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稳态调节练习题

稳态调节是控制系统中的一个重要概念,用于描述系统在受扰动后

的稳定状态。在自动控制系统中,稳态调节是为了使系统输出变量能

够迅速而准确地响应输入变量的改变。为了加深对稳态调节的理解,

以下是一些稳态调节练习题,供读者练习解答。

一、简答题

1.什么是稳态调节?

答:稳态调节是指系统在受扰动后,通过自身的反馈或控制手段,

使得系统的输出能够在一定时间范围内达到或接近期望值,且维持在

该期望值附近的状态。

2.稳态调节的目的是什么?

答:稳态调节的目的是使系统在受到扰动后能够快速恢复到期望状

态,以维持系统的稳定性和性能。

3.稳态调节和瞬态调节有什么区别?

答:稳态调节和瞬态调节都是控制系统中的重要概念。稳态调节描

述的是系统在长时间运行后的稳定状态,而瞬态调节则描述的是系统

在受到扰动后的短时间内的响应过程。

二、计算题

1.某温度控制系统的开环传递函数为G(s)=K/(s+a),其中K=2,a=1。

要求设计一个PI控制器,并确定合适的参数,使得系统的稳态调节性

能满足以下要求:超调量不超过15%,调节时间不超过3秒。

解:

首先,我们需要根据超调量和调节时间的要求确定临界阻尼比ξ和

自然频率ωn。

根据要求,超调量ξ=Exp(-πξ/√(1-ξ^2))=0.15

得到ξ=0.5174

调节时间T≤4/(ξωn)

代入T=3,可以求得ξωn≥1.333,取ξ=0.5,则ωn≥2.6667。

而开环传递函数G(s)=K/(s+a),代入K=2,a=1,得到G(s)=2/(s+1)。

根据临界阻尼比ξ和自然频率ωn的定义,可以得到以下方程:

ξωn=1

ωn^2=K/a

将ξ=0.5和ωn≥2.6667代入,可以求得K≥2.6667。

取K=3,得到最终的传递函数C(s)=Kp(1+1/(Tp*s))=3(1+

1/(1.3333s))。

2.某水箱液位控制系统的开环传递函数为G(s)=4/(s+1)^2。要求设

计一个PID控制器,并确定合适的参数,使得系统的稳态调节性能满

足以下要求:超调量不超过10%,调节时间不超过5秒。

解:

首先,我们需要根据超调量和调节时间的要求确定临界阻尼比ξ和

自然频率ωn。

根据要求,超调量ξ=Exp(-πξ/√(1-ξ^2))=0.1

得到ξ=0.4

调节时间T≤4/(ξωn)

代入T=5,可以求得ξωn≥0.8,取ξ=0.4,则ωn≥2。

而开环传递函数G(s)=4/(s+1)^2。

根据临界阻尼比ξ和自然频率ωn的定义,可以得到以下方程:

ξωn=1

ωn^2=K/a

将ξ=0.4和ωn≥2代入,可以求得K≥8。

取K=10,得到最终的传递函数C(s)=Kp(1+1/(Tp*s)+Td*s)=

10(1+1/(2s)+0.4s)。

三、说明题

1.稳态调节是如何影响控制系统的性能的?

答:稳态调节直接影响控制系统的性能。如果稳态调节性能不佳,

系统的输出变量将无法在一定时间范围内达到期望值,或者持续在期

望值附近波动,这将导致系统的稳定性和控制精度受到影响。因此,

良好的稳态调节能够有效地提高控制系统的稳定性和性能。

2.在实际控制系统中,如何优化稳态调节性能?

答:为了优化稳态调节性能,可以采取以下措施:

-合理选择控制器的参数,例如PID控制器的比例增益Kp、积分时

间Ti和微分时间Td。通过调整控制器的参数,可以使系统的稳态调节

性能满足需求。

-对受控对象进行参数整定,例如通过试控法、根轨迹法等方法,

确定合适的控制参数。通过调整受控对象的参数,可以提高系统的响

应速度和稳定性。

-在控制系统中添加补偿环节,如前馈环节或者预测控制。通过添

加补偿环节来改善系统的稳态调节性能,使系统更加稳定和精确。

总结:

稳态调节是控制系统中的一个重要概念,合理的稳态调节能够使控

制系统的输出变量在一定

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