自动控制系统
一、判断下面结论或言论是否正确，如果正确在该结论或言论的后面的括号内标上(√)；反之标上(╳)。
1、抑制定理告诉我们：对于反馈环内的元件参数发生变化时，闭环系统有抑制能力。对于反馈环外的元件参数发生变化时，闭环系统无抑制能力( )
2、如果两个控制系统的控制方程组完全相同，那么这两个控制系统的运行轨迹和转步信号就完全相同。( )
3、在一个至少有6个偶数结点的联通域内，如果结点总数有9个，那么机器人就能不重复的走遍该联通域内的每一条支路。( )
4、纯电压负反馈调速系统是一个自然稳定性系统。( )
5、在Simulink仿真模型中，无论何种组合都应该有输出显示模块。( )
6、在Simulink仿真模型中，改变示波器的采样时间可以控制实际用时的快慢。( )
7、使用封装技术可以将子系统“包装”成有自己的图标和参数设置对话窗口的一个单独的模块。( )
8、无静差调速系统的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。( )
9、如果PWM变换器的电压输出波形只有一种极性，那么该PWM直流调速系统一定是由不可逆PWM变换器构成。( )
10、可逆调速系统一定用于生产工艺要求电动机可逆运行的场合。 ( )
11、对新购调速器需要先进行参数自动优化然后才能进行调速器的软件组态。 ( )
12、自动控制系统中环的个数会受到状态变量的多少、生产工艺要求的限制。( )
13、在PWM直流调速控制系统中，大功率开关的频率越高，控制系统的失控时间也就越短。( )
14、反并联可逆转速、电流双闭环调速系统能解决最优时间起、制动的问题。 ( )
15、带电压内环的三环调速系统性能和带电流微分负反馈的三环调速系统性能作用基本相同。( )
16、在双闭环不可逆调速系统中，如果实现无转速超调只能采用增加转速微分负反馈的方案来解决。( )
17、在不可逆调速系统中不会发生本桥逆变现象。( )
18、如何准确、迅速的显示和控制系统的状态变量是HMI研究的主要问题。( )
19、在HMI设计中用手动操作的器件文字说明，应在器件的上方。( )
20、模糊数学是一门用定量的、精确的方法来研究和处理模糊性事物的学科。( )
21、PROFIBUS的通讯传输距离和传输速率成反比。( )
二、填空题
在括号内或待画图内填写适当的词语或绘制曲线使下面的结论或波形正确。
1、某可逆调速系统的制动过程波形如图
2-1所示，详细分析此图填空回答如下问
题：
①t1～t2属于制动过程的
( )阶段。
②t3～t4属于制动过程的
( )阶段。
③t4～t6属于制动过程的
( )阶段。
2、参数自动优化的一般原则是：在保证
图2-1 某可逆调速系统的制动过程波形
控制系统( )的条件下，使系统的
输出跟随给定的速度( )并且动态误差最小。
3、调节器的参数设计的基本原则是：先设计( )，后设计( )。
三、选择题
(每一小题由四种结论或实验结果组成，至少有一种结论或实验结果是正确的，但是不可能四种结论或实验结果都是正确的。请选择你认为是正确的结论或实验结果并在括号内用“√”注明。)
1、有两种PROFIBUS-DP网络连接方法如图3-1所示，假设“on”的左端是黑色时，表示内部终端电阻已经接入，否则没有接入。你认为：
A) A 网络的连接方法是正确的；( ) B) B
网络的连接方法是正确的；( ) C) 两个网络的连接方法都正确；( )； D) 两个网络的连接方法都不正确
( )
图3-1
A) 图3-2(B) 是修改ASR 的“P ”或“I ”参数所出现的仿真结果。( )
B) 图3-2(B) 是修改ACR 的“P ”或“I ”参数所出现的仿真结果。( )
C) 图3-2(B) 是修改ASR 的正向输出限幅值所出现的仿真结果。 ( )
D) 图3-2(B) 是修改ACR 的正向输出限幅值所出现的仿真结果。( )
3、已知某双闭环可逆调速系统的仿真实验电路的仿真结果如图3-3(A)所示，将该仿真实验电路中的一个模块参数修改后，出现的仿真结果如图3-3(B)所示。对此有如下结论：
A) 图3-3(B) 是仿真电网电压波动，出现的仿真结果。 ( )
B) 图3-3(B) 是仿真转速给定电压突然增大，出现的仿真结果。( )
C) 图3-3(B) 是仿真负载电流突然增大，出现的仿真结果。 ( )
D) 图3-3(B) 是仿真负载电流突然减少，出现的仿真结果。
( )
图3-3
4、图3-4所示是四种调速控制系统的主电路，对于这些主电路有如下结论：
A) D)图正确( )。 B) C)图正确( )。C) B)图正确( )。D) A)图正确( )
5、在无环流可逆调速控制系统中，主电路是由两个三相全控桥构成的正组桥和反组桥。已知在系统制动过程中，只要在0.02/6秒内电流没有出现，逻辑控制装置就认为本桥逆变就已经结束。如果正组桥(或反组桥)中有一个晶闸管烧断，在系统制动时，造成本桥逆变颠覆的原因是：
A) 此时逻辑控制装置误认为本桥逆变已经结束，提前封锁了本桥。 ( )
B) 此时逻辑控制装置误认为本桥逆变已经结束，延时封锁了本桥。 ( )
C) 此时逻辑控制装置误认为反组桥制动已经开始，提前开放了反组桥。 ( )
D) 此时逻辑控制装置误认为反组桥制动已经开始，延时开放了反组桥。 ( )
6、图3-6是两种用电压负反馈近似代替转速负反馈控制的电路。此有如下结论：
A) 图3-6(A )所示控制系统的结构合理。 ( )
B) 图3-6(B )所示控制系统的结构合理。 ( )
C) 图3-6所示两种控制系统的结构都合理。 ( )
D) 图3-6所示两种控制系统的结构都不合理。
( )
图3-4
图3-6
7、某调速系统的仿真模型电路如下图3-7所示。为避免同一桥臂上下两个开关管同时导通现象发生，应调节什么模块的参数？
图3-7
A)在图3-7中调节Switch和Switch1这两个模块中的有关参数可以控制两个开关管的死区时间。 ( )
B)在图3-7中调节Relay和Relay1这两个模块中的有关参数可以控制两个开关管的死区时间。 ( )
C) 在图3-7中调节Relay和Switch1这两个模块中的有关参数可以控制两个开关管的死区时间。 ( )
D)在图3-7中调节Relay1和Switch1这两个模块中的有关参数可以控制两个开关管的死区时间。 ( )
8、图3-8所示，是某水渠水位通过(MT500)触摸屏显示的画面，当手触摸水渠中上部时水位上升；当手触摸水渠中下部时水位下降。能实现此功能的关键元件是：
图3-8
A) 1个棒图元件、1个多状态设定元件和1个数值输入元件。 ( )
B) 1个棒图元件、2个多状态设定元件和1个数值显示元件。( )
C) 1个棒图元件、2个多状态设定元件和1个数值输入元件。 ( )
D) 1个棒图元件、1个多状态设定元件和1个数值显示元件。( )
9、当直流调速器发生故障时，有故障显示，但实际上并没有发生此故障。一般情况下此类故障的原因可能是：
A) 故障检测元件出问题或故障信息处理系统出问题。( )
B) 调速器故障自诊断系统所指示的“故障”元件的周围器件、导线和焊盘受损 ( )
C) 接触不良或受电磁干扰等原因。 ( )
D) 控制电路开关电源工作不正常。( )
10、图3-10是控制系统的三种控制柜的安装方法，根据此图，在下列结论中选出你认为是正确的结论。
A) 图3-10(A )所示控制系统的安装方法是正确的。 ( )
B) 图3-10(B )所示控制系统的安装方法是正确的。 ( )
C) 图3-10(C )所示控制系统的安装方法是正确的。 ( )
D) 在图3-10(A )、(B )和(C )所示控制系统的安装方法都是错误的。
( )
图3-10
四、问题分析
1、如图4-1 A)、B)所示两个可逆调速控制系统在控制功能上主要都有哪些异同？
图4-1
2、在有环流可逆调速系统中，为什么要增加抑制环流峰值的电抗器？试证明其理论根据？。
3、创建工程画面和组态工程画面有什么区别？
答：1、都是典型配合控制的有环流可逆系统； 主电路都是独立电源供电；环流的大小都是可控或可调；
图4-1A)所示系统环流的大小能够随着负载的增加而自动减少。
2、因为在平均电流相同的条件下，环流的峰值越高控制系统的功率消耗就越大，所以为了降低系统的功率消耗对于有环流可逆调速控制系统需要增加抑制环流峰值的电抗器。 假设可逆调速控制系统两晶闸管整流器之间的等效电阻为R ，环流瞬时值是i ；在同一周期内，两个平均值相同，幅值不同的直流电流如答图4-2所示。
∵由功率消耗定义可得：
A
ARB B R A Rdt i B
ARB A R B Rdt i t t t t *=*==*=*==??22222110
1
ωω
∵ B A >(或B A <)
∴ 幅值越高所消耗的电能也就越大。 ∴ 在有环流可逆调速控制系统中为了减少两电源之间在
等效电阻上的消耗，在非电枢回路上增加均衡电抗器达到限制脉动环流的幅值，实现降低功率损耗的目的。
3、创建工程画面主要完成确定操作单元型号(触摸屏种类、型号)及其和通讯的PLC 型号。 组态工程画面主要使用静态元素和动态元素组合完成人和机器都能认识画面。
五、设计题(25分)
答图
4-2
图5-1 送货机器人 (小车)运行轨迹
1、已知电动机Ｍ1带动小车左右运动；电动机Ｍ2带动小车上下运动。生产工艺要求的运动轨迹如图5-1所示。假设：KM1得电小车向右运行，KM2得电小车向左运行；KM3得电小车向上运行，KM4得电小车向下运行。生产工艺要求：按动启动按钮S1时小车的运行轨迹如图5-1 (A)所示；按动启动按钮S2时小车的运行轨迹如图5-1(B)所示；按动启动按钮S3时小车的运行轨迹如图5-1(C)所示；当小车在运行期间按动按钮S4时小车能以最短的路径返回初始原点(A)。试设计满足该运动轨迹的运动控制的输出方程组和控制方程组。(15分)
2、在上述已知条件基础上，假设电动机Ｍ1和Ｍ2都是直流电动机并且分别由两个逻辑环流双闭环可逆直流调速器驱动，如图5-2所示，生产工艺要求每一步的运行速度都相同，但是速度的大小可调。该调速器的部分控制端子的功能说明参见表5-1，图5-2已经完成了部分原理图绘制，试补充绘制完成直流调速器的控制原理图的设计。(10分)
图5-2 主控制电路接线原理图
自动控制原理选择题（48学时） 1．开环控制方式是按 进行控制的，反馈控制方式是按 进行控制的。 （A ）偏差；给定量 （B ）给定量；偏差 （C ）给定量；扰动 （D ）扰动；给定量 （ B ） 2．自动控制系统的 是系统正常工作的先决条件。 （A ）稳定性 （B ）动态特性 （C ）稳态特性 （D ）精确度 （ A ） 3．系统的微分方程为 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ D ） 4．系统的微分方程为)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ B ） 5．系统的微分方程为()()()()3dc t dr t t c t r t dt dt +=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ C ） 6．系统的微分方程为()()cos 5c t r t t ω=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ D ） 7．系统的微分方程为 ττd r dt t dr t r t c t ?∞-++=)(5)(6 )(3)(,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ B ） 8．系统的微分方程为 )()(2t r t c =,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 9. 设某系统的传递函数为：,1 2186)()()(2+++==s s s s R s C s G 则单位阶跃响应的模态有： （A ）t t e e 2,-- （B ）t t te e --, （C ）t e t sin - （D ）t t te e 2,-- （ ） 10. 设某系统的传递函数为：,2 2186)()()(2+++==s s s s R s C s G 则单位阶跃响应的模态有：
第一章闭环控制的直流调速系统 1－1 为什么PWM —电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM —电动机系统在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少。 （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。 （4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不 大，因而装置效率较高。 （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 1－2 试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的。 答：在制动状态中，i d 为负值，VT 2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。这时，先减小控制电压，使U g 1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电 压U d 降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E >U d ，很快使电流i d 反向，VD 2截止，在t on ≤t ＜Ｔ时，U g 2变正，于是VT 2导通，反向电流沿回路 3流通，产生能耗制动作用。在T ≤t ＜Ｔ+t on 时，VT 2关断，?i d 沿回路4经VD 1续流，向 电源回馈制动，与此同时，VD 1两端压降钳住VT 1使它不能导通。在制动状态中，VT 2和VT 1 轮流导通，而VT 1始终是关断的。 在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT 1关断后i d 经VD 2续流时，还没有达到 周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD 2两端电压也降为零，VT 2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 １－３调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关 系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母Ｄ表示，即 D =n max n min 其中，n max 和n min 一般 都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s ，即 或用百分比表示 s =Δn N n 0 s =Δn N ×100% n 0
第 一 章 1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。 图1-2 液位自动控制系统 解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液 位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度 不变。 工作原理：当电位电刷位于中点（对应 r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的 开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度 r c ，一旦流入水量或流出水量 发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c 。 当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c 。 反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c 。 系统方块图如图所示： 1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统? （１） 222 ) ()(5)(dt t r d t t r t c ++=；
（２）)()(8) (6)(3)(2 233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++； （３） dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω； （５）?∞-++=t d r dt t dr t r t c τ τ)(5) (6)(3)(； （６）)()(2 t r t c =； （７）???? ?≥<=.6),(6,0)(t t r t t c 解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2 ()r t ，所以该系统为非线性系统。 （2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该 系统为线性定常系统。 （3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项 () dc t t dt 的系数为t ，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。 （4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数cos t ω，所以该系统为非线性系统。 （5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，表示二次曲线关系，所以该系统为非 线性系统。 （7）因为c(t)的表达式可写为()()c t a r t =?，其中 0(6) 1(6)t a t ?
1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。
第1章自动控制系统的基本概念 内容提要： 本章通过开环与闭环控制具体实例，讲述自动控制系统的基本概念（如被控制对象、输入量、输出量、扰动量、开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念）、反馈控制任务、控制系统的组成及原理框图的绘制、控制系统的基本分类、对控制系统的基本要求。 1.1 概述 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器设备或生产过程）的某个参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件，化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定，人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收，宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等，都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 自动控制理论是控制工程的理论基础，是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论在20世纪50年代末已形成比较完整的体系，它主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题，其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。 现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题，其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来，由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展，使控制理论继续向纵深方向发展。目前，自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 1.2 自动控制的基本方式 在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如，为了使发电机能正常供电，就必须使输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格的控制。其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温是在运行过程中对工作状态物理参量的要求。 被控制对象或对象：将这些需要控制的工作机器装备称为被控制对象或对象，如发电机、机床。
@~@ 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制？（填空） 自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空） 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念？ 开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。 闭环控制：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，既有被控量对被控过程的影响。 主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点？ （分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。） 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断） （1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 （2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的 （3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么？（填空） 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2.了解微分方程的建立？ （1）、确定系统的输入变量和输入变量 （2）、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组 （3）、消除中间变量，将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边 3.传递函数定义和性质？认真理解。（填空或选择）
第一章：闭环控制的直流调速系统 1-1 为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答：PWM系统与V-M系统相比，在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右； （4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也大， 因而装置效率较高； （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高； 1-2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小控制电压，使U g1 的正脉冲变窄，负脉 冲变宽，从而使平均电枢电压U d 降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还 来不及变化，因而造成E＞U d ，很快使电流i d 反向，VD 2 截止，在t on ≤t＜T时，U g2 变正，于是VT 2导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。在T≤t＜T+t on (即 下一周期的0≤t＜T on )时，VT 2 关断，-i d 沿回路4经VD 1 续流，向电源回馈制动，与 此同时，VD 1两端压降钳住VT 1 使它不能导通。在制动状态中，VT 2 和VD 1 轮流导通， 而VT 1 始终是关断的。 有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT 1 关断后 i d 经VD 2 续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD 2 两端电压也降 为零，VT 2 便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 1-3 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系?为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”?
2003级（05-06学年）自动控制原理试题（A ） 参考答案及评分标准 1．如图示系统结构图1，试用结构图化简方法求传递函数 ) () (s R s C 。（15分） 图1 解： 原图
得传递函数为 112312123231 () ()11G G G G C s R s G G G G G G G G +=-+ +++ 2． 控制系统如图2所示，系统单位阶跃响应的峰值时间为3s 、超调量 为20%，求K ，a 值。（15分） 图2 解：开环传递函数 2 (1) ()K as G s s += 闭环传递函数
2222 22 ()(1)21n n n K K s s K as s Kas K s s s ωζωωΦ===++++++ 已知 0.23()o o p e t s σ-?==??==?? 所以 1.18n π π ω= = = K ，a 分别为 2 1.42 1.090.781.4n n K a K ωζω?==? ?===? ? 1． 已知系统特征方程为04832241232345=+++++s s s s s ，试求系统在S 右 半平面的根的个数及虚根值。（10分） 解：列Routh 表 S 5 1 12 32 S 4 3 24 48 S 3 3122434?-= 323483 16?-= 0 S 2 424316 12?-?= 48 辅助方程 1248 02s +=, S 24 求导：24s=0 S 0 48 0.46ζ====
答：系统没有正根。对辅助方程求解，得一对虚根，其值为s j 122,=±。 4. 单位负反馈系统的开环传递函数) 15.0)(12.0()(++= s s s K s G ,绘制K 从 0到 +∞ 变化时系统的闭环根轨迹图。（15分） 解 ⑴ ) 15.0)(12.0()(++=s s s K s G =)2)(5(10++s s s K 系统有三个开环极点：01=p ,2p = -2,3p = -5 ① 实轴上的根轨迹： (]5,-∞-, []0,2- ② 渐近线： ??? ???? ±=+=-=--=πππ?σ,33)12(373520k a a ③ 分离点： 02 1 511=++++d d d 解得：88.01-=d ，7863.32-d (舍去)。 ④ 与虚轴的交点：特征方程为 D(s)=0101072 3=+++K s s s 令 ? ??=+-==+-=010)](Im[0 107)](Re[3 2ωωωωωj D K j D 解得 ? ??==710 K ω 与虚轴的交点（0，j 10±）。 根轨迹如图示。 5． 已知单位负反馈系统开环传递函数) 1() 1()(12 2++= T s s T K s G ,试概略绘制系 统的开环幅相频率特性曲线,并用奈氏判据判断系统的稳定性。（15分）
自动控制系统 一、判断下面结论或言论是否正确，如果正确在该结论或言论的后面的括号内标上(√)；反之标上(╳)。 1、抑制定理告诉我们：对于反馈环内的元件参数发生变化时，闭环系统有抑制能力。对于反馈环外的元件参数发生变化时，闭环系统无抑制能力( ) 2、如果两个控制系统的控制方程组完全相同，那么这两个控制系统的运行轨迹和转步信号就完全相同。( ) 3、在一个至少有6个偶数结点的联通域内，如果结点总数有9个，那么机器人就能不重复的走遍该联通域内的每一条支路。( ) 4、纯电压负反馈调速系统是一个自然稳定性系统。( ) 5、在Simulink仿真模型中，无论何种组合都应该有输出显示模块。( ) 6、在Simulink仿真模型中，改变示波器的采样时间可以控制实际用时的快慢。( ) 7、使用封装技术可以将子系统“包装”成有自己的图标和参数设置对话窗口的一个单独的模块。( ) 8、无静差调速系统的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。( ) 9、如果PWM变换器的电压输出波形只有一种极性，那么该PWM直流调速系统一定是由不可逆PWM变换器构成。( ) 10、可逆调速系统一定用于生产工艺要求电动机可逆运行的场合。 ( ) 11、对新购调速器需要先进行参数自动优化然后才能进行调速器的软件组态。 ( ) 12、自动控制系统中环的个数会受到状态变量的多少、生产工艺要求的限制。( ) 13、在PWM直流调速控制系统中，大功率开关的频率越高，控制系统的失控时间也就越短。( ) 14、反并联可逆转速、电流双闭环调速系统能解决最优时间起、制动的问题。 ( ) 15、带电压内环的三环调速系统性能与带电流微分负反馈的三环调速系统性能作用基本相同。( ) 16、在双闭环不可逆调速系统中，如果实现无转速超调只能采用增加转速微分负反馈的方案来解决。( ) 17、在不可逆调速系统中不会发生本桥逆变现象。( ) 18、如何准确、迅速的显示与控制系统的状态变量是HMI研究的主要问题。( )
习题1自动控制系统 1.自动控制系统按其基本结构有可分为几类？其闭环控制系统中按其设定值的不同又可 分为几类？简述每种形式的基本含义。 2.自动控制系统主要有哪些环节组成？ 3.何为简单控制系统？试画出简单控制系统的方块图。 4.衰减振荡过程的品质指标有哪些？各自的含义是什么？ 5.图2-36所示，是某温度控制系统的记录以上画出的曲线图，试写出最大偏差衰减比余差 振荡周期，如果工艺上要求控制温度为（40±2）℃，那么该控制系统能否满足工艺要求? 解答： 1.自动控制系按其基本结构可分为开环控制系统和闭环控制系统。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。 闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制系统。 闭环控制系统中按其设定值的不同又可分为： 1)定值控制系统 定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。其作用是克服扰动对被控变量的影响；使被控变量回到设定值附近。 2)随动控制系统 随动控制系统的设定值是不断不变的，其作用是使被控变量能够尽快地、准确到跟踪设定值的变化。 3)程序控制系统 程序控制系统的设定值也是不断不变的，但它是由一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。 2. 自动控制系统主要有被控对象、检测变送器、比较机构、控制器、执行器等组成。 3. 所谓简单控制系统是指只有一个被控对象，一个检测变送器，一个控制器，一个执行器
所构成的单闭环控制系统，它的典型方块图如下所示： 4. 衰减振荡过程的品质指标有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期等其各自的含义是： 最大偏差：指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。 衰减比：指过渡过程曲线上同方向第一个和第二个峰值之比。 余差：过渡过程终了时，稳态值与设定值之差。 过渡时间：是指控制系统受到扰动作用后，被控变量从原稳态回到新稳态所经历的最短时间。 振荡周期：过渡过程同向两波峰或波谷间的间隔时间。 5.从过渡曲线可以看出最大偏差A=45-40=5； 衰减比n=(45-41)/(42-41)=4 ：1； 余差C=41-40=1； 过渡时间：由题意被控变量进入新稳态值的±2%，就可以认为过渡过程结束，那么限制范围应是41*±2%=±0.82℃，由图可以看出过渡时间为23min. 振荡周期T=18-5=13min 该控制系统能满足控制温度为（40±2）℃的工艺要求。
作业本 姓名： 班级： 10电本 科目：自动控制系统 黑龙江煤炭职业技术学院成人教育系
作业1 一、简答题 1、过程控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分为几种? 答： 2、试述热电阻测温原理，常用热电阻的种类有哪些？ R各为多少？ 答： 3、试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。 答： 4、下图为异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型，A，B分别为坐标变换模块，请指出它们分别表示什么变换？（8分）这些变换的等效原则是什么（2分）？
二、分析与计算题 1如下图，转速、电流双闭环调速系统中，ASR 、ACR 均采用PI 调节器。已知参数：电动机：KW P N 7.3=， V U N 220=，A I N 20=，min /1000r n N =，电枢回路总电阻Ω=5.1R ，设V U U im nm 10* * ==，电枢回路最大电流 为 A I dm 30=，电力电子变换器的放大系数40=s K 。 试求： （1） 电流反馈系数β和转速反馈系数α；（5分） （2） 突增负载后又进入稳定运行状态，则ACR 的输出 电压c U 、变流装置输 出电压d U ，电动机转速n ，较之负载变化前是增加、减 少，还是不变？为什么？（5分） （3） 如果速度给定* n U 不变时，要改变系统的转速， 可调节什么参数？（5分） （4） 若要改变系统起动电流应调节什 么参数？此时，设 *n U 为正电压信号，在右图ASR 中应调节中 哪个电位器？（5分） （5） 当电动机在最高转速发生堵转时 的c i i d U U U U ,,,* 值；（10分）
《自动控制原理》习题解答
第一章习题及答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大
门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动 机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。 f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。
自动控制原理常用名 词解释
词汇 第一章 自动控制 ( Automatic Control) ：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象的某些物理量（或状态）自动地按照预定的规律去运行。 开环控制 ( open loop control )：开环控制是最简单的一种控制方式。它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。也就是说，控制作用的传递路径不是闭合的，故称为开环。 闭环控制 ( closed loop control) ：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制 Feedback Control 系统。这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，故称为闭环。 复合控制 ( compound control ）：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。 被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。 被控量 (controlled variable ) ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号。 给定值 (set value ) ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。 干扰 (disturbance) ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。干扰又称扰动。 第二章 数学模型 (mathematical model) ：是描述系统内部物理量（或变量）之间动态关系的数学表达式。 传递函数 ( transfer function) ：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数。 零点极点 (z ero and pole) ：分子多项式的零点（分子多项式的根）称为传递函数的零点；分母多项式的零点（分母多项式的根）称为传递函数的极点。 状态空间表达式 (state space model) ：由状态方程与输出方程组成，状态方程是各状态变量的一阶导数与状态、输入之间的一阶微分方程组。输出方程是系统输出与状态、输入之间的关系方程。 结构图 (block diagram) ：将传递函数与第一章介绍的定性描述系统的方框图结合起来，就产生了一种描述系统动态性能及数学结构的方框图，称之为系统的动态结构图。 信号流图 (signal flow diagram) ：是表示复杂控制系统中变量间相互关系的另一种图解法，由节点和支路组成。 梅逊公式 (Mason's gain formula) ：利用梅逊增益公式，可以直接得到系统输出量与输入变量之间的传递函数。 第三章 时域 (time domain) ：一种数学域，与频域相区别，用时间 t 和时间响应来描述系统。 一阶系统 ( first order system) ：控制系统的运动方程为一阶微分方程，称为一阶系统。 二阶系统 ( s econd order system) ：控制系统的运动方程为二阶微分方程，称为二阶系统。 单位阶跃响应 ( unit step response) ：系统在零状态条件下，在单位阶跃信号作用下的响应称单位阶跃响应。 阻尼比ζ (damping ratio) ：与二阶系统的特征根在 S 平面上的位置密切相关，不同阻尼比对应系统不同的运动规律。 性能指标 (performance index) ：系统性能的定量度量。 上升时间 (rise time)t r ：响应从终值 10% 上升到终值 90% 所需时间；对有振荡系统亦可定义为响应从零第一次上升到终值所需时间。上升时间是响应速度的度量。 峰值时间 (peak time)t p ：响应超过其终值到达第一个峰值所需时间。 调节时间 (response time) t s ：响应到达并保持在终值内所需时间
1 第四章 根轨迹法习题 4-1 系统的开环传递函数为 ) 4)(2)(1()()(* +++=s s s K s H s G 试证明点311j s +-=在根轨迹上，并求出相应 的根轨迹增益* K 和开环增益K 。 4-3 已知单位反馈系统的开环传递函数，试概 略绘出系统根轨迹。 ⑵ ) 3)(2()5()(*+++=s s s s K s G ⑶ ) 12()1()(++=s s s K s G 4-６ 已知单位反馈系统的开环传递函数，要求： （1）确定) 20)(10()()(2+++=*s s s z s K s G 产生纯虚根为1j ±的z 值和*K 值； （2）概略绘出) 23)(23)(5.3)(1()(j s j s s s s K s G -+++++=* 的闭环根轨迹图（要求确定根轨迹的渐近线、分离点、与虚轴交点和起始角）。 4-12 控制系统的结构如图4-23所示，试概略绘制其根轨迹。
2 第五章 线性系统的频域分析 5-7 已知系统开环传递函数 ) 1()1()(12++-=s T s s T K s G ； 0,,21>T T K 当1=ω时，?-=∠180)(ωj G ，5.0)(=ωj G ；当输入为单位速度信号时，系统的稳态误差1。试写出系统开环频率特性表达式)(ωj G 。 5-8 已知系统开环传递函数 ) 1)(1(10)(2++=s s s s G 试概略绘制系统开环幅相频率特性曲线。 5-17 已知系统开环传递函数 ) 18.02.0(10)(2-+=s s s s G 试根据奈氏判据确定闭环系统的稳定性。 5-24 某最小相角系统的开环对数幅频特性如图所示。要求 （1）写出系统开环传递函数； （2）利用相角裕度判断系统的稳定性； （3） 将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。
1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b控制器：接收变送器送来的信号，和希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端和输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~ 4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件 快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7.自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标
衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值和设定值之差。 调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量和输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量和输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量和输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q1通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性 滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性 11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。 绝对误差=X-X0=测量-标准 引用误差=（绝对误差/量程）*100% 最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A% 允许误差（允许最大引用误差） 灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入
专业班学号: 姓名: 《城轨列车运行自动控制系统错误！未指定书签。》 课程第3次作业 评分 评分人 二、主观题(共10道小题) 11.简述CBTC系统与TBTC冗系统相比有什么优点。 答：与TBTC系统相比，CBTC系统具备的优点主要有以下几点。 更加安全。CBTC系统中充分利用通信传输手段，实时或定时地进 行列车与地面间的双向通信，后续列车可以及时了解前方列车运 行情况；同时，地面可以及时向车载控制设备传递车辆运行前方线 路限速情况，指导列车按线路限制条件运行，大大提高了列车运行 安全性。更加高效。CBTC系统实现了移动闭塞，控制列车按移动 闭塞模式运行，由此可以减少列车间隔时间，实现单线上动态列 车会车、超车、阻塞等的运行管理，以及确保列车运行与按一定规 则制定的运行计划保持一致。其结果不仅是大幅度地提髙线路能力 和列车平均运行速度，而且提高了列车运行的可靠性和设备运用 率。更加灵活。CBTC系统支持双向运行，不会因为列车的反方向 运行而降低系统的性能和安全。系统在运营时，可以根据需要， 使用不同的调度策略，并且可以同时运行不同编组长度、不同性能 的列车 12.根据车-地之间通信方式CBTC可以分为哪几类？ 答：1从闭塞分区的实现来分类：基于通信的固定自动闭塞运行 控制系统；移动自动闭塞运行控制。2 根据CBTC车-地之间通 信方式可分为：采用全程移动无线通信方式；采用轨道交叉电缆方 式；采用漏泄电缆或漏泄波导方式；采用査询应答器方式；采用卫 星通信系统。3 根据应用区间闭塞方式来分：CBTC-半自动闭塞
方式；CBTC-自动站间闭塞方式；CBTC-电子路签闭塞方式。4 根据CBTC应用控制技术水平的高低可以进行分类：采用无线数据电台进行车-地之间双向通信构成的低级系统一CBTC-半自动闭塞系统。采用应用技术水平较高的CBTC系统，例如，CBTC-MA S系统等。 13.简述CBTC典型的结构和每个子系统的功能。 答：一般典型的CBTC系统应当包括：列车自动监控系统ATS 、数据库存储单元DSU 、区域控制器ZC 、计算机联锁CI 、轨旁设备WE 、车载控制器VOBC 和数据通信系统DCS，包括骨干网、网络交换机、无线接人点及车载移动无线设备等。其中区域控制中心包括ZC和CI两部分。整个系统可以划分为CBTC地面设备和CBTC车载设备两大部分，地面设备和车载设备通过数据通信网络连接起来，构成系统的核心。子系统的功能为： 1 ATS子系统ATS子系统的主要功能是在控制中心显示控制范围内列车运行状态及设备状态。根据CBTC系统的要求，ATS系统中设置包括操作员工作站、时刻表工作站、培训工作站和其他相应的设备和网络等。 2 CI子系统CI子系统的主要功能是监督和直接控制道岔、轨道区段、信号机和其他室外设备，实现各个设备之间的正确联锁关系，保证列车运行安全；对于来自设备的错误操作，具备有效的防护能力；能够根据进路的始端、终端办理进路、取消进路等。 3 ZC子系统ZC子系统需要根据从VOBC、CI、ATS和DSU接收到的各种状态信息和数据信息，为位于ZC控制区域范围内的列车生成移动授权MA，并及时将MA通过DCS系统发送给车载VOBC设备以控制列车的运行。 4 VOBC子系统在VOBC中，为确保安全，列车必须对自身位置和运行方向进行精确判定。为判定位置，列车的车载计算机与转速计、速度传感器、加速度计用于测量距离、速度和加速度及轨旁定位应答器
自动控制系统及应用-2 成绩：100分 一、单选题共 20 题 题号: 1 本题分数:5 分 如果典型二阶系统的单位阶跃响应为单调变化曲线，则称其为（） A、无阻尼 B、欠阻尼 C、临界阻尼 D、临界阻尼或过阻尼 该题考查对典型系统单位阶跃响应的识记。正确选项是D项。熟记典型系统单位阶跃响应是分析系统频率特性的基础。 标准答案：D 题号: 2 本题分数:5 分 等速信号f(t)=t的拉氏变换式F(S)=（） A、1s B、1s2 C、1s3 D、12s2 该题考查对常用函数拉氏式的识记。正确选项是B项。熟记常用函数拉氏式是学习系统传递函数和分析系统频率特性的关键。
标准答案：B 题号: 3 本题分数:5 分 如果典型二阶系统的单位阶跃响应为减幅振荡，则其阻尼比应为（） A、ξ<0 B、0<ξ<1 C、ξ=0 D、ξ>1 该题考查对典型系统单位阶跃响应的识记。正确选项是B项。熟记典型系统单位阶跃响应是分析系统频率特性的基础。 标准答案：B 题号: 4 本题分数:5 分 2+5e-3t拉氏变换式为（） A、2+5s-3 B、2+5s+3 C、ss(s-3) D、s+6s(s+3) 该题考查对常用函数拉氏式的识记。正确选项是B项。熟记常用函数拉氏式是学习系统传递函数和分析系统频率特性的关键。 标准答案：B 题号: 5 本题分数:5 分
若系统的开环传递函数为10s(0.5s+1)，则其开环增益为（） A、0.5 B、1 C、10 D、20 该题考查对系统开环对数频率特性的理解，该开环传递函数含比例环节K=10，所以正确选项是C项。掌握系统开环对数频率特性曲线的简便画法是系统特性分析的关键。 本题得分：5 分 题号: 6 本题分数:5 分 带有惯性的比例微分环节的传递函数G(s)=（） A、Ks B、1Ts+K C、τs D、τs+1Ts+K 该题考查对系统可分解为若干典型环节的理解。正确选项是D项。掌握系统分解与合成有利于系统分析。 标准答案：D 题号: 7 本题分数:5 分
第一章自动控制系统基本概念 4.自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。 9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？ 答：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫被控对象。 生产过程中所要保持恒定的变量，在自动控制系统中称为被控变量。 工艺上希望保持的被控变量即给定值。 具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。 12.什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？ 答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。 负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。 11.图1-18所示试画方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被 被控对象：反应器被控变量：反应温度操纵变量：冷却水流量：干扰变量A、B的流量、温度。 13.结合11题，说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。 当被控变量反应温度上升后，反馈信号升高，经过比较使控制器的偏差信号e降低。此时，控制器将发出信号而使控制阀的开度变大，加大冷却水流量，从而使被控变量下降到S.P。所以该温度控制系统是一个具有反馈的闭环系统。 14.图1-18所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控制变量影响的？ 当反应器的温度超过给定值时，温度控制器将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来。这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。 15.按给定值形式不同，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 18.什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪几种基本形式？ 系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。 非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程。 20.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？影响这些品质指标的因素是什么？ 答：自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。 影响因素有被控对象的额性质，自动化装置的选择和调整。