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⾃⾃动动控控制制原原理理课课后后题题

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？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。

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；nm≤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)(sW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。

n

nnnmmmmasasasabsbsbsbsW++++++++(()()∏∏==++=

njj

m

iisTsTKsW1

111)(其中nmabK=()

()∏∏==++=njj

m

iigpszsKsW11)(其中0

0abKg=传递函数分母S的最⾼阶次即为系统的阶数，iz-为系统的零点，jp-为系统的极点。K为传递函数的放⼤倍数，g

K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

u

2．惯性环节

1/Csu

3．积分环节

1/Csu

4．微分环节

u

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10ξ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