现自动控制的主要原则有三：

主反馈原则——按被控量偏差实行控制。 补偿原则——按给定或扰动实行硬调或补偿控制。 复合控制原则——闭环为主开环为辅的组合控制。

4、重点掌握线性与非线性系统的分类，特别对线性系统的定义、性质、

判别方法要准确理解。

线性系统−−→−描述⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨

⎧−−→−⎩⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪

⎨⎧−−→−⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧状态空间法时域法状态方程变系数微分方程时变状态方程频率法

根轨迹法时域法状态方程频率特性传递函数常系数微分方程定常分析法分析法

非线性系统⎪

⎪⎩

⎪

⎪

⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧−−→−−−→−−−→−⎩⎨⎧−−→−状态空间法相平面法

描述函数法本质线性化法

非本质状态方程非线性微分方程分析法

分析法分类描述

仿真题：图为液位控制系统的示意图，试说明其工作原理并绘制系统的方框图。

说明 液位控制系统是一典型的过程 控制系统。控制的任务是：在各种扰动的 作用下尽可能保持液面高度在期望的位置 上。故它属于恒值调节系统。现以水位控 制系统为例分析如下。

解 分析图可以看到：被控量为水位 高度h （而不是水流量Q 2或进水流量Q 1）； 受控对象为水箱；使水位发生变化的主要

图1-3 液位控制系统示意图

原因是用水流量Q2，故它为系统的负载扰动；而进水流量Q1是用以补偿用水流量的改变，使水箱的水位保持在期望的位置上的控制作用；控制进水流量的使由电动机驱动的阀门V1，故电动机-减速器-阀门V1一起构成系统的执行机构；而电动机的供电电压u d取决于电位器动触点与接零点之间的电位差，若记接零点与电位参考点之间的电压为u g，则它便是系统的给定信号，记动触点与电位参考点之间的电压为u f，而u d=u g-u f，故u f为负反馈信号。于是可绘制系统方框图，如图所示。

Q

Q

图1-4 液位控制系统方块图

系统的调节过程如下：调整系统和进水阀V1的开度使系统处于平衡状态，这时进水流量Q1和额定的用水流量Q2保持动态平衡，液面的高度恰好在期望的位置上，而与浮子杠杆相联接的电位器动触头正好在电位器中点（即接零点）上，从而u d＝0电动机停止不动；当用水流量发生变化时，比如用水流量增大使得液面下降，于是浮子也跟着下降，通过杠杆作用带动电位器的动触点往上移，从而给电动机电枢提供一定的电压，设其极性为正的(即u d>0),于是电动机正转，通过减速器驱动阀门V1增大其开度。

二、给定一个传递函数，大概是G （s ）=N （s ）/(s+p1)(s+p2).......(s+pn).求在r(t)=Rmsin(wt)时的稳态输出。

知识点：频域响应的定义，频率特性与传递函数的关系，幅频特性和相频特性。 1 频率特性的定义

对于一个稳定的线性定常系统，当输入信号为()t X t x ωsin =时，其输出的稳态分量

()t y ss 是同频率的正弦信号，()()ϕω+=t Y t y ss sin ，与输入信号相比，仅是幅值和相位的

变化。

定义：

ϕ

ϕj j j e X

Y Xe Ye =0为系统的频率特性。 2 频率特性与传递函数的关系

设系统的传递函数为G(s)，则其频率特性为：

()()ωωj s s G j G ==

)(ωj G 是个复变函数，它的模表示

输入

输出

的模。 它的角表示输出与输入的相位差 3 幅频特性和相频特性

系统频率特性)(ωj G 是一个复数，通常记为：

()()()ωϕωωj e A j G =

其中，()()ωωj G A =——幅频特性，表示输出稳态分量与输入正弦信号的振幅比。

()()ωωϕj G ∠=——相频特性，表示输出稳态分量与输入正弦信号的相位差。

出系统的许多特性。

根据图像我们可以分析表示出来。的函数，都可以用图像

它们都是称为相频特性称为幅频特性ωωω⎭

⎬⎫

)(arg )(j G j G

仿真题：控制系统的频率特性反映为：正弦信号作用下系统响应性能

已知一控制系统结构图如图5-61所示，当输入r (t ) = 2sin t 时，测得输出