自动控制原理课后题.docVIP

第一章自动控制系统的基本概念

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？

答：自动控制系统是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和（或）工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化的系统。

自动控制系统通常由给定环节、比较环节、校正环节、放大环节、执行机构、被控对象和检测装置等环节组成。

给定环节是设定被控制量的给定值的装置。

比较环节将所检测的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量。

校正环节将偏差信号转换成适于控制执行机构工作的信号。

放大环节将偏差信号变换为适于执行机构工作的物理量。

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。

被控对象是控制系统的被控制量或输出量，规律变化，以满足生产工艺的要求。

检测装置用来检测被控制量，并将其转换为与给定量相同的物理量。

2.试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。

答：开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动量对输出量的影响。当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环控制是有利的。当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则应采用闭环控制。

闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但是闭环使系统的稳定性变差，需要重视并加以解决。

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，输出的暂态过程如何？

答：暂态过程是系统从一个稳态过渡到新的稳态所经历的过程。

当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出的暂态过程可能出现以下情况：(1)单调过程。(2)衰减震荡过程。(3)持续震荡过程。(4)发散震荡过程。

第二章自动控制系统的数学模型

2-1什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?

用来描述系统因果关系的数学表达式，称为系统的数学模型。

常见的数学模型形式有：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。

2-2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。

答：1.确定系统的输入量和输出量。

2.将系统分解为各环节，根据各环节的物理规律写成各环节的微分方程。

3.消去中间变量，求得系统的微分方程式。

2-3什么是小偏差线性化？这种方法能够解决哪类问题？

在非线性曲线（方程）中的某一个工作点附近，取工作点的一阶导数，作为直线的斜率，来线性化非线性曲线的方法。

2-4什么是传递函数？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？

传递函数：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。

定义传递函数的前提条件：当初始条件为零。

为什么要附加这个条件：在零初始条件下，传递函数与微分方程一致。

传递函数有哪些特点：

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。

2-5列写出传递函数三种常用的表达形式。并说明什么是系统的阶数、零点、极点和放大倍数。

其中

其中

传递函数分母S的最高阶次即为系统的阶数，为系统的零点，为系统的极点。为传递函数的放大倍数，为传递函数的根轨迹放大倍数。

2-6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？

1．比例环节

2．惯性环节

3．积分环节

4．微分环节

5．振荡环节

6．时滞环节

2-7二阶系统是一个振荡环节，这种说法对么？为什么？

当阻尼比时是一个振荡环节，否则不是一个振荡环节。

2-9什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？

答：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。

2-11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？

答：不对。

第三章自动控制系统的时域分析

1.控制系统的时域指标如何定义？

答：时域分析是通过直接求解系统在输入信号作用下的时域响应来分析系统的性能的。通常以系统阶跃响应的超调量、调整时间和稳态误差等性能指标来评价系统性能的优劣。

2.系统的动态过程与系统的极点有什么对应关系？

答：如果高阶系统中含有一对闭环主导极点，则该系统的动态响应就