控制系统设计基础

控制部分:

一、根据人体红外辐射传感器原理，设计一个自动门控制系统

1.画出系统组成方框图（不得少于4个环节），

人体信号-光学系统-热释电红外传感器-信号处理-自动门控制电路-开关

2.介绍系统运行原理（不多于50字）

3.说出这是按什么控制的（不多于20字）

4.如果将人换成工厂里来了一辆运输车什么来着的，修改哪个环节最好（不多于20字）。

二、水池里的水有时会太多，有时会太少，设计一个液位控制系统

1.画出系统组成结构图，

2.介绍控制装置各个原件，对应什么，有什么用。

期望液位-比较器-控制器（机械或气动装置）-执行器（阀门）-被控量（水池液位）-检测装置（传感器）

三、对于一阶惯性系统，根据系统控制要求选择合适的控制器，可选择的控制器有P,I,D,PI,PD,PID，有2小问，

1.追求较好的控制速度，容许有稳态误差，期望无超调，说出理由（不多于50字），

2.期望较好的控制速度，不容许有稳态误差，期望无超调，说出理由（不多于50字）

传感器与检测部分:

一、填空题

1.电涡流传感器那里的，线圈下方放置金属导体时，等效电阻会怎样（变大），等效电感会怎样（变小），等效品质因数会怎样（变小），

2.电容式传感器根据不同的结构分为哪3类（变极距，变面积，变介电常数），

3.光纤传感器的组成（纤芯，包层，保护套），光在光纤中传播，入射角与折射率应满足（光在包层和纤芯的分界面上发生全反射）。

二、应变片

1.什么是金属导体的电阻应变效应：导体的电阻在受力产生变形时发生变化的现象。

2.金属导体标准阻值R为1200欧姆，传感器灵敏度K为2，应变ε是几百微应变，求电阻变化了多少？（ΔR/R=Kε）

3.一个等强度悬梁臂，上面贴2块应变片，下面贴2块应变片，组成全桥，从上方施加压力，画出电桥的电路，并标出阻值的变化情况，电源电压10V，求输出电压。

三、热电偶

1.说出热电偶的测温原理（热电势的组成及原因，接触电势和温差电势），

2.计算题，和书上一个例题一样，数值不一样，求热端温度T，给你E(Tn,0)和E(T,Tn)求T，会给一张温度表（PS:书上有，要会查表= =）

面试：

第一，是英文翻译，是现代控制理论的。

第二，是专业问题。

1，用了PD调节器时，出现了较大的震荡，是什么原因（P的增益设的太大）

2，增大无阻尼固有频率会有什么好的影响，但是这样又会有什么不利的影响。

3，非线性有哪些具体形式，对系统有什么影响。

4，李雅普诺夫稳定性的本质是什么，李雅普诺夫稳定判据可以判别非线性系统吗。

5，什么是静稳定飞机，什么是静不稳定飞机。

静稳定性，静不稳定，静中立稳定

动稳定，动不稳定，动中立稳定

6，阻尼器的作用是什么。

以飞机角运动作为反馈信号，稳定飞机的角速率，增大飞机运动的阻尼，抑制振荡 7，飞机飞行时需要用到哪些传感器。

驾驶杆力传感器，驾驶杆位移传感器，脚蹬位移传感器，温度传感器，压力传感器，加速度传感器，迎角传感器

8，什么是可观性，当系统不可测的时候，怎么样控制系统

9，谈谈对飞行控制系统前景及未来的发展。

采用光传操纵系统。利用光纤数据传输技术，抗电磁干扰，防雷电，光线本身电隔离性好，可以减轻控制系统的重量和体积，采用只能空感知系统，在变化的环境下能自主完成目标的

控制。采用功率电传技术，涌泉点系统代替飞机集中式液压和气动系统，在操纵免除直接将电功率转换成机械功率，安装维护简便，降低油耗，提高飞行操纵可靠性和飞机生存能力，便于实现一体化控制。

10.导航制导与控制的关系

导航，简单地说就是确定飞行器的位置和速度信息；制导就是把飞行器看成一个质点，控制其从一个位置飞行到另一个期望的位置；控制就是把飞行器看成一个刚体，按照制导的指令改变其姿态和轨道达到期望值。概括地说，导航就是确定与期望值的偏差；制导就是消除偏差的策略；控制就是执行策略的手段。导航(Navigation)是指利用卫星定位，将物体之位置及移动路径于接收器上显示出来，以指引使用者行进路径及方向。控制是指控制主体按照给定的条件和目标，对控制客体施加影响的过程和行为。导引和控制飞行器按一定规律飞向目标或预定轨道的技术和方法。区别就像别人问路，导航就是给他指路，制导就是给他带路。制导是导引和控制飞行器按一定规律飞向目标或预定轨道的技术和方法。制导过程中，导引系统不断测定飞行器与目标或预定轨道的相对位置关系，发出制导信息传递给飞行器控制系统，以控制飞行。导航是引导某一设备，从指定航线的一点运动到另一点的方法

11.微分环节在什么情况下可以转化为比例环节

PID

P控制规律

比例控制的输出信号与输入偏差成比例关系。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小偏差，是最基本的控制规律。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

I控制规律

对于一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个系统是有差系统。为了消除稳态误差，必须引入积分控制规律。积分作用是对偏差进行积分，随着时间的增加，积分输出会增大，使稳态误差进一步减小，直到偏差为零，才不再继续增加。因此，采用积分控制规律的主要目的就是使系统无稳态误差，提高系统的准确度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。

由于积分引入了相位滞后，使系统稳定性变差。因此，积分控制一般不单独使用，通常结合比例控制构成比例积分(PI)控制器。

D控制规律

在微分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的微分(即偏差的变化率)成正比关系。可减小超调量，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

微分控制反映偏差的变化率，只有当偏差随时间变化时，微分控制才会对系统起作用，而对无变化或缓慢变化的对象不起作用。因此微分控制在任何情况下不能单独与被控制对象串联使用。

需要说明的是，对于一台实际的PID控制器，如果把微分时间TD调到零，就成为一台比例积分控制器；如果报积分时间TI放大到最大，就成了一台比例微分控制器；如果把微分时间调到零，同时把积分时间放到最大，就成了一台纯比例控制器。

由于PID控制规律综合了比例、积分、微分三种控制规律的优点，具有较好的控制性能，因而应用范围更广。PID控制器可以调整的参数是KP、TI、TD。适当选取这三个参数的数值，可以获得较好的控制质量，实际应用过程中很多工程技术人员对PID参数整定不是很数量，这是应选择自整定功能强和控制算法先进的人工智能调节器，方便获得最佳的PID参数。在选择PID控制规律时，应根据被控对象的动态、静态特性以及实际控制要求和控制品质来选择

比例控制规律应用

优缺点：比例控制结构简单，控制及时，参数整定方便；控制结果又稳态误差。

适用场合：比例控制规律适用于对一阶惯性对象，负荷变化不大，工艺要求不高，如果用于压力、液位、串级副控回路等场合，可采用比控制。

比例积分控制规律应用

优缺点：比例积分控制规律能消除稳态误差；积分作用控制慢，会使系统稳定性变差。

适用场合：比例积分规律适用于对象滞后较大，负荷变化较大，但变化缓慢，要求控制结果无稳态误差场合。比例积分规律广泛用于压力、流量、液位和那些没有大的事件滞后的具体对象。

比例微分规律应用

优缺点：比例微分规律响应快，偏差小，能增加系统稳定性，有超前控制作用，可以克服对象的惯性；但控制作用有稳态误差。

适用场合：比例微分规律适用于对象滞后较大，负荷变化不大，被控变量变化不频繁，控制结果允许有稳态误差存在的场合。