自动控制期末复习题..

答案来源说明：“胡”：自动控制原理简明简称（第二版）胡寿松；“黄”：自动控制原理及其应用第三版黄坚

一．名词解释(本题共4小题，每小题3分，共12分)

1.自动控制就是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使整个生产过程或设备自动地按预定规律运行，或使其某个参数按要求变化。

2. 自动控制系统（automatic control systems ）是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。自动控制系统是实现自动化的主要手段。简称自控系统。

3.控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。（P2）

4.控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，即有被控量对控制过程的影响，这种控制称为闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。（p2）

5. 对于线性定常系统来说，当初始条件为零时，输出量拉氏变换之比叫做系统的传递函数。

6．峰值时间p t ：响应超过)(∞c 达到第一个峰值的时间。（p t 指系统相应从零开始，第一次达到峰值所需的时间,P42）

7．调节时间s t ：在)(t c 曲线的)(∞c 附近，取其%5%2±±或称为误差带，或叫允许误差，用∆表示。s t 是响应曲线c (t )达到并不再超出其误差带的最小时间。（s t 指系统响应从零开始，达到并保持在稳态值的%5%2±±或误差围，即相应进入并保持在%5%2±±或误差带之所需的时间,P43）

8.超调量%σ：响应的最大值m ax c 超过)(∞c 的百分数。即)

()(%max ∞∞-=c c c σ*100%。 超调量指系统响应超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比，即（p43）

9．稳态误差ss e ：对于单位反馈系统，当∞→t 时，系统响应的实际值与期望值（即输

入量）之差： )]()([lim t c t r e t ss -=∞→)

(lim t e t ∞→=。

稳态误差指系统期望与实际输出的最终稳态值之间的差值。这是一个稳态性能指标。

（P43）

10.偶极子：如果闭环零、极点相距很近，那么这样的闭环零、极点常称为偶极子。

（胡,p157） 11.主导极点：当离虚轴最近的极点到虚轴的距离是其它极点到虚轴距离的5

1 或更小，并且附近又没有零点，构不成偶极子时，这样的极点对系统响应起主要作用，故称为

主导极点。（对整个时间响应过程起主要作用的闭环极点（胡,p157））

12.根轨迹：根轨迹------当系统某个参数变化时，闭环特征根在s 平面上移动的轨迹。 （根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从零变化到无穷时，闭环系统特征方程式的根在S 平面上变化的轨迹。（胡,p135））

13.频率特性 (frequency response characteristics) ：对于线性系统来说，当输入信号为正

弦信号

时，稳态时的输出信号是一个与输入信号同频率的正弦信号，不同的只是其幅值与相位，

且幅值与相位随输入信号的频率不同而不同。输出与输入的幅值比随频率变化的函数

称为幅频 magnitude-frequency 特性，输出与输入的相位差随频率变化的函数称为

相频 phase-frequency 特性。两者合称频率特性。

14.开环截止频率：

15.幅值裕度：G(jw)H(jw)曲线上，模值为1处对应的矢量与负实轴之间的夹角。（黄,p98）

16.相位裕度：开环频率特性的相角）（g ωϕ= -180°时，在对应的频率g ω处，开环频率

特性的幅值|)()(|g g j H j G ωω的倒数。（黄,p98）

17.频带宽度：

二．简答题（本题共3小题，每小题5分，共15分）

第一章

1．对自动控制系统的基本要什么？并加以说明.

答：基本要求： 稳、快、准(2分)

（1）稳定性指动态过程的振荡倾向和系统重新恢复平衡状态的能力。(1分)

（2）快速性指动态过程进行的时间长短。（1分）

（3）准确性指系统过渡过程结束到新的平衡工作状态以后或系统受干扰后重新恢复平

衡，最终保持的精度。反映后期性能。（1分）

2．控制系统的两种最基本的形式是什么？并给出定义说明。

开环控制：控制器与被控制对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程。（2分） 闭环控制：被控量与给定值比较后用其偏差对系统进行控制。亦称反馈控制。（3分）

3．控制系统通常是由哪些典型环节构成的？

答：（1）比例环节 （2）积分环节 （3）微分环节 （4）一阶惯性环节

(5) 二阶振荡环节（6）延迟环节 (全答对得5分，答错1个减1分)

第二章

4．什么是结构图？由哪几部分组成？（胡）

控制系统的结构图是描述系统各元部件之间信号传递关系的数学图形，他表示了系统各变量之间的因果关系以及对各变量所进行的运算，是控制系统中描述复杂系统的一种简便方法。 控制系统的结构图是由许多对信号进行单项运算的方框和一些信号流向线组成，它包含四种基本单元：

信号线：信号线是带有箭头的直线，箭头表示信号的流向，在支线旁标记信号的时间函数或象函数。

引出点（或测量点）：引出点表示信号引出或测量的位置，从同一位置引出的信号在数值和性质方面完全相同。

比较点（或综合店）：比较点表示对两个以上的信号进行加减运算，“+”号表示相加，“-”号

表示相减，“+”号可省略不写。

方框（或环节） 方框表示对信号进行的数学变换，方框中写入元部件或系统的传递函数。显然，方框的输出变量等于方框的输入变量与传递函数的乘积，即)()()(S U S G S C 因此，方框可视作单项运算的例子。

5．分别说明增加系统的开环零点和开环极点对系统根轨迹的影响。

增加开环零点对根轨迹的影响:

由绘制根轨迹的法则，增加一个开环零点，对系统的根轨迹有以下影响：

(1) 改变了根轨迹在实轴上的分布。

(2) 改变了根轨迹渐近线的条数、倾角及截距。

(3) 若增加的开环零点和某个极点重合或距离很近，构成开环偶极子，则两者相互抵消。因此，可加入一个零点来抵消有损于系统性能的极点。

(4) 根轨迹曲线将向左偏移，有利于改善系统的动态性能，而且，所加的零点越靠近虚轴，影响越大。

增加开环极点对根轨迹的影响

由绘制根轨迹的法则，增加一个开环极点，对系统的根轨迹有以下影响：

(1) 改变了根轨迹在实轴上的分布。

(2) 改变了根轨迹渐近线的条数、倾角和截距。

(3) 改变了根轨迹的分支数。

(4) 根轨迹曲线向右偏移，不利于改善系统的动态性能。所增加的极点越靠近虚轴，这种影响就越大。

6．结构图的化简原则是什么？

答：(1)化简前后，前向通路传递函数的乘积不变。（3分）

(2)化简前后，回路传递函数的乘积不变。(2分)

7．什么是传递函数？传递函数的性质？（胡,P45）

答：在零初始条件下，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比叫系统的传递函数。（2分）

性质

（1）传递函数是复变量s 的有理真分式函数，具有复变函数的所有性质；m ≤n 且所有系数均为实数。