自动化控制系统及应用复习题

自动控制工程基础复习题
一、填空题
1．检测__被控制量_____，用以纠正___偏差____的原理称为反馈控制原理。

2．传递函数的定义是对于线性定常系统,在__初始条件为零__的条件下，系统输出量的拉氏变换与__输入量的拉式变换__之比。

3．系统的稳态误差与输入信号形式性质及系统的_结构_和__参数__有关。

4．极坐标图(Nyquist图)与对数坐标图(Bode图)之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的__0分贝线___；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的__-180度_。

5.开环稳定，闭环__不稳定__；开环不稳定，闭环___稳定__。

6.传递函数通过__输入量__与_ 输出量__之间信息的传递关系，来描述系统本身的动态特征。

7.系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、__型次__和__阶次__有关。

8.频率响应是系统对___谐波输入__的稳态响应，频率特性包括_幅频和相频__两种特性。

9．控制系统的时间响应，可以划分为瞬态和稳态两个过程。

瞬态过程是指系统从___初始状态__到接近最终状态的响应过程；稳态过程是指时间t趋于__无穷大__时系统的输出状态。

10．传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统与外界之间的关系，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。

二、简答题
1、简述闭环系统的控制原理并绘出其方框图。

答：闭环控制系统的控制原理如下：
(1)检测被控制量或输出量的实际值;
(2)将实际值与给定值进行比较得出偏差值;
(3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。

其方框图如下所示：
2、设系统的开环传递函数为：
)1
(
)
(
)
(
+
=
Ts
s
K
s
H
s
G
，用Nyquist图分析该系统稳定性。

3、分别简述系统控制两种主要方式（开环控制和闭环控制）的原理并分析优缺点。

4、典型二阶系统阻尼比0<ξ<1时，试问闭环极点分布如何单位阶跃响应的特征是什么答：闭环极点是一对位于[s]平面的左半平面内的共轭复数极点。

其单位阶跃响应曲线如下图,由此可知其响应特征为：
（1） xo(?) = 1，无稳态误差； （2） 振荡幅值随?减小而加大； （3）
三、计算题
1、已知系统结构如图示，求：
)
()
(s R s C 、)()(s N s C 。

答：令Cm / R=G 1(s) 1 / J S=G 2(s) Ce=H(s)
则当以R(s)为输入，N(s)=0时：
当以N(s)为输入， R(s)=0时 :
瞬态分量为振幅等于2
1ξξω--t
n e
的阻尼正弦振荡，其振幅衰减的快
慢由? 和 ?n
决定。

阻尼振荡频率 21ξ
ωω-=n d )
()()(1)()()()
(2121s H s G s G s G s G s R s C +=)
()()(1)
()()(212s H s G s G s G s N s C +=
把Cm / R=G 1(s) 1 / J S=G 2(s) Ce=H(s)分别带入上两式即可。

2、要使下图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量等于25%，峰值时间p t 为2秒，试确定K 和t K 的值。

见机械工程控制基础第五版 华中科技大学出版社114页题
3、如下图所示，为某数控机床系统的位置随动系统的方框图，试求： （12’） （1） 阻尼比ξ及无阻尼固有频率n ω;
（2） 该系统的的p M 、p t 。

见机械工程控制基础第五版 华中科技大学出版社115页题
4.设二阶系统的单位阶跃响应曲线如图3所示，如果该系统属于单位反馈控制形式，试确定其开环传递函数。

答：由图可知：
5 4
h (t)
t
图3
1
%1002
1=⨯=--ξξπ
e
M p 1
.012=-==ξ
ωπωπn d p t
由以上两式求得：ξ= w n=s
四、分析题
（3） 1、系统的负载变化往往是系统的主要干扰。

已知系统如下图所示，试分析扰动)
(s N 对系统输出和稳态误差的影响。

见机械工程控制基础第五版 华中科技大学出版社115页题
2、已知单位反馈系统的开环传递函数：)
12.0()
10(5.2)(2
++=
s s s s G ,试作出对数频率特性曲线。

解：系统的传递函数可化为：)
12.0()
11.0(25)(2
++=
s s s s G 12988.2512982)(22
22++=++=s s s s s G n n n ωξωω
其频率特性为：
)
12.0()()
1jw 1.0(25)jw (2
++=
jw jw G 该系统由一个比例环节（比例系数为k=25），两个积分环节、一个一阶惯性环节（W 1=5）和一个一阶微分环节（W 2=10）组成，因此，其Bode 图如图所示：
3、随动系统结构图如图6所示，请选择确定补偿装置G n (s)的形式，使得系统输出C (s)不受干扰N (s)的影响。

－
N(s)
R(s)
C(s)
－
m
n
K K
1
1
+Ts
)
1(+s T s K m m
G n
图6
4、已知系统如图2所示：试求传递函数
)
()(C s R s 、)()(s N s C
五、综合题
1、某单位反馈系统的开环传递函数为：)
15.2(10)(+=s s s G ,系统所希望的对数幅频特性曲线如下图所示，试求：
（1） 从曲线求期望开环传递函数)(1s G ； （2） 校正环节传递函数)(s G c ,并说明它是何种校正环节；
（3） 计算校正后的相位裕度。

2、某单位反馈系统的开环传递函数为：)
5.0()(0+=s s K s G ,系统所希望的对数幅频特性曲线如下图所示，试求：
（1） 保持校正前后稳态误差不变的K 值；
（2） 校正装置的传递函数)(s G c 。