自动控制原理(2-2)

第一节自动控制的基本方式

一、两个定义：

（1） 自动控制：在没有人直接参与的情况卞，利用控制装置使某种设备、装置或生产过程 中的某些物理屋或工作状态能自动地按照预定规律变化或数值运行的方法，称为自动控制。

（2） 自动控制系统：由控制器（含测量元件）和被控对彖组成的有机整体。或由相互关联、

相互制约、相互影响的一些元部件组成的具有自动控制功能的有机整体。称为自动控制系统。

在控制系统中，把影响系统输出量的外界输入量称为系统的输入量。

系统的输入屋，通常指两种：给定输入量和扰动输入量。

给定输入量，又常称为参考较输入量，它决定系统输出量的要求值或某种变化规律。 扰动输入量，又常称为干扰输入量，它是系统不希望但又客观存在的外部输入量，例如，电 源电压的波动、环境温度的变化、电动机拖动负载的变化等，都是实际系统中存在的扰动输 入量。扰动输入量影响给定输入量对系统输出量的控制。

自动控制的基本方式

二、基本控制方式（3种）

1、开环控制方式

⑴定义：

控制系统的输出量对系统不产生作用的控制方式，称为开环控制方式。

具有这种控制方式的有机整体，称为开坏控制系统。

如果从系统的结构角度看，开环控制方式也可表达为，没有系统输出量反馈的控制方式。

⑵职能方框图

任何开坏控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的方框图表示。

2、闭坏控制方式

（1）定义：

系统输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，参予了系统控制的方式,称为闭坏控制方式。 如果从系统的结构看，闭环控制方式也可表达为，有系统输出量反馈的控制方式。

自动控制的基本方式

工作原理

开环调速结构基础上引入一台测速发电机，作为检测系统输出量即电动机转速并转换为 电压。

反馈电压与给定电压比较（相减）后，产生一偏差电压，经电压和功率放人器放大后去控制 电动机的转速。

当系统处于稳定运行状态时，电动机就以电位器滑动端给出的电压值所对应的希望转速 运行。

期末测试

1

单选(2分)

离散系统闭环脉冲传递函数的极点，则动态响应为（ ）



A.

等幅脉冲序列



B.

发散脉冲序列



C.

双向脉冲序列



D.

收敛脉冲序列

正确答案：A

2

单选(2分)

系统结构如图所示，输出的Z变换为（ ）



A.



B.



C.



D.

正确答案：A

3

单选(2分)

已知，则有( )



A.



B.



C.



D.

正确答案：D

4

单选(2分)

如图输出采样信号的Z变换C(z)为（ ）



A.



B.



C.



D.

正确答案：A

5

单选(2分)

下列哪个不是线性离散系统的数学模型（ ）



A.

离散状态空间表达式



B.

差分方程



C.

脉冲传递函数



D.

普通传递函数

正确答案：D

6

单选(2分)

已知X(t)的拉氏变换为，则X(t)的Z变换X(z)为（ ）。



A.



B.



C.



D.

正确答案：A

7

单选(2分)

判断题图中系统是否稳定

A.

a点不稳定，b点稳定



B.

a点稳定，b点不稳定



C.

a、b两点都不稳定



D.

a、b两点都稳定

正确答案：B

8

单选(2分)

非线性系统的稳定性与下列因素哪些有关（ ）



A.

输入信号大小



B.

系统结构和参数



C.

A、B、C都是



D.

初始条件

正确答案：C

9

单选(2分)

非线性系统自持振荡与什么有关（ ）



A.

输入信号大小



B.

系统结构和参数



C.

A、B、C都是



D.

初始条件

正确答案：B

10

单选(2分)

非线性系统的相轨迹在相平面的上半部，其走向是（ ）



A.

从右向左方向的运动



B.

不动点



C.

从左向右方向的运动



D.

其它选项都不对

正确答案：C

11

单选(2分)

非线性系统的相轨迹在相平面的横轴上是（ ）



A.

其它选项都不是



B.

从左向右方向的运动



C.

不动点



D.

从右向左方向的运动

正确答案：C

12

单选(2分)

非线性系统的及的轨迹如下图所示，试问X怎么样变化系统

是稳定的（ ）



A.

X变小，系统稳定



B.

X变大，系统稳定



C.

X无论怎么变化，系统都是不稳定的



D.

X不用改变，系统是稳定的

正确答案：C

13

单选(2分)

已知非线性系统的微分方程是, 则奇点性质是（ ）

⾃动控制原理试卷、习题及答案2套

⾃动控制 (A )试卷

⼀、系统结构如图所⽰，u1为输⼊， u2为输出，试求 1．求⽹络的传递函数G(s)=U1(s)/U2(s)2． 讨论元件R1，R2，C1，C2参数的选择对系统的稳定性是否有影响。（15分）2

⼆、图⽰系统，试求，

（1） 当输⼊r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss;

（2） 当输⼊r(t)=1(t)，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss; （3） 若要减⼩稳态误差，则应如何调整K 1，K 2？（15分）

三．已知单位负反馈系统的开环传递函数为.)

())(()(1Ts s 1s 12s K s G 2

+++=

试确定当闭环系统稳定时，T ，K 应满⾜的条件。（15分）四、已知系统的结构图如图所⽰，

（1） 画出当∞→0:K 变化时，系统的根轨迹图；

（2） ⽤根轨迹法确定，使系统具有阻尼⽐50.=ζ时，K 的取值及闭环极点（共轭复根）。（15分）五、已知最⼩相位系统的对数幅频特性渐近特性曲线，

1.试求系统的开环传递函数G （s ）;

2.求出系统的相⾓裕量γ;

3．判断闭环系统的稳定性。（15分）

六、设单位反馈系统的开环传递函数如下，2s

158

s -+=)()(s H s G 1. 试画出系统的乃奎斯特曲线;

2. ⽤乃⽒判据判断系统的稳定性（15分） 七、已知单位反馈系统的开环传递函数为

1)

s(2s 4

G +=)(s

使设计⼀串联滞后校正装置，使系统的相⾓裕量040≥γ，幅值裕量10db K g

≥，

并保持原有的开环增益值。（10分）

⾃动控制理论B

⼀． 试求图⽰系统的输出z 变换C(z).（20分）

(b)

(a)

⼆.闭环离散系统如图所⽰，其中采样周期T =1s ，（20分）

1． 试求系统的开环脉冲传递函数G(z); 2． 求系统的闭环脉冲传递函数)z (Φ； 3． 确定闭环系统稳定时K 的取值范围。 （注：()

T 22e z z )s 1(Z ,1z Tz )s 1(Z ,1z z )s

j 1

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。

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； m n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 W（S）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。

W(s) m m 1

b)s b|S

n n 1 a°s a〔s bm 1 S bm

an 1S an j 1

W(s) m

K Ts 1

晋 其中K

TjS 1 an m

I +

传递函数的放大倍数，Kg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

1/Cs

------ H Ro

Ur i一.

4.微分环节W(s) Kg s乙

i 1

n

s Pj

j 1 其中Kg bo