PAGEPAGE27自動控制原理與系統 ，第三版填空沒有人直接參與的動調節與控制，使之按照預定的方案達到要求的指標（1.1）18小球離心調速器(1.1)若系統的輸出量不被引回來對系統的控制部分產生影響，這樣的系統稱為開環控制統。(1.2)系統。(1.2)正反饋。(1.3)。(1.4)隨動系統的特點是輸入量是變化著的出相應的變化。(1.4)動態性能。(1.5)振蕩次數(1.5)傳遞函數概念基礎之上的。(1.6)狀態變量概念基礎之上的。(1.6)單選1. 在自動控制系統的性能指標中，最重要的性能() (1.5)動態性能 穩定性 穩態性能 快速性雙選若系統的輸出量通過反饋環節返回來作用于控制部分，這樣的系統稱() (1.2)開環控制系統 閉環控制系統 前饋控制系統 反饋控制系統 復合控制系統開環控制系統的適用場合() (1.2)系統的擾動量影響不大 系統的擾動量大且無法估計控制精度達不到預期要系統未設反饋環節 系統的擾動量可以預計并能進行補償閉環控制系統的適用場合() (1.2)系統的擾動量影響不大 控制精度達不到預期要求 系統未設反饋環系統的擾動量大 系統的擾動量可以預計并能進行補償自動控制系統按輸入量變化的規律可分為恒值控制系統() (1.4)連續控制系統 伺服系統 過程控制系統 離散控制系統 時變系統自動控制系統按系統的輸出量和輸入量間的關系可分() (1.4)連續控制系統離散控制系統線性系統非線性系統 定常系統恒值控制系統是最常見的一類自動控制系統，例() (1.4)火炮控制系統 自動調速系統雷達導引系統刀架跟隨系統 水位控制系統簡答(1.2)(1.3)當系統處于穩態時，電動機停轉，UA

UB 1

Q，HH2

（穩態值Q2HRPB將增大，這樣UU UA B

0，此電壓經放大后，使伺服電動機反轉，再經減速后，驅V1Q1增加，使水位不再下降，且逐漸上升并恢復到原位。這個自動調節的過程一直要繼續到Q1

Q,HH,U2 0

U,U0，電動機停A轉為止。(1.3)當手輪逆時針轉動時，設為增加，并設U此時減小，則偏差電壓UU 將小于i i i f零。由于2AUk

將為正值，使Ud

為正值，設此時電動機轉動將帶動雷達天線作逆時針轉動。這個過程要一直繼續到c機停轉才為止。

,U0,Ui

0,Ud

0，電動第2章拉普拉斯變換及其應用填空拉氏變換。(2.1)拉氏變換的定義式為F(s)0

f(t)estdt (2.1)2等加速度信號r(t)t2的拉氏變換式R(s)為 。(2.1)s3f(tF(sf(t的拉氏變換為esF(s。(2.2)單選正弦信號r(t)sint的拉氏變換式R(s)為() (2.1)s2s22s22 s22 s22余弦信號r(t)cost的拉氏變換式R(s)為() (2.1)s22

2 s2ss22s22 s2ss22第3章自動控制系統的數學模型填空微分方程。(3.1):勵磁回路。(3.1)時間域數學模型。(3.1)其各階導數在t0時的值也均為零。 (3.2)也不相同。(3.2)復數域數學模型。(3.2)圖形(3.3)功能框(3.3)時間(3.4)指數規律逐漸變化。(3.4)2 1二次振蕩環節的傳遞函數為G(s) n 。(3.4)s2n

s2n

T2s21延遲環節的傳遞函數為G(s)es。(3.4)(3.5)(3.6))乘積。(3.6)當系統中有兩個(或兩個以上)環節并聯時，其等效傳遞函數為各環節傳遞函數的和(3.6)二(3.6)三階系統。(3.6)單選描述系統的輸入量和輸出量之間關系的最基本的數學模型是系統的 () (3.1)傳遞函數 微分方程 系統框圖 頻率特性自動控制中最常用的數學模型是 () (3.2)傳遞函數 微分方程 系統框圖 頻率特性雙選1.系統的傳遞函數取決于系統的 ()(3.2)內部結構 參數 作用量大小作用量變化規律外部擾動2. 積分環節是自動控制系統中遇到的最多的環節之一 ,例如() (3.4)電容的電量與電流 電子放大器 直流電動機 溫度與電功齒輪減速器簡答U(s)試求圖示系統的傳遞函數

oU(s)i

，并說明該環節為何種典型環節？ (3.4)U(s) R解：G(s) o 1(1RCs)U(s) R 0 0i 0此環節為比例微分環節U(s)試求圖示系統的傳遞函數

Uo(s)，并說明該環節為何種典型環節？i

(3.4)U(s) R 1G(s

oU(s)

(1R

RCs)i 0 0 1此環節為比例積分環節簡述當負載轉矩增加時，電動機內部的自動調節過程 。 (3.5)解：寫出圖示系統中當R(s)和D(s)同時作用時系統的輸出C(s)。 (3.6)DD(s)R(s)C(s)G(s)1G(s)2H(s)解：G(s)G(s)R(s)C(s) 1 2 r 1G(s)G(s)H(s)C(s)

1 2G(s)D(s)2d 1G(s)G(s)H(s)1 2C(s)C(s)C(s)r d試應用方框圖化簡的方法求取圖示系統的閉環傳遞函數

C(s)R(s)（要求寫出變換過程）(3.6)RR(s)G1G2G3C(s)HH21解：第四章分析自動控制系統性能常用的方法填空在經典控制理論中，常用的分析方法有時域分析法、頻率特性法和 根軌跡法。(4.1)頻率特性是系統(或元件)對不同頻率正弦輸入信號的響應特性。 (4.2)頻率(4.2)對線性系統，若其輸入信號為正弦量，則其 穩態輸出信號也將是同頻率的正量. (4.2)系統的頻率特性包括幅頻特性和 相頻特性。 (4.2)系統頻率特性的模描述了系統對不同頻率的正弦輸入量的衰減或放大特性。(4.2)系統頻率特性的幅角描述了系統對不同頻率的正弦輸入信號在相位上的滯后或超前。(4.2)系統頻率特性的數學式表示方式有指數形式、直角坐標和 極坐標形式。(4.2)系統頻率特性的圖形表示方式主要有奈氏圖和 Bode圖。(4.2)對數頻率特性有兩張圖組成，一張為對數幅頻特性，另一張為對數 相頻特性。(4.2)L((4.2)在繪制慣性環節的對數幅頻特性時，若以漸近線取代實際曲線，引起的最大誤差約為-3.0dB。(4.2)振蕩環節的對數幅頻特性曲線的漸近線與實際曲線之間的誤差不僅與頻率阻尼比有關。(4.2)迭加。(4.2)若系統傳遞函數的極點和零點均在s最小相位系統(4.2)若系統傳遞函數有在s(或。(4.2)單選在二次振蕩環節中，當阻尼比 1時，其階躍響應c(t)為() (4.1)等幅振蕩 衰減振蕩 阻尼振蕩 單調上升在二次振蕩環節中，當阻尼比 0時，其階躍響應c(t)為() (4.1)等幅振蕩 衰減振蕩 增幅振蕩 單調上升在二次振蕩環節中，當阻尼比 01時，其階躍響應c(t)為() (4.1)等幅振蕩 阻尼振蕩 增幅振蕩 單調上升雙選1. 當系統增設比例環節后，下列說法正確的是 () (4.2)系統的L()平移 系統的L()改變形狀 系統的()平移系統的()不變 系統的()改變形狀簡答求典型一階系統G(s) 1 的單位斜坡響應。 (4.1)Ts1C(s)

1 1

1 T T2解： Ts1s2 s2 s Ts1c(t)tTTetT分析圖示直流電動機構成振蕩環節的條件。(為便于表達，忽略TL

(s)，并記J RT G a ) (4.1)m KK2e T1(K)e G(s)1(K)e U(s) TTs2Ts1a am mT4TaT4Tam當T m

1，電動機為一振蕩環節。試述引入對數幅頻特性的原因，以及采用半對數坐標紙的好處。 (4.2)解：引入對數幅頻特性可以使串聯環節的幅值相乘轉化為對數幅頻特性的相加，這對圖形處理、分析計算都會帶來很大方便。畫在半對數坐標紙上的 Bode圖不僅其L()漸近線均為直線，疊加方便，而且橫所表示的頻率范圍將擴大很多，可以顯示從低頻 到高頻較寬頻率范圍的圖形。計算由實驗測得某最小相位系統的幅頻特性對數坐標圖如圖所示，求： (4.2)）系統的開環傳遞函數；）計算系統的相位裕量；）判斷系統的穩定性。L()dB60-20dB/dec46-40dB/dec6 100.1 1

1 5 10 rad/s-60dB/dec解： 0.5rad/s1K100GH(s) 100s(2s1)(0.2s1) 6.3rad/sc47由于相位裕量小于零，系統不穩定。由實驗測得某最小相位系統的幅頻特性對數坐標圖如圖所示，求： (4.2)）系統的開環傳遞函數；）計算系統的相位裕量；）判斷系統的穩定性。L()dB60-20dB/dec40-40dB/dec2000.1 0.5 1 5 10 rad/s-60dB/dec解：K100GH(s) 100s(2s1)(0.2s1) 6.3rad/sc47由于相位裕量小于零，系統不穩定。第5章自動控制系統的性能分析填空穩定性。(5.1)開環(5.1)(-1，j0)(5.1)極坐標圖上以原點為圓心的單位圓對應于對數坐標圖上的0dB(5.1)(180線。(5.1)L()

()若系統開環是穩定的，則閉環系統穩定的充要條件是：當在-π線上方。(5.1)

線過0dB線時， c奈氏穩定(5.1)相對穩定(5.1)(5.1)在設計自動控制系統時，要使cL(-20dB/dec(5.1)明顯變差。(5.1)暫態分量(5.2)動態性能。(5.2)穩態性能。(5.2)系統的穩態誤差由跟隨誤差和擾動誤差兩部分組成作用點(5.2)比例和積分(5.2)(5.2)慣性環節的時間常數愈大，對系統的(5.3)動態性能。(5.3)穩態性能。(5.3)()愈好。(5.1)單選系統的相對穩定性是指() (5.1)系統穩定的充要條件 系統穩定的程度 系統是否穩定 系統穩定或穩定的條件203050對自動控制系統，一般要求相位裕量 20305010雙選系統穩定的充要條件是系統微分方程的特征方程的所有的根 () (5.1)都必須是負根 都在復平面的左側 都必須小于零 都必須具有負實不能在虛軸上對于Ⅰ型系統，下列說法正確的是 () (5.2)能無靜差地跟隨斜坡信號 能跟蹤加速度信號能無靜差地跟隨階躍信號 能有靜差地跟隨階躍信不能跟蹤加速度信號對于Ⅱ型系統，下列說法正確的是 () (5.2)能無靜差地跟隨階躍信號 能無靜差地跟隨斜坡信能無靜差地跟隨加速度信號能有靜差地跟隨斜坡信不能跟蹤加速度信號系統開環對數幅頻特性 L()中能夠反映系統穩態性能的是 L()() (5.2)穿越0dB線的頻率低頻段的斜率穿越0dB線的斜率/s處的高度某單位負反饋系統的開環傳遞函數為 G(s) K ，若T增大，則系統的()s(Ts1)(5.3)調整時間增大相對穩定性變差阻尼比增大超調量減小快速性改善某單位負反饋系統的開環傳遞函數為 G(s) K ，若K增大，則系統的()s(Ts1)(5.3)快速性改善 上升時間增大 阻尼比增穩定性變差 超調量減小反映系統快速性的量有() (5.3)最大超調量 穿越頻率c

相位裕量振蕩次數N 調整時間ts反映系統穩定性的量有() (5.3)最大超調量 穿越頻率c

振蕩次數N調整時間ts 峰值時間簡答下圖為一典型二階系統框圖，試利用 Bode圖分析改變增益K對系統穩定性影響。(5.1)RR(s)Ks(Ts1)C(s)解：當增益增大時，其穿越頻率 增加，但相位裕量減少，系統的穩定性變差。c下圖為一典型Ⅱ型系統框圖，試問系統穩定的條件是什么？分析改變 T對系統1穩定性的影響。利用 Bode圖分析改變增益K對系統穩定性的影響。(5.1)RR(s)Ks1)s2s1)2C(s)1解：系統穩定條件：TT1 2T增加，系統穩定性改善。1當增益K 過大或過小時，L()穿越零分貝線的斜率都會由20db/dec變為4dB/de

系統的相位裕量變小，系統穩定性變差。系統的穩態誤差由跟隨穩態誤差和擾動穩態誤差兩部分組成， 它們分別與哪因素有關？解：a)跟隨穩態誤差e 與前向通路積分個數和開環增益K有關。若愈多，Kssr愈大，則跟隨穩態精度愈高 (對跟隨信號，系統為型系統)。b)擾動穩態誤差essd

與擾動量作用點前的前向通路的積分個數1

和增益K有1關，若1

愈多，K1

愈大，則對該擾動信號的穩態精度愈高 (對該擾動信號，系統為)。1簡述在自動調速系統中如何減小穩態誤差？如何實現無靜差？ (5.2)解：要使自動調速系統實現無靜差，則在擾動量作用點前的前向通路中應含有積分環節；要減小穩態誤差，則應使作用點前的前向通路中增益 適當大一些。第6章自動控制系統的校正填空根據校正裝置在系統中所處地位的不同順饋補償(6.1)較低較高。(6.1)高低。(6.1)穩定性和快速性(6.2)穩態性能(6.2)(6.2)硬反饋。(6.3)。(6.4)。(6.4)(6.4)簡答1. 簡述PDPIPID串聯校正的優缺點。比例微分(PD)PD校正對系統穩態性能影響不大。比例積分(PI)對穩定性變差。比例積分微分(PID)性，兼顧了穩態精度和穩定性的改善，因此在要求較高的系統中獲得廣泛的應用。計算下圖為一隨動系統框圖，圖中G1

(s)為隨動系統的固有部分，Gc

(s)為PD校正裝置。利用Bode圖分析校正前后系統的性能變化情包括穩態性能動態性能以及高頻干擾能) (6.2)PD校正G

(s)

系統固有部分G(s)R(s)R(s)C(s)0.2s135s(0.2s1)(0.01s1)解：校正前：穿越頻率 5 7rad/s13.2rad/sc相位裕量12.3校正后：G(s)G(s)G(s) 35c 1 s(0.01s1)穿越頻率'c相位裕量'

35rad/s70.7結論：①相位裕量提高12.370.7度②使穿越頻率c提高(由13.2rad/s提高到35rad/s)，從而改善了系統的快速性。③比例微分調節器使系統的高頻增益增大，而很多干擾信號都是高頻信號，因此比例微分校正容易引入高頻干擾，這是它的缺點。④比例微分校正對系統的穩態誤差不產生直接的影響。綜上所述，比例微分校正將使系統的穩定性和快速性改善，但抗高頻干擾能力明顯下降。G1

(s)為調速系統的固有部分，Gc

(s)為PI用Bode圖分析校正前后系統的性能變化情(包括穩態性能動態性能以及高頻抗擾能力) (6.2)PIPI校正G(s)c1.3(0.33s1)0.33sD(s)系統固有部分G(s)1R(s)C(s)3.2(0.33s1)(0.036s1)解：校正前：穿越頻率c9.7rad/s相位裕量88校正后：G(s)Gc

(s)G1

(s) 12.6 s(0.036s 穿越頻率'c

12.6rad/s相位裕量'65結論：①在低頻段，系統的穩態誤差將顯著減小，從而改善了系統的穩態性能。②在中頻段，相位穩定裕量減小，系統的超調量將增加，降低了系統的穩定性。③在高頻段，校正前后的影響不大。綜上所述，比例積分校正將使系統的穩態性能得到明顯的改善，但使系統的穩定性變差。下圖為具有位置負反饋和轉速負反饋的隨動系統的系統框圖()(6.3)(s)r檢測0.1N(s)4000.2s10.5s(s)c0.005轉速負反饋位置負反饋解：若系統未設轉速負反饋環節，系統的開環傳遞函數為：20G(s) s(0.2s1)2 TKm 2 TKmKTm KTmnt 0.32sp dt 4s n

1.6s 2%), t 3s n

1.2s 5%)增設轉速負反饋環節后，系統的開環傳遞函數為：203G(s)

0.2s( s 1)30.75 10rad/sn3%, tp

0.47st 0.53s 2%), ts

0.4s 5%)結論：增設轉速負反饋環節后，將使系統的位置超調量σ顯著下降，調整時間ts也明顯減小，系統的動態性能得到了顯著的改善。a0,K8時，求最大超調量，峰值時間tp

和調整時間ts

2%)當K8,0.7時，確定參數a值，并求最大超調量，峰值時間t 和調整時間pt(2%)sRR(s)E(s)C(s)Ks(sas解：當a0,K8時，開環傳遞函數為4G(s) 4s(0.5s1)2 0.54 2 0.5440.5 40.5nt 1.19sp d4t s n

4s當K8,0.7時，開環傳遞函數為8(8a2)1G(s)1s( s1)8a2 8rad/s/sn2188a2 8a22188a2 8a24.6%tpts第7章直流調速系統填空PWM()發生器、比較器和BJT供電電路(7.4)回饋(7.4)單選1. 在直流調速系統中，采用電流截止負反饋環節的目的() (7.1)保持電流恒定 限制電流上升率過大 限制最大電流 使機械特性變雙選當電動機轉速由于負載轉矩增加而下降時具有比例調節器的轉速負反