4 系统可靠性分析
4.1 可靠性的基本概念
可靠性作为判断、评价系统的一个重要指标，表明“系统、设备、元件等在规定的条件下和预定的时间内完成规定的功能的性能”。通常用概率来定量地描述，则“系统、设备、元件等在规定的条件下和预定的时间内完成规定功能的概率”叫做可靠度。
系统、设备、元件等在运行过程中性能低下而不能实现预定的功能时，则称发生了故障。故障的发生是人们不希望的，但同时它又是不可避免的。对于所有有形的东西来说，故障迟早都得发生。因此，我们只能努力使故障的发生来得尽可能地晚些，希望系统、设备、元件等尽可能地可靠工作。
系统、设备、元件等从投入使用开始到故障发生经过的时间称作故障时间。若故障之后不能被修复，则称此故障时间为寿命。
由于造成故障的原因是多种多样的、随机的，所以故障的发生也具有随机性质。我们只能应用概率统计的方法对故障发生的规律加以研究。
从故障发生之难易的角度进行可靠性研究时，故障率是个重要的指标。按定义，故障率是“正常工作到某时点的客体在此以后单位时间里发生故障的比率”。在很多情况下，特别是在系统安全分析中经常使用故障率这一指标。故障率随运行时间而变化。按故障率随时间变化的趋势有减少、一定和增加三种情况，把故障分为初期故障、随机故障和磨损故障三种类型。
例如，电子元件等产品在投入使用不久便由于制造不良等原因故障大量发生，习惯上称作初期故障阶段。排除初期故障后故障率逐渐减少并趋于稳定，故障率稳定的阶段叫随机故障阶段。机械零件或易损件等随着运行时间的增加故障率逐渐增加，进入磨损故障阶段。一般的机械、设备或工业装置等既包括电子元件也包括机械零件，所以三种类型的故障都有，故障率曲线如图4.1，图中的曲线俗称浴盆（Bathtub）曲线。人类的死亡率也具有类似的情况。图4.2为100万人口的死亡率曲线。人类幼儿时由于对外界抵抗力较弱，夭折率较高。到了青壮年时死亡率较低，往往是由于意外事故等偶然的原因而丧生，死亡率近似恒定。到了老年期，由于血管、心脏等身体组织老化，死亡率上升。
表4.1为不同类型故障产生原因及防止对策
当我们把人作为系统的元素研究其可靠性时，不是研究其生命的可靠性而是研究人在执行既定的操作时，完成要求的功能的可靠性。故又可把人的可靠性明确地称为人的操作可靠性。与故障率类似，在研究人的可靠性时我们采用人失误率这一指标来表征发生操作失误的难易程度。由于人有思想，行为有较
大的自由度，所以关于人的可靠性研究是个复杂的课题。
图4.1 浴盆曲线 图4.2 人类的死亡率 表4.1 不同类型故障产生原因及防止对策
故障类型 现 象
原 因 对 策
备 注 初期故障 ·新产品投产初期的故障 ·闲置一段时间后故障减少 ·小毛病往往引起重大事故 ·设计错误
·制造不良
·使用方法错误 （制造责任的可能性特别大）
·设计审查，FMEA ，FTA
·通过老化筛选等方法排除
·明确使用基准并告诉用户
·预防性维修保养无效
·检修不彻底也
会产生这种现象
随机故障 ·多元素组成系统的典型故障 ·许多电子元件的故障
·系统受到随机应力的作用 ·采用冗余设计
·增加投资 ·采用高可靠度元件、材料 ·正当使用
·预防性维修保养无效 ·故障时间呈指
数分布 磨损故障 ·机械零部件磨损、疲劳造成的故障
·材料、部件的机械磨损、疲劳、老化
·预防性维修保养
·预防性维修保养有效 ·冗余有效但不经济
4.2 故障发生规律
4.2.1 故障时间分布
设系统、设备、元件等在t =0时刻投入运行，到t 时刻发生故障的概率记为)(t F ,可靠度记为)(t R ，则故障发生概率为
{}
)0()(=≤=F t T P t F r (4.1)
上述公式又称为故障时间分布函数。可靠度为
1)0()
(1)(=-=R t F t R (4.2)
当故障时间分布函数)(t F 可微分时，则
dt
t dF t f )
()(= (4.3)
?=t
dt t f t F 0
)()( (4.4)
这里，)(t f 称为故障概率密度函数或故障时间密度函数。当dt 非常小时，dt t f )(表示在时间间隔),(dt t t +内发生故障的概率。定义
)
()
()(t R t f t =λ (4.5)
为故障率函数。当dt 非常小时，dt t )(λ表示到t 时刻没有发生故障而在时间间隔),(dt t t +内发生故障的概率。该式也可写成
dt t R t dR t F dt t dF t )()
()()()(-=?=λ (4.6)
把它积分
[][])(ln )0(ln )(ln )(ln )(00
t R R t R t R dt t t
t
-=--=-=?λ
?
=-t
dt
t e
t R 0
)()(λ (4.7)
于是，自初始时刻到t 时刻故障发生概率为
?
-=-=-t
dt
t e t R t F 0)(1)(1)(λ (4.8) 式中故障率函数)(t λ决定了)(t F 的分布形式。
下面举例说明故障时间分布函数)(t F 、可靠度函数)(t R 、故障时间密度
函数f t ()及故障率函数)(t λ的实际意义。
设100个元件投入运行后的故障时刻如表4.2。用N t ()表示运行到t 时刻没有发生故障的元件数，则N ()0为投入运行的元件总数；N t ()-1－N t ()为在时间间隔(t -1, t )内故障的元件数。
)
0()
()0()(N t N N t F -= ，)0()()(N t N t R = ，
)0()()1()(N t N t N t f --= ，)1()
()1()(---=t N t N t N t λ 。
根据表4.2的故障数据按上述公式计算，结果列于表4.3。
表4.3中的时间为单位时间，若按较小的时间间隔来计算故障时间分布函数，则得到表4.3的结果。通过实际故障数据计算得到的故障时间分布被称作
经验分布函数。当元件总数（数据数）无限增加，趋近无穷大时，经验分布函数的极限函数即为该种元件的真正故障时间分布函数。图4.3为经验分布曲线。
图4.3 经验分布曲线
4.2.2 典型的故障时间分布
4.2.2.1 指数分布
随机故障的场合故障率为常数，λ
λ=)(t，故障时间分布变为指数分布：
t
e
t
Fλ-
-
=1
)((4.9)
t
e
t
fλ
λ-
=
)((4.10) 故障率λ是指数分布唯一的分布参数，也是一个最具有实际意义的参数。它表示单位时间里发生故障的次数。
指数分布的数学期望)
(x
E为
θ
λ
λ=
=
=
=
=??
?∞∞-
∞
00
1
)(
)(
)
(dt
e
dt
t
R
dt
t
tf
x
E t(4.11)
它等于故障发生率λ的倒数，通常记为θ，称作平均故障时间（Mean Time to Failure，MTTF）。在系统、设备、元件故障后经修理被重复使用的场合，它被称作平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures，MTBF）。有时，统称为平均寿命。
指数分布的方差)
(x
V为
()
[]()
2
2
2
2
2
2
1
1
)(
]
[
]
[
]
[
)
(
λ
λ
=
-
=
-
=
-
=?∞dt t f t
x
E
x
E
x
E
x
E
x
V(4.12)
指数分布的方差比较大。当θ
=
t,即时间为平均无故障时间时，发生故障的概率为
633
.0
1
1
)
(1=
-
=
-
=-
-e
e
Fλθ
θ
例1 某设备运转7000h 共发生了10次故障。若故障间隔时间服从指数分布，试计算该设备的平均故障间隔时间及从开机运转到工作1000h 后的可靠度。
解：平均故障间隔时间为
θ==7000
10
700(h)
工作1000h 后的可靠度为 R e
e ()..100002391000700
1429===--
例2 某种元件的平均故障时间为5000h 。试求使用125h 后的可靠度。
解：因λt ==125
5000
0025.<<1，利用级数展开式进行计算：
R t e t t t t t ()!()!
()==-+-+≈--λλλλλ1121
3123
R ().1250975≈ 4.2.2.2 威布尔分布
威布尔分布是瑞典的威布尔在求算链强度时得到的一种分布。按此分布，故障时间分布函数为 F t e t m
()=--1η
(4.13)
可靠度函数为 R t e
t m
()=-η
(4.14)
故障时间密度函数为 η
η
m
t m e
t m
t f --=
1)( (4.15)
上述公式中，η为尺度参数；m 为形状参数。
故障时间服从威布尔分布时，故障率函数为
1)(-=m t m
t η
λ (4.16)
图4.4 和4.5 分别为威布尔分布的)(t f 和λ()t 。
威布尔分布的数学期望和方差分别是
E X m
m []()=+η1
11
Γ (4.17)
V X m m m
[]()()=+-+???????????????
?η2
21211ΓΓ (4.18)
式中，Γ( )11
+
m
为Γ分布。
图4.4 威布尔分布的)(t f 图4.5 威布尔分布的λ()t
在威布尔分布中m 是一个具有实质意义的参数。当m 取不同的数值时，故障率λ()t 随时间的变化呈现如下情况：
1）m <1时，λ()t 随时间单调减少，对应于初期故障；
2）m =1时，λ()t 恒定，威布尔分布变为指数分布，对应于随机故障； 3）m >1时，λ()t 随时间单调增加，对应于磨损故障。
由于威布尔分布可以描述不同类型的故障，因而在可靠性工程中得到了广泛的应用。
4.2.2.3 关于故障时间分布函数
具有下列性质的统计分布函数)(x F ()-∞<<∞x 都可以直接用作故障时间分布函数：
1）F ()-∞=0； 2）F ()+∞=1；
3）若21x x >，则)()(21x F x F >； 4）)()(lim 0
x F x F =+→δδ。
还有许多函数，如正态分布、对数正态分布、均匀分布、Γ分布、β分布等都可以用作故障时间分布函数。在实际工作中若故障时间不服从于某种特定的分布，而且用统计检验的方法也不能严格地判别出它的拟合性，那么从工程的角度出发，选择一种比较易于说明故障现象本质的函数，或选择一种在数学模型方面容易处理的函数（如指数函数、威布尔函数等）都是可以的。 4.2.3 故障次数分布
当故障时间分布服从指数分布，即故障发生率λ为常数时，一定时间间隔内故障发生次数)(t N 服从泊松（Poisson ）分布。 自时刻0=t 到 t 时刻发生n 次故障的概率记为
{}n t N P t P r n ==)()(，n =012,,, 。 (4.19) 则)(t P n 为参数t λ的泊松分布
t
n n e n t t P λλ-=!
)()( (4.20) 到t 时刻发生不超过n 次故障的概率：
{}∑=-=≤n
k t
k r e k t n t N P 0
!)()(λλ (4.21) 故障次数)(t N 的数学期望E N t [()]和方差V N t [()]分别为
E N t nP t n t n e t n n n t
n [()]()()!====∞
-=∞
∑∑01
λλλ (4.22) {}V N t E N t E N t [()][()][()]=-22
=-==∞
∑n P t t t n n 220()()λλ (4.23)
即，故障次数的数学期望和方差都是λt 。
4.3 故障数据处理
故障数据处理是通过对收集的故障数据进行统计处理而弄清故障发生规律的工作。通过专门的试验或观测可以获得故障时间数据；根据获得的故障时
间数据可以确定其故障时间分布函数。 故障时间数据通过试验观测获得，这些试验被称作可靠性试验。可靠性试验有多种方式，按试验地点分为现场试验和实验室试验；按试验结束方式分为完整试验和截尾试验，前者进行到全部试件故障为止，后者进行到若干试件故障为止。截尾试验又分为定时截尾方式和定数截尾方式，前者进行到规定的试验时间停止试验；后者进行到规定数目的试件发生故障时停止试验。按试件故障后是否用新试件更换分为更换法和不更换法。各种试验方式都有各自的优缺点，应该根据实际情况选择。
由于故障的发生具有随机性质，即使同一批试件在同一条件下工作，故障时间的数据也是不同的，只能利用统计分布来描述。 根据概率论中的大数定理，当收集到故障数据的数量（统计学中称为样本）相当多时，故障时间分布函数才是一定的。但是，在实际工作中受各方面条件的限制，往往收集到的故障数据很有限。因此，如何应用统计学的方法由较少的故障数据来确定其分布函数就是一个十分重要的问题。 在已知统计分布函数形式的场合，该分布函数完全由它的参数值确定，确定了参数值则该分布函数即可确定。因此，故障数据处理的重要内容是根据故
自动控制原理期末试题（A ）卷答案 一．概念题（10分） （1）简述自动控制的定义。 （2）简述线性定常系统传递函数的定义。 解： （1）所谓自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备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。（5分） （2）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。（5分） 二．（10分）控制系统如图1所示，其中)(s W c 为补偿校正装置，试求该系统闭环传递函数)()(s X s X r c ，并从理论上确定如何设计补偿校正装置)(s W c 可以使系统补偿后的给定误差为零。 图1 控制系统结构图 解： []) ()(1) ()()()()()(2121s W s W s W s W s W s X s X s W c r c B ++= = （5分） 由此得到给定误差的拉氏变换为 )() ()(1) ()(1)(212s X s W s W s W s W s E r c +-= 如果补偿校正装置的传递函数为 ) (1 )(2s W s W c = （5分） 即补偿环节的传递函数为控制对象的传递函数的倒数，则系统补偿后的误差 0)(=s E 三．（10分）已知某三阶单位负反馈系统具有一个有限零点为-1.5、三个极点分别为6.12.1j ±-和-1.49、且系统传递函数根的形式放大系数为4。试求系统在单位阶跃函数作用下，系统的动态性能指标超调量 %σ、调整时间s t 和峰值时间m t 。 解： 49.13-=s 与5.11-=z 构成偶极子可相消，故系统可以用主导极点2,1s 构成的低阶系统近似（1分） ：
学习中心： 院校学号： 姓名 课程名称: 电力系统分析 1 东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 电力系统分析 试 卷（作业考核 线上2） A 卷（ 共4页） 注：请您单面打印，使用黑色或蓝色笔，手写完成作业。杜绝打印，抄袭作业。 一、 选择题 (每题2分，共计30分) 1、下列故障形式中对称的短路故障为（ C ） A.单相接地短路 B.两相短路 C.三相短路 D.两相接地短路 2、应用等面积定则分析简单电力系统暂态稳定性，系统稳定的条件是（ C ） A.整步功率系数大于零 B.整步功率系数小于零 C.最大减速面积大于加速面积 D.最大减速面积小于加速面积 3、电力系统中一级负荷、二级负荷和三级负荷的划分依据是用户对供电的（ A ） A.可靠性要求 B.经济性要求 C.灵活性要求 D.优质性要求 4、中性点不接地系统发生单相接地短路时，非故障相电压升高至（ A ） A.线电压 B.1.5倍相电压 C.1.5倍线电压 D. 倍相电压 5、频率的一次调整是（ B ） A.由发电机组的调频系统完成的 B.由发电机组的调速系统完成的 C.由负荷的频率特性完成的 D.由无功补偿设备完成的 6、潮流方程是( D ) A.线性方程组 B.微分方程组 C.线性方程 D.非线性方程组 7、分析简单电力系统的暂态稳定主要应用( B ) A.等耗量微增率原则 B.等面积定则 C.小干扰法 D.对称分量法 8、顺调压是指( B ) A.高峰负荷时，电压调高，低谷负荷时，电压调低 B.高峰负荷时，允许电压偏低，低谷负荷时，允许电压偏高 C.高峰负荷，低谷负荷，电压均调高 D.高峰负荷，低谷负荷，电压均调低 9、系统发生单接地短路故障时，复合序网的连接方式为（ A ） A.正序、负序、零序串联 B.正序、负序并联、零序网开路 C.正序、零序并联、负序开路 D.零序、负序并联，正序开路 10、系统中无功功率不足，会造成( D )。 A.频率上升 B.频率下降 C.电压上升 D.电压下降 11、已知一节点所带负荷，有功功率为P ，视在功率为S ，则功率因数角 为（ D ） A ．arctan P S B ．arcsin P S C ．arccos S P D ．arccos P S 12、减小输电线路有功损耗可通过（ C ） A.增大线路有功功率 B.增大线路无功功率 C.提高线路两端电压 D.增大输电线路电阻 13、电力系统并列运行暂态稳定性分析中不考虑非周期分量、负序分量和零序分量的影响，
1 目的 为确保产品在使用寿命周期内的可靠性、有效性、可维护性和安全性（以下简称RAMS），建立执行可靠性分析的典型方法，更好地满足顾客要求，保证顾客满意，特制定本程序。 2 适用范围 适用于本集团产品的设计、开发、试验、使用全过程RAMS的策划和控制。 3 定义 RAMS:可靠性、有效性、可维护性和安全性。 R——Reliability可靠性:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性的概率度量亦称可靠度。 A——Availability有效性：是指产品在特定条件下能够令人满意地发挥功能的概率。 M——Maintainability可维护性：是指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。维修性的概率度量亦称维修度。 S——Safety安全性：是指保证产品能够可靠地完成其规定功能，同时保证操作和维护人员 的人身安全。 FME(C)A：Failure Mode and Effect(Criticality)Analysis 故障模式和影响（危险）分析。 MTBF平均故障间隔时间：指可修复产品(部件)的连续发生故障的平均时间。 MTTR平均修复时间：指检修员修理和测试机组,使之恢复到正常服务中的平均故障维修时间。 数据库：为解决特定的任务，以一定的组织方式存储在一起的相关的数据的集合。 4 职责 4.1 销售公司负责获取顾客RAMS要求并传递至相关部门；组织对顾客进行产品正确使用和维护的培训；负责产品交付后RAMS数据的收集和反馈。 4.2 技术研究院各技术职能部门负责确定RAMS目标，确定对所用元器件、材料、工艺的可靠性要求，进行可靠性分配和预测，负责建立RAMS数据库。 4.3 工程技术部负责确定能保证实现设计可靠性的工艺方法。 4.4 采购部负责将相关资料和外包（外协）配件的RAMS要求传递给供方，并督促供方实现这些要求。 4.5制造部负责严格按产品图样、工艺文件组织生产。 4.6动能保障部负责制定工装设备、计量测试设备的维修计划并实施，保证其处于完好状态。
东北大学继续教育学院 电力系统分析试卷（作业考核线上2） A 卷（共 4 页） 1、下列故障形式中对称的短路故障为（ C ） A.单相接地短路 B.两相短路 C.三相短路 D.两相接地短路 2、应用等面积定则分析简单电力系统暂态稳定性，系统稳定的条件是（ C ） A.整步功率系数大于零 B.整步功率系数小于零 C.最大减速面积大于加速面积 D.最大减速面积小于加速面积 3、电力系统中一级负荷、二级负荷和三级负荷的划分依据是用户对供电的（A） A.可靠性要求 B.经济性要求 C.灵活性要求 D.优质性要求 4、中性点不接地系统发生单相接地短路时，非故障相电压升高至（A） A.线电压 B.1.5倍相电压 C.1.5倍线电压 D. 倍相电压 5、频率的一次调整是（ B ） A.由发电机组的调频系统完成的 B.由发电机组的调速系统完成的 C.由负荷的频率特性完成的 D.由无功补偿设备完成的 6、潮流方程是( D ) A.线性方程组 B.微分方程组 C.线性方程 D.非线性方程组 7、分析简单电力系统的暂态稳定主要应用( B ) A.等耗量微增率原则 B.等面积定则 C.小干扰法 D.对称分量法 8、顺调压是指( B ) A.高峰负荷时，电压调高，低谷负荷时，电压调低 B.高峰负荷时，允许电压偏低，低谷负荷时，允许电压偏高 C.高峰负荷，低谷负荷，电压均调高 D.高峰负荷，低谷负荷，电压均调低 9、系统发生单接地短路故障时，复合序网的连接方式为（A） A.正序、负序、零序串联 B.正序、负序并联、零序网开路 C.正序、零序并联、负序开路 D.零序、负序并联，正序开路 10、系统中无功功率不足，会造成( D )。 A.频率上升 B.频率下降 C.电压上升 D.电压下降 11、已知一节点所带负荷，有功功率为P，视在功率为S，则功率因数角 为（D ） A．arctan P S B．arcsin P S C．arccos S P D．arccos P S 12、减小输电线路有功损耗可通过（C） A.增大线路有功功率 B.增大线路无功功率 C.提高线路两端电压 D.增大输电线路电阻 13、电力系统并列运行暂态稳定性分析中不考虑非周期分量、负序分量和零序分量的影响，原因是（C）。 A．认为非周期分量、负序分量和零序分量都已衰减到零；
可靠性设计与分析作业 学号：071130123 姓名：向正平一、指数分布的概率密度函数、分布函数、可靠度函数曲线 （1）程序语言 t=(0:0.01:20); Array m=[0.3,0.6,0.9]; linecolor=['r','b','y']; for i=1:length(m); f=m(i)*exp(-m(i)*t); F=1-exp(-m(i)*t); R=exp(-m(i)*t); color=linecolor(i); subplot(3,1,1); title('指数函数概率密度函数曲线'); plot(t,f,color); hold on subplot(3,1,2); title('指数函数分布函数函数曲线'); plot(t,F,color); hold on subplot(3,1,3); title('指数指数分布可靠度函数曲线 plot(t,R,color); hold on end （3）指数分布的分析 在可靠性理论中，指数分布是最基本、最常用的分布，适合于失效率为常数 的情况。指数分布不但在电子元器件偶然失效期普遍使用，而且在复杂系统和整 机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使用。 有图像可以看出失效率函数密度f(t)随着时间的增加不断下降，而失效率随 着时间的增加在不断的上升，可靠度也在随着时间的增加不断地下降，从图线的 颜色可以看出，随着m的增加失效率密度函数下降越快，而可靠度的随m的增加 而不断的增加，则失效率随m的增加减小越快。 在工程运用中，如果某零件符合指数分布，那么可以适当增加m的值，使零 件的可靠度会提升，增加可靠性。 二、正态分布的概率密度函数、分布函数、可靠性函数、失效率函数曲线 （1）程序语言 t=-10:0.01:10; m=[3,6,9]; n=[1,2,3]; linecolor=['r','b','y'];
第一章 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？ 1) 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。 2) 6部分：控制对象：要进行控制的设备或过程；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；检测装置：检测被控制量；给定环节：设定被控制量的给定值的装置；比较环节：检测的被控制量与给定量比较，确定两者之间的偏差量； 中间环节：一般为放大环节，将偏差信号变换成适于控制执行机构执行的信号。 2.试比较开环控制系统与闭环控制系统的优缺点 1) 工作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差，控制精度和抑制干 扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。闭环控制系统可以根据检测误差，从而抗干扰性强。 2) 结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单。闭环系统由于添加了纠正偏差 的环节，所以成本较高。 3) 稳定性：开环控制系统的稳定性比较容易解决。闭环系统中反馈回路的引入增 加了系统的复杂性。 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，输出量的暂态过程如何？ 1) 系统从一个稳态过度到另一个稳态的需要经历的过渡过程。 2) 单调过程；衰减振荡过程；持续振荡过程；发散振荡过程。 第二章 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？ 1) 描述系统因果关系的数学表达式 2) 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.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。 1) 确定系统的输入量和输出量； 2) 从系统的输入端开始，沿着信号传递方向，逐次依据组成系统各元部件的有关 物理规律，列写元件或环节的微分方程； 3) 消除中间变量，建立只有输入量和输出量及其各阶导数构成的微分方程。 3.什么是小偏差线性化？这种方法能够解决哪类问题？
机械产品可靠性设计综述 一、可靠性设计的基本概念 可靠性设计的定义： 定义1：对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。 定义2：为了满足产品的可靠性要求而进行的设计。 可靠性设计即根据可靠性理论与方法确定产品零部件以及整机的结构方案和有关参数的过程。设计水平是保证产品可靠性的基础。 可靠性设计是产品的一个重要的性能特征，产品质量的主要指标之一，是随产品所使用时间的延续而在不断变化的。可靠性设计的任务就是确定产品质量指标的变化规律，并在其基础上确定如何以最少的费用以保证产品应有的工作寿命和可靠度，建立最优的设计方案，实现所要求的产品可靠性水平。 可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。 可靠性设计的一个重要内容是可靠性预测，即利用所得的资料预报一个零件、部件或系统实际可能达到的可性，预报这些零部件或系统在规定的条件下和在规定时间内完成规定功能的概率。在产品设计的初期阶段，及时完成可靠性预测工作，可以了解产品各零部件之间可靠性的相互关系，找出提高产品可靠性的有效途径。 二、可靠性设计的基本原理 （1）选择设计方案时尽量不采用还不成熟的新系统和零件，尽量采用已有经验并已标准化的零部件和成熟的技术。 （2）结构简化，零件数削减。如日本横河记录仪表10年中无件数削减30%，大大提高了可靠性。 （3）考虑功能零件的可接近性，采用模块结构等以利于可维修性。 （4）设置故障监测和诊断装置，保证零件部设计裕度（安全系数/降额）。 （5）必要时采用功能并联、冗余技术。如日本的液压挖掘机等，采用双泵、双发动机的冗余设计。 （6）失效安全设计（Failure Safe），系统某一部分即使发生故障，但使其限制在一定范围内，不致影响整个系统的功能。 （7）安全寿命设计（Safe Life），保证使用中不发生破坏而充分安全的设计。例如对一些重要的安全性零件如汽车刹车，转向机构等要保证在极限条件下不能发生变形、破坏。 （8）加强连接部分的设计分析，例如选定合理的连接、止推方式。考虑防振，防冲击，对连接条件的确认。 （9）可靠性确认试验，在没有现成数据和可用的经验时，这是唯一的手段。尤其机械零部件的可靠性预测精度还很低。主要通过试验确认。 三、可靠性设计的基本方法 为了使设计时能充分地预测和预防故障，把更多的失效经验设计到产品中，因而必须邦助设计人员掌握充分的故障情报资料和设计依据。采取以下措施：
东北大学继续教育学院 自动控制原理试卷（作业考核线上2）B 卷（共 4 页） 一、（30分）回答下列各题 1、自动控制系统由哪些基本环节组成？各环节的功能是什么？（10分） 答：（1）控制对象或调节对象——要进行控制的设备或过程。 （2）执行机构——一般由传动装置和调节机构组成。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。 （3）检测装置或传感器——该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。 （4）给定环节——设定被控制量的给定值的装置。 （5）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。（6）中间环节——一般包括比较环节和校正环节。 2、传递函数适合哪类控制系统？如何定义？（10分） 答：传递函数适合线性连续系统。其定义为：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。 3、通常有哪几种减小稳态误差的途径？（10分） 答：减小稳态误差的途径：增大系统的开环放大系数；提高开环传递函数中的串联积分环节的阶次N；采用补偿的方法——复合控制或前馈控制。
二、（20分）控制系统的动态结构图如图1所示，试求系统输出Y(s)对输入信号R(s)和扰动信 号N(s)的传递函数Y(s)/ R(s)、Y(s)/ N(s)。 Y(S) R(S) N(S) F H1 W2 W1 + + - - H2 图1 题二图 解： (1) 令，可得 (2) 令，可得
三、（30分）一闭环反馈控制系统的动态结构图如图2所示。 （1）试求当%20% σ≤，() 5% 1.8 s t s =时，系统的参数 1 K及τ值。 （2）试求上述系统的位置稳态误差系数 p K、速度稳态误差系数 v K、加速度稳态误差系数 a K 及其相应的稳态误差。 图2 题三图 解 (1) 系统开环传递函数为 1 2 1 11 2 1 1 () ()1 11 K K K s W s K s s s K s s s K τ ττ τ === +?? ++ ? ?? 与标准型相对比，得 2 1 1 K 2 1 K= n n K K ω ξωτ τ ? ?= ? = ? ? ? ? 由%20% σ≤,得 22 0.46 (ln0.2) ξ π ≥≈ + 由() 5% 1.8 s t=，得 3 3.65 n s t ω ξ ≤= 所以
1．判断题（共20分，每题2分，答错倒扣1分） (1)（）系统可靠性与维修性决定了系统的可用性和可信性。 (2)（）为简化故障树，可将逻辑门之间的中间事件省略。 (3)（）在系统寿命周期的各阶段中，可靠性指标是不变的。 (4)（）如果规定的系统故障率指标是每单位时间0.16，考虑分配余量，可以按每单位时间0.2 进行可靠性分配。 (5)（）MTBF和MFHBF都是基本可靠性参数。 (6)（）电子元器件的质量等级愈高，并不一定表示其可靠性愈高。 (7)（）事件树的后果事件指由于初因事件及其后续事件的发生或不发生所导致的不良结果。 (8)（）对于大多数武器装备，其寿命周期费用中的使用保障费用要比研制和生产费用高。 (9)（）所有产品的故障率随时间的变化规律，都要经过浴盆曲线的早期故障阶段、偶然故障 阶段和耗损故障阶段。 (10)（）各种产品的可靠度函数曲线随时间的增加都呈下降趋势。 2．填空题（共20分，每空2分） (1)MFHBF的中文含义为。 (2)平均故障前时间MTTF与可靠度R(t)之间的关系式是。 (3)与电子、电器设备构成的系统相比，机械产品可靠性特点一是寿命不服从分 布，二是零部件程度低。 (4)在系统所处的特定条件下，出现的未预期到的通路称为。 (5)最坏情况容差分析法中，当网络函数在工作点附近可微且变化较小、容差分析精度要求不 高、设计参数变化范围较小时，可采用；当网络函数在工作点可微且变化较大，或容差分析精度要求较高，或设计参数变化范围较大时，可采用。 (6)一般地，二维危害性矩阵图的横坐标为严酷度类别，纵坐标根据情况可选下列三项之一： 、 或。
3．简要描述故障树“三早”简化技术的内容。（10分）
可靠性设计准则 可靠性设计准则是设计人员在长期的设计实践中积累起来的、能提高产品可靠性的行之有效的经验和方法，并归纳、总结形成 具有普遍适用价值的设计原则。它是设计人员进行产品设计时必须遵 循的准则，以避免重复发生过去已发生过的故障或设计缺陷。 可靠性设计准则一般是针对某个具体产品制定的。但也可以将产品的可靠性设计准则的共性部分上升为某类产品的可靠性设计 准则。如：HB7251-95《直升机可靠性设计准则》、HB7232-95《军用 飞机可靠性设计准则》、GJB2635-96《军用飞机腐蚀防护设计和控制 要求》等。 维修性设计与分析 1.维修性模型的建立 维修性模型用来表达系统与各单元维修性的关系，维修性参数与各种设计及保障要素参数之间的关系，供维修性分配、预计及评定用。 建立维修性模型的一般程序可如图1所示。首先明确分析的目的和要求，对分析对象进行描述，找出对欲分析参数有影响的因素，并确定其参数。然后建立数学模型，通过收集数据和参数估计，不断对模型进行修改完善。 图1 建立维修性模型的一般程序 2.维修性分配 维修性分配是为了把产品的维修性定量要求按给定准则分配给各组成单元而进行的工作。 （1）维修性分配的一般程序 1）进行系统维修职能分析，确定每一个维修级别需要行使的维修保障的职能和流程。 2）进行系统功能层次分析，确定系统各组成部分的维修措施和要素。
3）确定系统各组成部分的维修频率。 4）将系统维修性指标分配到各单元，研究分配方案的可行性，进行综合权衡。 （2）维修性分配方法常用方法见表1。 表1 维修性分配的常用方法 3.维修性预计 维修性预计是为了估计产品在给定工作条件下的维修性而进行的工作。它的目的是预先估计产品的维修性参数，了解其是否满足规定的维修性指标，以便对维修性工作实施监控。 （1）维修性预计的一般程序 1）收集资料。首先要收集并熟悉所预计产品设计资料和可靠性数据。还要收集有关维修与保障方案及其尽可能细化的资料。 2）系统的职能与功能层次分析。 3）确定产品设计特征与维修性参数的关系。 4）预计维修性参数值。利用各种预计模型，估算各单元和系统的维修性参数值。 （2）维修性预计方法维修性预计的方法有多种，常用的维修性预计方法要点见表2。 表2 常用的维修性预计方法 （3）工程应用中注意事项 1）预计的组织实施。低层次产品的维修性估计与产品设计过程结合紧密，通常由设计人员进行。系统、设备的正式维修性预计，涉及面宽且专业性强，应由维修性专业人员进行。 2）预计的方法和模型的选用。要根据产品的类型、所要预计的参数、研制阶段等因素，选择适用的方法。同时，对各种方法提供的模型进行考察，分析其适用性，可作局部修正。
东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 电力系统分析 试 卷（作业考核 线下） B 卷（共 5 页） 1、对电力系统的基本要求是（ A ）。 A 、保证对用户的供电可靠性和电能质量，提高电力系统运行的经济性，减少对环境的不良影响； B 、保证对用户的供电可靠性和电能质量； C 、保证对用户的供电可靠性，提高系统运行的经济性； D 、保证对用户的供电可靠性。 2、停电有可能导致人员伤亡或主要生产设备损坏的用户的用电设备属于（ A ）。 A 、一级负荷； B 、二级负荷； C 、三级负荷； D 、特级负荷。 3、对于供电可靠性，下述说法中正确的是（ D ）。 A 、所有负荷都应当做到在任何情况下不中断供电； B 、一级和二级负荷应当在任何情况下不中断供电； C 、除一级负荷不允许中断供电外，其它负荷随时可以中断供电； D 、一级负荷在任何情况下都不允许中断供电、二级负荷应尽可能不停电、三级负荷可以根据系统运行情况随时停电。 4、在输电线路参数中属于耗能参数的是（ D ）。 A 、电抗、电阻； B 、电纳、电阻； C 、电导、电抗； D 、电阻、电导。 5、 在既有水电厂、火电厂和核电厂的电力系统中，洪水季节调频电厂通常选择（ B ） A 、大型水电厂； B 、中温中压火力发电厂； C 、核电厂； D 、高温高压火力发电厂。 6、某发电厂有三台机组并列运行，其耗量特性分别为： 21110015.026.08.2G G P P F ++= （h T /） 22220015.029.05.3G G P P F ++= （h T /） 2 3330015.017.00.4G G P P F ++= （h T /） 机组功率约束条件为： MW P MW G 50201≤≤ MW P MW G 100202≤≤ MW P MW G 100203≤≤ 当负荷功率为200MW 时机组间负荷的最优分配为（ A ）。 A 、MW P G 501=、MW P G 552=、MW P G 953=； B 、MW P G 401=、MW P G 802=、MW P G 803=； C 、MW P G 501=、MW P G 752=、MW P G 753=； D 、MW P G 601=、MW P G 502=、MW P G 903=。
ji 第四章(44) 可靠性试验与设计 四、最小二乘法 用图估法在概率纸上描出[],()i i t F t 点后,凭目视作分布检验判别所作的回归直线往往因人而异，因此最好再通过数值计算求出精确的分布检验结论和求出数学拟合的回归直线。通常用相关系数作分布检验，用最小二乘法求回归直线。 相关系数由下式求得： ()() n i i X X Y Y γ--= ∑ 其中X,Y 是回归直线的横坐标和纵坐标，它随分布的不同而不同。下表是不同分布的 坐标转换 只有相关系数γ 大于临界值0γ时，才能判定所假设的分布成立。0γ临界系数可查相应的临界相关系数表，如给定显著水平0.05α=，n=10,可查表得00.576γ=。若计算的0γγ，则假设的分布成 立。 如果回归的线性方程为 Y mX B =- 则由最小二乘法得到系数为
1 1 111 221 1??1?1 ()n n i i i i n n n i i i i i i i n n i i i i Y m X B N X Y X Y N m X X N =======-+=-=-∑∑∑∑∑∑∑ 代入上表中的不同的分布，就可以得到相应分布的参数估计值。 五、最好线性无偏估计与简单线性无偏估计 1、无偏估计 不同子样有不同的参数估计值?q ，希望?q 在真值q 附近徘徊。若?()E q q =，则?q 为q 的无偏估计。如平均寿命的估计为?i t n q =? ，是否为无偏估计？ Q 1 [] ?()[]n i i i i t E t E E n n n q q q === = =? 邋 \ ?q 为q 的无偏估计 2、最好无偏估计定义 若?k q 的方差比其它无偏估计量的方差都小，即?()min ()k k D D q q =，则?k q 为最好无偏估计。 3、线性估计定义 若估计量?q 是子样的一个线性函数，即1 ?n i i i a q ==C ? ，则称?q 为线性估计。 4、最好线性无偏估计 当子样数25n ￡时，通过变换具有()F m s C -形式的寿命分布函数，其,m s 的最好线性无偏估计为： 1 ?(,,)r j i D n r j X m ==? ?(,,)j C n r j X s =? 其中(,,),(,,)D n r j C n r j 分别为,m s 的无偏估计，有了,,n r j 后，可有专门表格查无偏系数(,,),(,,)D n r j C n r j 。
学习中心： 院校学号： 姓名 课程名称：电力系统分析 1 1. 东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 电力系统分析 试 卷（作业考核 线上2） A 卷（共 4 页） 1、下列故障形式中对称的短路故障为（ C ） A.单相接地短路 B.两相短路 C.三相短路 D.两相接地短路 2、应用等面积定则分析简单电力系统暂态稳定性，系统稳定的条件是（ C ） A.整步功率系数大于零 B.整步功率系数小于零 C.最大减速面积大于加速面积 D.最大减速面积小于加速面积 3、电力系统中一级负荷、二级负荷和三级负荷的划分依据是用户对供电的（ A ） A.可靠性要求 B.经济性要求 C.灵活性要求 D.优质性要求 4、中性点不接地系统发生单相接地短路时，非故障相电压升高至（ A ） A.线电压 B.1.5倍相电压 C.1.5倍线电压 D. 倍相电压 5、频率的一次调整是（ A ） A.由发电机组的调频系统完成的 B.由发电机组的调速系统完成的 C.由负荷的频率特性完成的 D.由无功补偿设备完成的 6、潮流方程是( D ) A.线性方程组 B.微分方程组 C.线性方程 D.非线性方程组 7、分析简单电力系统的暂态稳定主要应用( B ) A.等耗量微增率原则 B.等面积定则 C.小干扰法 D.对称分量法 8、顺调压是指( B ) A.高峰负荷时，电压调高，低谷负荷时，电压调低 B.高峰负荷时，允许电压偏低，低谷负荷时，允许电压偏高 C.高峰负荷，低谷负荷，电压均调高 D.高峰负荷，低谷负荷，电压均调低 9、系统发生单接地短路故障时，复合序网的连接方式为（ A ） A.正序、负序、零序串联 B.正序、负序并联、零序网开路 C.正序、零序并联、负序开路 D.零序、负序并联，正序开路 10、系统中无功功率不足，会造成( D )。 A.频率上升 B.频率下降 C.电压上升 D.电压下降 11、已知一节点所带负荷，有功功率为P ，视在功率为S ，则功率因数角 为（ D ） A ．arctan P S B ．arcsin P S C ．arccos S P D ．arccos P S 12、减小输电线路有功损耗可通过（ C ） A.增大线路有功功率 B.增大线路无功功率 C.提高线路两端电压 D.增大输电线路电阻 13、电力系统并列运行暂态稳定性分析中不考虑非周期分量、负序分量和零序分量的影响，原因是（ C ）。 A ．认为非周期分量、负序分量和零序分量都已衰减到零；
1.闭环控制系统的基本环节及作用： 1、给定环节：设定被控制的给定值的装置 2、比较环节：将所检测的的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量 3、校正环节：将比较环节的输出量转化为标准信号 4、放大环节：将偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号 5、执行机构:直接作用于控制对象，使被控量达到所要求的数值 6、被控对象或调节对象:指要进行控制的设备或过程 7、检测装置或传感器：用来检测被控量，并将其转换为与给定量相同的物理量 2.什么是系统的暂态过程？对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出量的暂态过程如何？ （1）暂态过程：系统从一个稳态过渡到新的稳态的过渡过程 （2）输出量的暂态过程可能有以下几种情况： 1.单调过程。输出量单调变化，缓慢达到新的稳态值。 2.衰减振荡过程。被控制量变化很快，产生超调，经过几次振荡后，达到新的稳定 工作状态。 3.持续振荡过程。被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态。 4.发散振荡过程。被控制量发散振荡，不能达到所要求的稳定工作状态。 3.如何区分线性系统和非线性系统？ 可以通过线性和非线性各自的特性区分，线性系统具有叠加性和齐次性，非线性系统则不具备以上特性。非线性系统不仅与系统的结构和参数有关，还与系统的初始条件有关。 4.按给定力量的特征，系统可分成哪几种类型？ 1.恒值系统。恒值系统的给定量保持不变。（输出量恒定不变） 2.随动系统。随动系统中的给定量按照事先未知的时间函数变化。（输出量跟随给定量的 变化，所以也可以叫做同步随动系统） 3.程序控制系统。这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的。（输出量与给定量的 变化规律想同） 5.简述控制系统性能指标。 自动控制系统的性能指标通常是指系统的稳定性，稳态性能和暂态性能。 稳定性：自动控制系统的首要条件时系统能稳定正常运行。 稳态性能：系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。暂态性指标：1.最大超调量σ％：输出最大值与输出稳态值的相对误差。 2.上升时间tr:系统输出量第一次到达输出稳态值时所对应的时刻。 3.过渡时间ts：系统的输出量进入并一直保持在稳态输出值附近的允许误差 带内所需时间。 4.振荡次数μ：在调节时间内输出量在稳态值附近上下波动的次数。 6.对自动控制系统性能指标要求有？ 1.稳定性：即系统能工作的首要条件。
企业网络安全风险分析及可靠性设计 与实现研究 摘 要：现今，伴随信息、通信技术的完善，网络攻击技术的革新，网络安全问题日益显现。网络安全的管控，可以从侧面反映网络的安全状态，确保企业的网络安全。网络的安全性，关系企业的长远发展问题，同时也会间接影响社会的发展，作为企业的管理者我们应确保企业网络的安全，进而提高企业的经济效益。因此，本文就从网络安全风险分析、网络可靠性设计、企业网络安全的实现几方面进行一定的探讨，期望可以为企业的正常运行提供一定的帮助。 关键词：企业；网络风险分析；可靠性设计与实现现今，伴随信息、通信技术的完善，计算机网络中信息与数据的汇聚，都给人们的生活带来了极大的便捷性。经由网络系统，不仅提高了企业信息保存、传输的速度；提高了市场的反映速度；还带动了企业业务的新发展。企业内部中的网络信息，在现实运用中都实现了资源共享[1]。但是，在资源共享的前提下，就存在企业内部机密的安全性问题，尤其是现今的网络安全问题频发，我们更应提高对于企业的网络安全问题的关注度。因此，本文就对企业网络安全进行一定的探讨，期望可以对企业的正常运行提供有效帮助。 1网络安全风险分析 1.1安全威胁的分类 网络安全威胁，具体就是指潜在的、会对企业资产形成损失的安全问题。导致安全威胁的因素诸多，具体分类为：恶意攻击；系统软件问题；自然灾害；人为因素等[2]。
1.2网络系统安全影响因素[3] 1.2.1缺乏完善的管理体系 完善的网络管理体系，不单需要投入大量的网络设备，同时也要求有技术的支持。网络安全建设，其主要因素还应建立规范的网络安全管理机制。在任何企业，为了有效的保证网络的安全性，都应注重管理与技术的结合。在企业中，应注重员工的安全教育，同时管理者应依据现实状况，不断的完善企业的管理制度。 1.2.2缺乏网络安全知识 企业中的员工，其安全防范意识欠缺，对于网络安全知识认识较少，常会因个人信息的丢失，导致公司机密文件的泄漏。企业的网络安全，关系到企业的长远发展策略，因此公司应增强员工的安全知识教育，从根本上确保公司的网络安全。首先，企业员工在获取资源时，应该警惕病毒的侵入，防患于未然。其次，企业员工应该对于网络程序的安全性，有自己的初步判断能力，同时安装防病毒软件，并定时进行更新。第三，企业员工中对于文件的管理，应该注重文件的安全问题，应由员工自己管理文件，并设置权限。 1.2.3网络拥塞 网络拥塞，具体讲就是指当用户对网络资源的需求量，超过了网络固有容量的时候，出现的一种网络过载的状况[4]。企业员工的访问时间；交换机与路由器的端口传输速率等，都是造成网络拥塞的原因。当企业中出现网络拥塞的情况，就会出现数据不能进行转发，进而影响正常的网络运转工作，因此，企业在网络管理中，应依据这一情况制定合理的规划。 1.2.4系统漏洞的问题 现今，多数企业都是应用TCP/IP
软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计的原因?软件在使用中发生失效(不可靠会导致任务的失败,甚至导致灾难性的后果。因此,应在软件设计过程中,对可能发生的失效进行分析,采取必要的措施避免将引起失效的缺陷引入软件,为失效纠正措施的制定提供依据,同时为避免类似问题的发生提供借鉴。 ?这些工作将会大大提高使用中软件的可靠 性,减少由于软件失效带来的各种损失。 Myers 设计原则 Myers 专家提出了在可靠性设计中必须遵循的两个原则: ?控制程序的复杂程度
–使系统中的各个模块具有最大的独立性 –使程序具有合理的层次结构 –当模块或单元之间的相互作用无法避免时,务必使其联系尽量简单, 以防止在模块和单元之间产生未知的边际效应 ?是与用户保持紧密联系 软件可靠性设计 ?软件可靠性设计的实质是在常规的软件设计中,应用各种必须的 方法和技术,使程序设计在兼顾用户的各种需求时, 全面满足软件的可靠性要求。 ?软件的可靠性设计应和软件的常规设计紧密地结合,贯穿于常规 设计过程的始终。?这里所指的设计是广义的设计, 它包括了从需求分析开始, 直至实现的全过程。 软件可靠性设计的四种类型
软件避错设计 ?避错设计是使软件产品在设计过程中,不发生错误或少发生错误的一种设计方法。的设计原则是控制和减少程序的复杂性。 ?体现了以预防为主的思想,软件可靠性设计的首要方法 ?各个阶段都要进行避错 ?从开发方法、工具等多处着手 –避免需求错误 ?深入研究用户的需求(用户申明的和未申明的 ?用户早期介入, 如采用原型技术 –选择好的开发方法
?结构化方法:包括分析、设计、实现 ?面向对象的方法:包括分析、设计、实现 ?基于部件的开发方法(COMPONENT BASED ?快速原型法 软件避错设计准则 ? (1模块化与模块独立 –假设函数C(X定义了问题X 的复杂性, 函数E(X定义了求解问题X 需要花费的工作量(按时间计,对于问题P1和问题P2, 如果C(P1>C(P2,则有 E(P1> E(P2。 –人类求解问题的实践同时又揭示了另一个有趣的性质:(P1+P2>C(P1 +C(P2 –由上面三个式子可得:E(P1+ P2> E(P1+E(P2?这个结论导致所谓的“分治法” ----将一个复杂问题分割成若干个可管理的小问题后更易于求解,模块化正是以此为据。 ?模块的独立程序可以由两个定性标准度量,这两个标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同模块彼此间互相依赖的紧密程度。内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。 软件避错设计准则 ? (2抽象和逐步求精 –抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节 ?举例
1. 概念题（10分） A （1）简述自动控制的定义。 （2）简述线性定常系统传递函数的定义。 解： （1）所谓自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备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。（5分） （2）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。（5分） B （1）简述闭环自动控制系统一般是由哪些基本环节组成，并画出其控制系统结构图。 （2）简述什么是无差系统。 解： （1）（5分） 1-给定环节；2-比较环节；3-校正环节；4-放大环节；5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置 （2）若系统的稳态误差为零，则称该系统为无差系统。（5分） 2．（10分） A.控制系统如图1所示，其中)(s W c 为补偿校正装置，试求该系统闭环传递函数)()(s X s X r c ，并从理论上确定如何设计补偿校正装置)(s W c 可以使系统补偿后的给定误差为零。 图1 控制系统结构图 解： []) ()(1) ()()()()()(2121s W s W s W s W s W s X s X s W c r c B ++= = （5分） 由此得到给定误差的拉氏变换为
)() ()(1)()(1)(212s X s W s W s W s W s E r c +-= 如果补偿校正装置的传递函数为 ) (1 )(2s W s W c = （5分） 即补偿环节的传递函数为控制对象的传递函数的倒数，则系统补偿后的误差 0)(=s E B. 控制系统如图1所示，其中)(s W c 为补偿校正装置，试求该系统的扰动误差传递函数)()(s N s X c ，并从理论上确定如何设计补偿校正装置)(s W c 可以使系统补偿后的扰动误差为零。 图1 控制系统结构图 解： 系统的扰动误差传递函数为 ) ()(1) ()]()(1[)()(2121s W s W s W s W s W s N s X c c +-= （5分） 则 )() ()(1) ()]()(1[)(2121s N s W s W s W s W s W s X c c +-= 如果选取 ) (1 )(1s W s W c = （5分） 则得到 0)(=s X c 从而，实现系统补偿后的扰动扰动误差为零。 3．已知某三阶单位负反馈系统具有一个有限零点为-1.5、三个极点分别为6.12.1j ±-和-1.49、且系统传递函数根的形式放大系数为4。试求系统在单位阶跃函数作用下，系统的动态性能指标超调量%σ、调整时间s t 和峰值时间m t 。（10分） 解： 49.13-=s 与5.11-=z 构成偶极子可相消，故系统可以用主导极点2,1s 构成的低阶系统近似（1分） ：
1.电力系统发生三相短路，短路电流只包含() A、正序分量 B、负序分量 C、零序分量 D、正序和零序分量 答案：A 2.中性点不接地系统中，发生单相接地故障时，非故障相电压将升高至相电压的() A、3倍 B、2倍 C、1.732倍 D、1.414倍 答案：C 3.在发电机稳态运行状态中，机械功率PT与电磁功率相比，将() A、大 B、小 C、相等 D、无关系 答案：C 4.逆调压是指() A、高峰负荷时，将中枢点的电压调高；低谷负荷时，将中枢点的电压调低 B、高峰负荷时，将中枢点的电压调低；低谷负荷时，将中枢点的电压调高 C、高峰负荷，低谷负荷中枢点的电压均低 D、峰负荷，低谷负荷中枢点的电压均高 答案：A 5.电压降落指线路始末两端电压的()
A、数值差 B、分值差 C、相量差 D、矢量差 答案：C 6.单相短路的序分量电流边界条件是() A、i?+i?+i?=0 B、i?=i?=i? C、i?+i?=0 D、i?=i? 答案：B 7.经Park变换后的理想同步发电机的电压方程含() A、电阻上的压降 B、发电机电势 C、变压器电势 D、A，B，C均有 答案：D 8.电力系统的综合用电负荷加上网络中的供电损耗称为() A、厂用电负荷 B、发电负荷 C、工业负荷 D、供电负荷 答案：D 9.系统发生两相短路接地故障时，复合序网的连接方式为()
A、正序、负序、零序并联 B、正序、负序并联，零序开路 C、正序、零序并联，负序开路 D、零序、负序并联，正序开路 答案：A 10.负荷的单位调节功率可以表示为() A、 B、 C、 D、 答案：D 11.变压器等值参数中，电压UN和功率SN的单位分别为() A、KV，KVA B、KV，MVA C、V，MVA D、KV，VA 答案：A 12.有备用接线方式有() A、放射式、环式、链式 B、放射式、干线式、链式 C、环式、双端电源供电式 D、B和C 答案：C 13.大扰动后，减少原动机出力的主要目的是为了提高系统的()
自动控制原理部分（60分，75分钟） 一、（25分）简要回答下列各问。 1．（2分）线性系统的主要特点是什么? 答：服从叠加原理 2．（2分）线性连续系统稳定的充要条件是什么？ 答：系统的闭环极点具有负实部（即分布在S 左半平面） 3．（8分）什么是无差系统，减小误差的方法通常有哪些? 答：稳态误差为零的系统为无差系统。减小误差的方法通常有3种：提高开环增益，增加开环中的积分环节个数，采用补偿的办法——复合控制。 4．（3分）用描述函数法分析非线性系统的前提条件是什么？ 答：1）系统可以化为非线性部分和线性部分串联的典型结构； 2）非线性部分中的高次谐波的幅值低于基波振幅； 3）线性部分具有低通滤波特性。 5．（5分）试列出5种系统校正的方式。 答：超前、迟后、串联、反馈、前馈、复合、迟后-超前 6．（5分）试述香农采样定理（可以用公式表达） 答：2s m ωω≥，其中s ω为采样频率，m ω为对象的频带宽度。 二、（15分）求图1所示系统的传递函数()/()C s R s 、 ()/()C s E s 、()/()E s R s 。 图1 题二图 答：121 ()/()(1)K C s R s s s K K =+++ 12()/()(1) K C s E s s s K =++ 221 (1)()/()(1)s s K E s R s s s K K ++=+++ 三、（20分）图2所示控制系统，当100k =时，绘制系统的开环对 数频率特性（Bode 图），计算相位裕量，判断稳定性。
图2 题三图 解：100()(1)(1)(1)(1)220220 K k W s s s s s s s ==++++ 14.14c ω≈ ()18090arctan arctan 2 20c c c ωωγω=?-?-- 9081.9535.60c ω≈?-?-?< 故系统不稳定。