第十三章 控制的基础

第十三章  控制的基础
第十三章  控制的基础

第十三章控制的基础

本章学习目的:

1.理解控制的定义和重要性;

2.了解控制的特点和层次性;

3.描述控制的过程,列举关键控制点;

4.列举说明有效控制的基本特征;

6.了解管理信息系统对管理工作的影响;

图13-1 控制理论系统图

第一节控制的定义

一.控制的定义

(一)控制的定义

监视各种活动以保证他们按计划进行并纠正各种重要偏差的过程。

1.控制的实质──就是使工作按计划进行,或者只对计划作适当的调整;

2.控制是有目的的──确保组织的目标以及为此而拟定的计划能够得以实现。

(二)控制与计划的关系

计划和控制是一个问题的两个方面。计划是实现控制工作的依据,控制是实现计划的保证。两者的关系具体表现在:

①一切有效的控制方法首先就是计划方法;

②之所以需要控制,是因为要实现目标和计划;

③控制职能使管理工作成为一个闭路系统,成为一个连续的过程。

控制工作既是一个管理过程的终结,又是-个新的管理过程的开始。控制工作不仅限于衡量计划执行中出现的偏差,更在于通过采取纠偏措施,把那些不符合计划要求的管理活动引回到正常的轨道上来,使组织系统稳步地实现预定目标。

(三)控制的前提

1)控制要有一个科学的、切实可行的计划;

2)控制要有明确的组织结构;

3)控制要有信息反馈。

二.控制的重要性

1.任何组织都需要控制,在执行组织计划中的保障作用

在管理活动中所制定的计划是针对未来的,由于各方面原因,制定计划时不可能完全准确、全面,计划在执行中也会出现变化,因此,为了实现目标,实行控制是非常必要的。

2.控制的重要性也表现在与其他三个职能的关系上

1)计划。计划产生了控制的标准,因为控制的内容是按照计划的内容来实施的。

而一个计划要能够实现,又必须由控制来加以保证,计划一旦实施,就需要有衡量进度、执行偏差和纠正错误的措施,而这些措施都需要由控制来完成。

2)组织。要进行有效的控制,就必须要有组织加以保证。例如职责分工,组织结构越明确,控制的工作就越有效果。

3)领导。要实现有效的控制,就必须配备合适的领导,要能够调动员工的积极性的领导。

三.控制的特点

1.管理控制具有动态性

控制的实施是在一定的环境下执行的,而环境总是时刻变化的,所以控制也会做出相应的变化来适应环境的变化,它是与环境相互作用的。所以控制是一个动态的过程。

2.控制具有目的性和反馈性

管理控制的目的就是使计划得以实现,而要使目的能够实现就,管理控制就离不开信息的交流,任何一个控制系统都具有目的性和反馈性。

3.管理控制具有人本性

组织的任何活动都是与人相关的,而管理控制最终也是对人的控制,并且执行控制的也是人,所以管理控制中人是最重要的。这就要求我们充分认识到人才是管理控制的关键,既要使人遵守控制的准则,又要使控制符合人的特性。

4.管理控制具有创新性

从生物或机械的观点来看,控制活动的目的是设法使系统运行中产生的偏差不超出允许的范围而在某一平衡点上。但是对控制工作而言,控制的目的不是仅仅要使组织“维持现状”,而且要致力于使组织不拘泥现状,要有创新,要有前进,争取达到新的目标和高度。

四.控制的层次

一般而言,一个典型的组织活动由两个相关联的过程构成,我们称之为物理过程和管理过程。物理过程是指组织把从外部得到的人力、物力等资源,通过加工、转化以后,以产品或服务的形式再提交给外部的过程。而管理控制就是处理物理过程中所产生的信息,并向物理过程发出信息的过程,它包括对物理过程中信息的接受和发送。

总的看来,管理过程必须通过三个分系统来发挥自己的控制职能:

◆价值系统。它决定组织必须追求的价值、目标、政策,为组织提供计划,评价

的标准和控制的方针、政策。

◆信息系统。它提供各种变量的数据。

◆预测决策系统。它对备择方案的结果提供预测,并据此作出满意的决策。

第二节控制的过程

无论是哪一种类型的控制,控制的过程基本上是一样的,即将实际工作成绩与评价标准进行对比,如果二者的偏差没有超出容许的范围,则不采取任何矫正行动;反之,如果实际工作成绩与评价标准的偏差超出了规定的界限,则应找出发生差距的原因,并采取纠正措施,以使实际工作成绩回到标准范围之内。控制的过程一般分为以下几个基本步骤:制定控制的标准、将实际工作与标准作比较,发现存在的偏差、将差错信息反馈并采取措施进行补救。

图13-2 控制的基本过程

一.确定控制标准是控制的起点

控制标准就是保证组织的活动按照计划进行从而达到预定目标的过程。在管理活动中,需要指定一系列明确的可供参考比较的标准,就必须在控制过程中将实际的工作与标准进行比较,找出偏差并即使补救,以保证目标能在计划内实现。

什么样的控制才是有效的,它应满足如下基本特征的要求:1)、简明性2)、适用性3)、一致性4)、可行性

(一)制定控制标准的过程和方法

1、确立控制对象:

进行控制首先遇到的问题是“控制什么”,一般地,影响组织目标成果实现的主要因素有:(1)环境特点及其发展趋势(2)资源投入(3)活动过程

2、选择关键控制点

对关键点的选择,一般应统筹考虑如下三个方面:

(1)会影响整个工作运行过程的重要操作与事项。

(2)能在重大损失出现之前显示出差异的事项。

(3)若干能反映组织主要绩效水平的时间与空间分布均衡的控制点。

3、制定控制标准

控制标准可分为定量标准和定性标准两类。任何一项具体工作的衡量标准都应该从有利于组织目标实现的总要求出发来加以制定,制定控制标准常用的方法有:

(1)统计分析法

也叫历史性标准,是以分析反映企业经营在各个历史时期状况的数据为基础来为未来活动建立的标准。历史性标准统计资料作为某项工作确定标准具有简便易行的好处,但是据此制定的工作标准可能低于同行业的卓越水平,甚至是平均水平。并且由于数据来源主要是历史性的数据,所以指定的标准可能无法正确反映企业当前的实际情况。

(2)经验判断法

根据经验和判断来估计预结果,根据评估建立标准:要注意利用各方面的管理人员的知识和经验,综合大家的判断,列出一个相对先进合理的标准。实际上这是一个反映管理人员自身期望的一种标准,所以在指定的时候尽量避免主观因素。

(3)技术分析法

工程(工作)标准:工程(工作)标准是根据通过对工作情况地形客观地定量分析来制定的。所以在制定标准时候需要更多的准确的数据。

(二)制定标准的要求

(1)便于对各部门的工作进行衡量。制定标准的目的就是用来衡量实际工作与计划的

偏差,所以必须要求制定的标准要具有可衡量性。

(2)公平性。控制的标准也是一种制度,这要求标准具有公平性,不能因为不同的人

具有不同的评价标准。

(3)应是经过努力可以达到的。制定出来的标准是要能够实现的,不可能实现的标准本身并不具有价值,所以要求在制定标准的时候充分考虑到员工的实际能力。

(4)应具有一定的弹性。企业所处的环境总是时刻变化的,这要求在制定的标准的时

候能够考虑到将来可能发生的变化,并提出相应的应变措施,使标准具有一定弹性,避免环境的变化环境发生变化时出现的不知所措。

(5)有利于信息沟通和组织发展。控制过程中要求信息能够及时的反馈,这就要求组织要有良好的沟通网络,指定标准时也要考虑到是否有利于信息的沟通。

二.衡量实际工作并与标准进行比较

衡量实际工作并与标准进行比较,这一步是控制的主要内容,这一阶段的主要工作就是用已制定的标准与时间工作进行比较,找出差别并判断差别的严重程度。这里需要回答两个问题:一是如何进行衡量?二是如何评价衡量的结构?

(一)如何衡量

为了获得控制信息,管理人员衡量实际工作情况时可以采用亲自观察、分析统计资料、听取口头汇报、阅读书面汇报、进行抽样调查等方法。

(二)如何进行衡量

在衡量时,确定偏差的范围是很重要的。有些偏差小,对目标的实现没有太大才影响,而另一些偏差较大,如果不及时处理就会产生的重大的影响,那么怎样确定一个偏差是大还是小呢?这时既可依据标准,也可进行主观判断。同时也需要参考历史资料与注意工作经验的积累。

(三)衡量的频度是否合适

衡量频度不仅表现在控制对象数目的选择上,也表现在对同一标准的衡量次数上。

对控制对象或要素的衡量频度过高,不仅会增加控制的成本,而且也会导致检查人员的疲劳,影响他们的工作情绪和工作效率,衡量频度过少,则有可能导致许多重大的偏差不能被及时发现,不能及时采取补救措施,从而影响计划的完成。

通常,衡量的频度应根据工作的性质来确定,比如质量检查就需要每天都进行,而像新产品的开发就可以较长时间的检查一次。

三.采取行动并纠正偏差

面对偏差,管理者首先应考虑是否有必要性对偏差进行纠正,如果需要纠正,那么就要找出产生偏差的原因。一般地,产生偏差的原因主要有:一是计划的标准脱离了实际,二是在计划的执行中出现了新的情况,三是指挥失当,导致资源没有得到充分的运用。

管理人员对偏差采取的行动主要有三种:不采取行动、改进工作绩效、修订标准。

(一)不采取行动

两种情况下管理者可以对偏差不采取任何行动,一是偏差较小,对计划的实现没有多大的影响,二是如果采取行动,则带来的成本超过了偏差产生的损失。

(二)改进工作绩效

如果发现的偏差需要及时纠正,并且产生偏差的问题是工作中出现的问题,那么纠正偏差的具体方法是:改进生产技术,改进管理方式,调整组织结构,改进激励工作,采用补救措施或进行培训计划等。

(三)修订标准

当偏差巨大,导致多数部门或员工不能完成目标时,应适当降低标准,而当大多数部门或员工能轻而易举的完成目标时,则应当相应的提高标准。

四.有效控制的基本特征

(一)信息的准确及时

计划实施过程中出现的偏差,如果不能及时处理,则可能导致更为严重的损失,这就要求反馈信息的及时性和准确性。

(二)标准合理可靠

制定的标准要合理,太高则不利于激励员工的工作激情,过低则不具有挑战性,使员工工作缺乏激情,所以,过高或过低的标准都对员工的工作激情有影响。

(三)控制关键环节,注意例外处理

管理者不能控制所以的活动,所以只需要抓住关键的环节即可。另外,计划实施过程中也会受到环境变化的影响,对那些例外的情况做另行处理。

(四)讲究经济效益,保持灵活有效

在控制活动中要尽可能的降低控制成本,不能让控制所付出的代价比它得到的好处好大,则控制活动就不具有意义。另外,控制活动要有灵活性,要能应对环境的变化。

(五)适应组织情况,利于纠正错误

控制活动应该适应组织的结构形式,这样有利于在发生偏差时,让不同的部门迅速采取行动。

(六)有利于培养员工的自我控制能力

员工是自我控制能力就是指员工在这个工作中的自觉控制能力,它有利于发挥职工的积极性和创造性,可以减轻管理人员的负担,同时也节省了管理成本。所以,制定标准要有利于加强员工的自我控制能力的培养,使其对产品生产的每个环节都严格把关,这才是提高产品质量的最终保证,提高控制有效性的根本途径。

第三节控制的类型

在组织中,由于控制的性质、内容、范围等的不同,控制可分为许多不同的类型。

最常见的分类方式是按照控制侧重点的不同,把控制工作分为前馈控制、现场控制和反馈控制。

图13-3 控制的类型

一.前馈控制(Feedforward control)

又称预先控制或事前控制,它是一个组织在一项活动正式开始之前所进行的控制活动。前馈控制是一种最好的控制方式。

1.基本思想

期望防止问题的发生,而不是出现问题后再补救。即不是纠正偏差,而是防止出现偏差。

2.控制内容

主要是对活动最终产出的确定和对资源投入的控制。

3.控制重点

放在生产前准备活动的控制上,防止组织所使用的资源在质和量上出现偏差。

4.控制目的

保证某项活动有明确的绩效目标,保证各种资源要素的合理投放。如:为了预防流行病而服用预防药物,就属前馈控制。

5.主要优点

1) 采取了避免问题发生的措施,能使问题防范于未然。

2)前馈控制适合于一切领域中的所有工作,使用范围广。

3)在行动之前对行动所依赖的条件进行控制,对事不对人,易于人的接受。

6.缺点

由于未来的不确定性,所以可能导致估计错误。

二.现场控制(Concurrent control)

现场控制又称过程控制,是在某项活动或工作过程进行之中的控制。现场控制是一种不常用的控制方式,而只能是其他控制方式的补充。

1.控制内容

管理者在现场对正在进行的活动给予指导和监督,以保证活动按规定的程序和方法进行。

2.控制重点

放在正在进行的生产活动中。

3.控制目的

及时纠正工作中发生的偏差。

4.常用的控制方法

管理人员的指导和监督活动。

5.两种方式

一是主管人员对基层人员的控制,对其进行监督和纠正发生的错误,二是基层人员

对自己操作的控制。

6.主要优点

方便、快捷、效果明显。

7.主要缺点

1)受到管理者水平和精力的限制,所以只能抓住关键点进行控制。

2)控制范围较小,比如科研就不能进行现场控制。

3)现场控制是控制者和被控制者直接的对立,易对被控制者造成心理负担。三.反馈控制(Feedback control)

又称事后控制或成果控制,是发生在活动结束之后的控制。这是历史最悠久的控制类型,传统控制方法几乎都属于此类。反馈控制是一种现阶段使用最多的控制方式。 1.控制内容

根据事先确定的控制标准对实际工作绩效进行比较、分析和评价。

2.控制重点

放在已发生活动的结果上,并把它作为未来行动的基础。

3.控制目的

通过总结过去的经验和教训,为未来的计划制定和活动安排提供借鉴。

4.常用的控制方法

财务报告、标准成本报告、质量控制报告和人员成绩评定等。

5.主要优点

1)将实际结果与计划进行比较,可以明确目标实现的程度。

2)对活动过程进行总结,有利于管理者改进工作方式。

3)将评价结果反馈给员工,使其能调整个人未来的行动,可以增强员工的工作积极性。

6.主要缺点

管理者所得到信息时,差错已经发生并不能弥补,而唯一能做的就是总结经验,防止同一事情在下一次工作中发生。

第四节信息管理系统

一.什么是信息管理系统

信息管理系统是为管理者提高所需信息的系统,它是一个利用计算机软硬件、手工作业、分析计划、控制和决策模型以及数据库技术的人-机系统。

管理信息系统的特点

管理信息系统具有以下特征:

1.面向管理决策:管理信息系统是继管理学的思想方法、管理与决策的行为理论之后

的一个重要发展,它是一个为管理决策服务的信息系统,它必须能够根据管理的需要,及时提供所需要的信息,帮助决策者做出决策。

2.综合性:从广义上说,管理信息系统是一个对组织进行全面管理的综合系统。一个

组织在建设管理信息系统时,可根据需要逐步应用个别领域的子系统,然后进行综合,最终达到应用管理信息系统进行综合管理的目标,管理信息系统综合的意义在于产生更高层次的管理信息,为管理决策服务。

3.人机系统:管理信息系统的目的在于辅助决策,而决策只能由人来做,因而管理信

息系统必然是一个人机结合的系统。在管理信息系统中,各级管理人员既是系统的使用者,又是系统的组成部分,因而,在管理信息系统开发过程中,要根据这一特点,正确

界定人和计算机在系统中的地位和作用,充分发挥人和计算机各自的长处,使系统整体性能达到最优。

4.现代管理方法和手段相结合的系统:人们在管理信息系统应用的实践中发现,只简单地采用计算机技术提高处理速度,而不采用先进的管理方法,管理信息系统的应用仅仅是用计算机系统仿真原手工管理系统,充其量只是减轻了管理人员的劳动,其作用的发挥十分有限。管理信息系统要发挥其在管理中的作用,就必须与先进的管理手段和方法结合起来,在开发管理信息系统时,要融进现代化的管理思想和方法。

系统管理

统应用软件统资源

图13-4 信息系统的构成

二.信息管理系统的构成

针对组织的信息系统结构和系统各层次的功能,通常可以将组织的管理系统分为三个部门:

◆ 数据处理部分:主要完成数据的收集、输入、数据库的管理、查询、基

本运算、日常报表输出等; ◆ 分析部分:对数据进行加工,比如运用各种分析方法对数据进行分析等;

决策部分:多限于解决结构化的管理决策问题,为高层提供一个最佳的决策方案。

管理信息系统是企业信息系统的核心,它贯穿于企业管理的全过程,同时又覆盖了管理业务的各个层面,因而其结构也必然是一个包含各种子系统的广泛结构。

向结构(

管理层次

)

横向结构(职能划分)

)

图13-5 组织管理信息系统的金子塔模式

由于一般的组织管理均是分层次的,例如分为战略计划、管理控制、运行控制三层,为它们的信息处理与决策支持也相应分为三层,并且还有最基本的业务处理(打字、算账、制表等)。这样信息系统也就可以分为销售与市场、生产、财务与会计、人事及其他等。一般来说,下层的系统处理量大,上层的处理量小,所以就组成了纵横交织的金字塔结构。管理信息系统的结构又可以用子系统及它们之间的联接来描述,所以又有管理信息系统的纵向综合、横向综合以及纵横综合的概念。

(一)基于管理任务的系统层次结构

管理任务的层次

表13-1 管理任务的层次

(二)基于用户的信息管理系统

从信息用户的角度来看,信息系统应该支持整个组织在不同层次上的各种功能。各种功能之间又有各种信息联系,构成一个有机的整体及系统的业务功能结构。例如,一个企业的内部管理系统可以是如图13-6所示的结构。企业的信息系统划分为7个子系统,除了完成各自的特定功能外,这7个子系统又有着大量的信息交换关系,其子系统之间的主要数据交换关系构成子系统之间的信息流,使得企业中的各类信息得到充分的共享,从而为企业的生产活动和管理、决策活动提供支持。

图13-6 用户从业务角度看管理系统

四.管理信息系统对管理工作的影响

(一)获取竞争优势

一般来说,获得竞争优势的方法有:成本领先、标新立异、集聚一点等策略。随着知识经济的到来,许多管理者认识到,信息系统可以而且也是必然对提高公司的竞争优势有很大的作用。具体表现在:

1.提高业务效率。信息技术推动了数据、信息收集和处理的方法,一个公司能迅速的收集信息并处理信息,无疑对提高竞争优势有很大的帮助。

2.改进产品和服务。利用信息系统提供产品和服务,控制业务,难以被竞争对手复制,可以提高市场服务的专业水平,提高市场竞争者的进入成本。

3.加强与客户和供应者管理信息系统的建立,可以帮助公司记录并分析其与外部的交易情况,可以针对竞争情况与客户和供应者建立伙伴关系。

4.降低成本。管理信息系统的建立,可以改善内部的操作和控制手段,提高效率和效用,降低产品和服务的成本。

(二)提高决策能力

由于管理者必须依靠信息作出决策,加上复杂的管理信息系统能够极大的改变信息的数量与质量以及提高信息传递的速度,因此我们不难得出这样的结论:一个有效的管理信息系统能够提高管理者的决策能力。

(三)改变组织结构

组织是信息系统实施的基础,信息系统可以提高组织的效率和效用。信息系统对组织的影响不仅仅是外在效率上,更深沉的是体现在结构和模式的变革上,信息系统的实施和运转是系统性工程,它不但要求组织和管理进行配合支持,同时还可能对组织、管理和决策产生深刻的影响。

控制工程基础第三章参考答案

第三章 习题及答案 传递函数描述其特性,现在用温度计测量盛在容器内的水温。发现需要时间才能指示出实际水温的98%的数值,试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少? 解: 41min, =0.25min T T = 1111()=1-e 0.1, =ln 0.9t h t t T -=-T 21T 22()=0.9=1-e ln 0.1t h t t T -=-, 210.9 ln 2.20.55min 0.1 r t t t T T =-=== 2.已知某系统的微分方程为)(3)(2)(3)(t f t f t y t y +'=+'+'',初始条件2)0( , 1)0(='=--y y ,试求: ⑴系统的零输入响应y x (t ); ⑵激励f (t ) (t )时,系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t ); ⑶激励f (t ) e 3t (t )时,系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )。 解:(1) 算子方程为:)()3()()2)(1(t f p t y p p +=++ ) ()e 2 5e 223()()()( ) ()e 2 1e 223()()()( )()e e 2()(2 112233)( )2(; 0 ,e 3e 4)( 34 221e e )( 2x 2222x 212 121221x t t y t y t y t t t h t y t t h p p p p p p H t t y A A A A A A A A t y t t t t t t f f t t t t εεεε------------+=+=+-==-=?+-+= +++= -=??? ?-==????--=+=?+=∴* ) ()e 4e 5()()()( )()e e ()(e )()( )3(2x 23t t y t y t y t t t h t y t t t t t f f εεε------=+=-==* 3.已知某系统的微分方程为)(3)(')(2)(' 3)(" t f t f t y t y t y +=++,当激励)(t f =)(e 4t t ε-时,系统

控制工程基础

控制工程基础 交卷时间:2016-05-31 14:01:38 一、单选题 1. 设系统的特征方程为,则此系统() A. 稳定 B. 临界稳定 C. 不稳定 D. 稳定性不确定。 https://www.360docs.net/doc/242034748.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案A 2. 超前校正装置频率特性为,其最大超前相位角为() A. B. C. D.

https://www.360docs.net/doc/242034748.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案A 3. 以下说法正确的是() A. 时间响应只能分析系统的瞬态响应 B. 频率特性只能分析系统的稳态响应 C. 时间响应和频率特性都能揭示系统的动态特性 D. 频率特性没有量纲 https://www.360docs.net/doc/242034748.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案C 4. 如题10图所示反馈控制系统的典型结构图,_______ A. B. C. D. https://www.360docs.net/doc/242034748.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案C

5. 根轨迹渐近线与实轴的交点公式为() A. B. C. D. https://www.360docs.net/doc/242034748.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案D 6. 已知其原函数的终值() A. 0 B. ∞ C. 0.75 D. 3

https://www.360docs.net/doc/242034748.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案C 7. 离散系统闭环脉冲传递函数的极点p k=-1,则动态响应为______。 A. 单向脉冲序列 B. 双向发散脉冲序列 C. 双向等幅脉冲序列 D. 双向收敛脉冲序列 https://www.360docs.net/doc/242034748.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案C 8. 在系统对输入信号的时域响应中,其调整时间的长短是与()指标密切相关。 A. 允许的峰值时间 B. 允许的超调量 C. 允许的上升时间 D. 允许的稳态误差 https://www.360docs.net/doc/242034748.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案D 9.

控制工程基础本次作业是本门课程本学期的第1次作业

本次作业是本门课程本学期的第1次作业,注释如下: 一、单项选择题(只有一个选项正确,共31道小题) 1. 控制论的中心思想是( ) (A) 系统是由元素或子系统组成的 (B) 机械系统与生命系统乃至社会经济系统等都有一个共同的特点,即通过信息的传递、加工处理,并利用反馈进行控制 (C) 有些系统可控,有些系统不可控 (D) 控制系统有两大类,即开环控制系统和闭环控制系统 正确答案:B 解答参考: 2. 闭环控制系统中( )反馈作用. (A) 依输入信号的大小而存在 (B) 不一定存在 (C) 必然存在 (D) 一定不存在 正确答案:C 解答参考: 3. (A) 线性系统和离散系统 (B) 开环系统和闭环系统 (C) 功率放大系统和人工控制系统 (D) 数字系统和计算机控制系统 正确答案:B 解答参考: 4. (A) 反馈实质上就是信号的并联 (B) 正反馈就是输入信号与反馈信号相加 (C) 反馈都是人为加入的 (D) 反馈是输出以不同的方式对系统作用 正确答案:D 解答参考:

5. (A) 系统的实际输出 (B) 系统的实际输出与理想输出之差 (C) 输入与输出之差 (D) 输入 正确答案:D 解答参考: 6. 机械工程控制论的研究对象是( ) (A) 机床主传动系统的控制论问题 (B) 高精度加工机床的控制论问题 (C) 自动控制机床的控制论问题 (D) 机械工程领域中的控制论问题 正确答案:D 解答参考: 7. 对于控制系统,反馈一定存在于( )中 (A) 开环系统 (B) 线性定常系统 (C) 闭环系统 (D) 线性时变系统 正确答案:C 解答参考: 8. 以下关于信息的说法正确的是( ) (A) 不确定性越小的事件信息量越大 (B) 不确定性越大的事件信息量越大 (C) 信号越大的事件信息量越大 (D) 信号越小的事件信息量越大 正确答案:B 解答参考: 9. 以下关于系统模型的说法正确的是( ) (A) 每个系统只能有一种数学模型

机械控制工程基础第五章练习习题及解答

题型:选择题 题目:关于系统稳定的说法错误的是【】 A.线性系统稳定性与输入无关 B.线性系统稳定性与系统初始状态无关 C.非线性系统稳定性与系统初始状态无关 D.非线性系统稳定性与系统初始状态有关 分析与提示:线性系统稳定性与输入无关;非线性系统稳定性与系统初始状态有关。 答案:C 习题二 题型:填空题 题目:判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为或为具有负实部的复数,即系统的特征根必须全部在是系统稳定的充要条件。 分析与提示:判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实数或为具有负实部的复数,即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。 答案:负实数、复平面的左半平面 习题三 题型:选择题 题目:一个线性系统稳定与否取决于【】 A.系统的结构和参数 B.系统的输入 C.系统的干扰 D.系统的初始状态 分析与提示:线性系统稳定与否取决于系统本身的结构和参数。 答案:A 习题四 题型:填空题 题目:若系统在的影响下,响应随着时间的推移,逐渐衰减并回到平衡位置,则称该系统是稳定的 分析与提示:若系统在初始状态的影响下(零输入),响应随着时间的推移,逐渐衰减并趋向于零(回到平衡位置),则称该系统是稳定的;反之,若系统的零输入响应发散,则系统是不稳定的。 答案:初始状态 习题五 题型:填空题 题目:系统的稳定决定于的解。 分析与提示:系统的稳定决定于特征方程的解。 答案:特征方程

题型:填空题 题目:胡尔维兹(Hurwitz )判据、劳斯(Routh )判据又称为 判据。 分析与提示:胡尔维兹(Hurwitz )判据、劳斯(Routh )判据,又称为代数稳定性判据。 答案:代数稳定性 习题二 题型:填空题 题目:利用胡尔维兹判据,则系统稳定的充要条件为:特征方程的各项系数均为 ;各阶子行列式都 。 分析与提示:胡尔维兹判据系统稳定的充要条件为:特征方程的各项系数均为正;各阶子行列式都大于零。 答案:正、大于零 习题三 题型:计算题 题目:系统的特征方程为 010532234=++++s s s s 用胡尔维兹判据判别系统的稳定性。 分析与提示:利用胡尔维兹判据,其各阶系数均大于零,计算子行列式。 答案:(1)特征方程的各项系数为 10,5,3,1,201234=====a a a a a 均为正值。 (2) 0131>==?a 0714232 4 132<-=-== ?a a a a a a a a 不满足胡尔维兹行列式全部为正的条件,所以系统不稳定 习题四 题型:计算题 题目:单位反馈系统的开环传递函数为 ()()() 125.011.0++= s s s K s G 利用胡尔维兹判据求使系统稳定的K 值范围。 分析与提示:利用胡尔维兹判据,其各阶系数均大于零,计算子行列式,反求出K 的范围。 答案:系统的闭环特征方程为 ()()0125.011.0=+++K s s s

控制工程基础第三章参考答案(供参考)

第三章 习题及答案 传递函数描述其特性,现在用温度计测量盛在容器内的水温。发现需要时间才能指示出实际水温的98%的数值, 试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少? 解: 41min, =0.25min T T = 2.已知某系统的微分方程为)(3)(2)(3)(t f t f t y t y +'=+'+'',初始条件2)0( , 1)0(='=--y y ,试求: ⑴系统的零输入响应y x (t ); ⑵激励f (t ) (t )时,系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t ); ⑶激励f (t ) e 3t (t )时,系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )。 解:(1) 算子方程为:)()3()()2)(1(t f p t y p p +=++ 3.已知某系统的微分方程为)(3)(')(2)(' 3)(" t f t f t y t y t y +=++,当激励)(t f =)(e 4t t ε-时,系统的全响应)()e 6 1e 27e 314()(42t t y t t t ε-----=。试求零输入响应y x (t )与零状态响应y f (t )、自由响应与强迫响应、暂态响应与稳态响应。 解: 4. 设系统特征方程为:0310126234=++++s s s s 。试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的 稳定性。 解:用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a 4=1,a 3=6,a 2=12,a 1=10,a 0=3均大于零,且有 所以,此系统是稳定的。 5. 试确定下图所示系统的稳定性. 解:210 110(1)(1)(). ()210(21) 1(1) s s s s a G s s s s s s s +++=?=?+++ 系统稳定。 满足必要条件,故系统稳定。 6.已知单位反馈系统的开环传递函数为) 12.001.0()(2++= s s s K s G ξ,试求系统稳定时,参数K 和ξ的取值关系。 解:2()(0.010.21)0D s s s s k ξ=+++=

控制工程基础_董景新_《控制工程基础》课程

第一章概论 本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务,了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类,开环控制与闭环控制的区别;闭环控制系统的基本原理和组成环节。学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。 例1 例图1-1a为晶体管直流稳压电源电路图。试画出其系统方块图。 例图1-1a 晶体管稳压电源电路图 解:在抽象出闭环系统方块图时,首先要抓住比较点,搞清比较的是什么量;对于恒值系统,要明确基准是什么量;还应当清楚输入和输出量是什么。对于本题,可画出方块图如例图1-1b。 例图1-1b 晶体管稳压电源方块图 本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压,输出电压通过 R和4R分压后与稳压管的电 3 压 U比较,如果输出电压偏高,则经3R和4R分压后电压也偏高,使与之相连的晶体管基极w 电流增大,集电极电流随之增大,降在 R两端的电压也相应增加,于是输出电压相应减小。 c 反之,如果输出电压偏低,则通过类似的过程使输出电压增大,以达到稳压的作用。 例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。其中,X为输入位移,Y为输出位移,试画出该系统的职能方块图。 解:该系统是一种阀控液压油缸。当阀向左移动时,高压油从左端进入动力油缸,推动动力活塞向右移动;当阀向右移动时,高压油则从右端进入动力油缸,推动动力活塞向左移动;当阀的位置居中时,动力活塞也就停止移动。因此,阀的位移,即B点的位移是该系统的比较点。当X向左时,B点亦向左,而高压油使Y向右,将B点拉回到原来的中点,堵住了高压油,Y的运动也随之停下;当X向右时,其运动完全类似,只是运动方向相反。由此可画出如例图1-2b的职能方块图。

控制工程基础学习笔记(DOC)

控制工程基础学习笔记 一、概论 1.1基本概念 控制:由人或用控制装置使受控对象按照一定目的来动作所进行的操作。 输入信号:人为给定的,又称给定量。 输出信号:就是被控制量。它表征对象或过程的状态和性能。 反馈信号:从输出端或中间环节引出来并直接或经过变换以后传输到输入端比较元件中去的信号,或者是从输出端引出来并直接或经过变换以后传输到中间环节比较元件中去的信号。 偏差信号:比较元件的输出,等于输入信号与主反馈信号之差。 误差信号:输出信号的期望值与实际值之差。 扰动信号:来自系统内部或外部的、干扰和破坏系统具有预定性能和预定输出的信号。 1.2控制的基本方式 开环控制:系统的输出量对系统无控制作用,或者说系统中无反馈回路的系统,称为开环控制系统。 闭环控制:系统的输出量对系统有控制作用,或者说系统中存在反馈回路的系统,称为闭环控制系统。 1.3反馈控制系统的基本组成 给定元件:用于给出输入信号的环节,以确定被控对象的目标值(或称给定值)。 测量元件:用于检测被控量,通常出现在反馈回路中。 比较元件:用于把测量元件检测到的实际输出值经过变换与给定元件给出的输入值进行比较,求出它们之间的偏差。 放大元件:用于将比较元件给出的偏差信号进行放大,以足够的功率来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件:用于直接驱动被控对象,使被控量发生变化。 校正元件:亦称补偿元件,它是在系统基本结构基础上附加的元部件,其参数可灵活调整,以改善系统的性能。 1.4对控制系统的性能要求 稳定性:指系统重新恢复稳态的能力。稳定是控制系统正常工作的先决条件。

快速性:指稳定系统响应的动态过程的时间长短。 准确性:指控制系统进入稳态后,跟踪给定信号或纠正扰动信号影响的准确度。 二、控制系统的动态数学模型 2.1 控制系统的运动微分方程 2.1.1 建立数学模型的一般步骤 用解析法列写系统或元件微分方程的一般步骤是: (1)分析系统的工作原理和信号传递变换的过程,确定系统和各元件的输入、输出量。 (2)从系统的输入端开始,按照信号传递变换过程,依据各变量所遵循的物理学定律,依次列写出各元件、部件动态微分方程。 (3)消去中间变量,得到一个描述元件或系统输入、输出变量之间关系的微分方程。 (4)写成标准化形式。将与输入有关的项放在等式右侧,与输出有关的项放在等式的左侧,且各阶导数项按降幂排列。 2.2 拉氏变换与反变换 2.2.1 拉普拉斯变换的定义 如果有一个以时间t 为自变量的实变函数f(t),它的定义域是t>=0,那么f(t)的拉普拉斯变换定义为 F(s)=L[f(t)]= 式中,s 是复变数, 称为拉普拉斯积分;F(s)是函数f(t)的拉普拉斯变换,它是一个复变函数,通常也称F(s)为f(t)的象函数,而称f(t)为F(t)的原函数;L 表示进行拉普拉斯变换的符号。 阶跃函数的拉氏变换 单位斜坡函数的拉氏变换为R(s)=1/s 2 指数函数at e 的拉氏变换 )()()0 e d st F s L f t f t t ∞ -=??????)()()0e d st F s L f t f t t ∞ -=?????? ()()[]? ∞ -?==0 dt e At t f L s R st ? ?∞ -∞-∞-+ =---=0 001 0)(|dt Ae s dt s Ae e s A t st st st 2 s A = []= = ? ∞ -0 dt e e e L st at at ()a s dt e t a s -= ? ∞ --1

《控制工程基础》习题答案(燕山大学,第二版)

控制工程基础习题解答 第一章 1-1.控制论的中心思想是什么?简述其发展过程。 维纳(N.Wiener)在“控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学”中提出了控制论所具有的信息、反馈与控制三个要素,这就是控制论的中心思想 控制论的发展经历了控制论的起步、经典控制理论发展和成熟、现代控制理论的发展、大系统理论和智能控制理论的发展等阶段。具体表现为: 1.1765年瓦特(Jams Watt)发明了蒸汽机,1788年发明了蒸汽机离心式飞球调速器,2.1868年麦克斯威尔(J.C.Maxwell)发表“论调速器”文章;从理论上加以提高,并首先提出了“反馈控制”的概念; 3.劳斯(E.J.Routh)等提出了有关线性系统稳定性的判据 4.20世纪30年代奈奎斯特(H.Nyquist)的稳定性判据,伯德(H.W.Bode)的负反馈放大器; 5.二次世界大仗期间不断改进的飞机、火炮及雷达等,工业生产自动化程度也得到提高; 6.1948年维纳(N.Wiener)通过研究火炮自动控制系统,发表了著名的“控制论—关于在动物和机器中控制和通讯的科学”一文,奠定了控制论这门学科的基础,提出 了控制论所具有的信息、反馈与控制三要素; 7.1954年钱学森发表“工程控制论” 8.50年代末开始由于技术的进步和发展需要,并随着计算机技术的快速发展,使得现代控制理论发展很快,并逐渐形成了一些体系和新的分支。 9.当前现代控制理论正向智能化方向发展,同时正向非工程领域扩展(如生物系统、医学系统、经济系统、社会系统等), 1-2.试述控制系统的工作原理。 控制系统就是使系统中的某些参量能按照要求保持恒定或按一定规律变化。它可分为人工控制系统(一般为开环控制系统)和自动控制系统(反馈控制系统)。人工控制系统就是由人来对参量进行控制和调整的系统。自动控制系统就是能根据要求自动控制和调整参量的系统,系统在受到干扰时还能自动保持正确的输出。它们的基本工作原理就是测量输出、求出偏差、再用偏差去纠正偏差。 1-3.何谓开环控制与闭环控制? 开环控制:系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路,输出量对系统的控制作用没有影响。系统特点:系统简单,容易建造、一般不存在稳定性问题,精度低、抗干扰能力差。 闭环控制:系统的输出端和输入端存在反馈回路,输出量对控制作用有直接影响。闭环的反馈有正反馈和负反馈两种,一般自动控制系统均采用负反馈系统,闭环控制系统的特点:精度高、抗干扰能力强、系统复杂,容易引起振荡。 1-4.试述反馈控制系统的基本组成。 反馈控制系统一般由以下的全部或部分组成(如图示): 1.给定元件:主要用于产生给定信号或输入信号

《控制工程基础》

《控制工程基础》 实验指导书 彭光俊黄安贻编 .

1、比例环节: Rf Ri Rp op1 ei eo -Kp Ei(S)Eo(S)

1

实验二 二阶系统的阶跃响应 一、实验目的 1.学习二阶系统的阶跃响应曲线的实验测试方法。 2.研究二阶系统的两个重要参数ξ、n ω对阶跃瞬态响应指标的影响。 二、实验设备 1、XMN-2型机 1台 2、双踪示波器 1台 3、万用表 1个 三、实验内容与方法 典型二阶系统方块图如图2-1所示。 图2-1 其闭环传递函数: 22 2 () ()2n n n Y S X S S S ωζωω=++ n ω——无阻尼自然频率 ζ——阻尼比 1n T ω= T ——时间常数。 模拟电路图如图2-2所示。 图2-2 运算放大器运算功能:

1op ――积分1,T RC TS ?? -= ???; 2op ――积分1,T RC TS ?? -= ??? ; 9op ――反相(1)-; 6op ――反相比例,f i R K K R ? ?-= ?? ?; 11n T RC ω==(rad/s ) 122f i R K R ζ==? 1.调整40f R K =,使0.4(0.2)K ζ==;取1, 4.7R M C μ==使0.47T =秒 (10.47n ω=),加入单位阶跃扰动()1()X t t V =,记录响应曲线()Y t ,记作①。 2.保持0.2ζ=不变、阶跃扰动()1()X t t V =不变,取1, 1.47R M C μ==,使 1.47T =秒(11.47n ω=),记录响应曲线()Y t ,记作②。 3.保持0.2ζ=不变、阶跃扰动()1()X t t V =不变,取1, 1.0R M C μ==,使 1.0 T =秒(11.0n ω=),记录响应曲线()Y t ,记作③。 4.保持11.0n ω=不变,阶跃扰动()1()X t t V =不变,调整80f R K =,使 0.8(0.4)K ζ==,记录响应曲线()Y t ,记作④。 5. 保持11.0n ω=不变,阶跃扰动()1()X t t V =不变,调整200f R K =,使 20( 1.0)K ζ==,记录响应曲线()Y t ,记作⑤。 分别标出各条曲线的()p Mp t ,s t ,将曲线①、②、③进行对比;③、④、⑤进行对比;将③中的M p(t p ), t s 与理论值进行比较。 四、实验报告要求 1. 列出实验数据与结果; 2. 对实验误差进行分析; 3. 建立上述装置的传递函数,调用matlab 提供的函数进行仿真分析并进行对比。 五、思考题 1. 推导模电路的闭环传递函数 () ?() Y S X S =确定n ω,ζ和R ,C ,f R ,i R 的关系。 2. 若模拟实验中()Y t 稳态值不等于阶跃输函数()X t 的幅度,其主要原因可能是什么?

控制工程基础王积伟_第二版_课后习题解答完整

第一章 3 解:1)工作原理:电压u2反映大门的实际位置,电压u1由开(关)门开关的指令状态决定,两电压之差△u =u1-u2驱动伺服电动机,进而通过传动装置控制大门的开启。当大门在打开位置,u2=u 上:如合上开门开关,u1=u 上,△u =0,大门不动作;如合上关门开关,u1=u 下,△u<0,大门逐渐关闭,直至完全关闭,使△u =0。当大门在关闭位置,u2=u 下:如合上开门开关,u1=u 上,△u>0,大门执行开门指令,直至完全打开,使△u =0;如合上关门开关,u1=u 下,△u =0,大门不动作。 2)控制系统方框图 4 解:1)控制系统方框图

2)工作原理: a)水箱是控制对象,水箱的水位是被控量,水位的给定值h ’由浮球顶杆的长度给定,杠杆平衡时,进水阀位于某一开度,水位保持在给定值。当有扰动(水的使用流出量和给水压力的波动)时,水位发生降低(升高),浮球位置也随着降低(升高),通过杠杆机构是进水阀的开度增大(减小),进入水箱的水流量增加(减小),水位升高(降低),浮球也随之升高(降低),进水阀开度增大(减小)量减小,直至达到新的水位平衡。此为连续控制系统。 b) 水箱是控制对象,水箱的水位是被控量,水位的给定值h ’由浮球拉杆的长度给定。杠杆平衡时,进水阀位于某一开度,水位保持在给定值。当有扰动(水的使用流出量和给水压力的波动)时,水位发生降低(升高),浮球位置也随着降低(升高),到一定程度后,在浮球拉杆的带动下,电磁阀开关被闭合(断开),进水阀门完全打开(关闭),开始进水(断水),水位升高(降低),浮球也随之升高(降低),直至达到给定的水位高度。随后水位进一步发生升高(降低),到一定程度后,电磁阀又发生一次打开(闭合)。此系统是离散控制系统。 2-1解: (c )确定输入输出变量(u1,u2) 得到:11 21221222 )1(u R R dt du CR u R R dt du CR +=++ 一阶微分方程 (e )确定输入输出变量(u1,u2) 消去i 得到:C u dt du R C u dt du R R 1122221)(+=++ 一阶微分方程 第二章 2-2 解: 1)确定输入、输出变量f(t)、x 2

机械控制工程基础第三章 复习题及答案

题目:时间响应由和两部分组成。 分析与提示:时间响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成。 答案:瞬态响应、稳态响应 题目:系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程,称为。 分析与提示:瞬态响应,指系统在某一输入信号作用下,系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程。 答案:瞬态响应 题目:系统的时间响应可从两方面分类,按振动性质可分为与。 分析与提示:系统的时间响应可从两方面分类,按振动性质可分为自由响应与强迫响应。 答案:自由响应、强迫响应 题目:系统的时间响应可从两方面分类,按振动来源可分为与。 分析与提示:系统的时间响应可从两方面分类,按振动性质可分为自由响应与强迫响应;按振动来源可分为零输入响应(即由“无输入时系统的初态”引起的自由响应)与零状态响应(即仅由输入引起的响应)。 答案:零输入响应、零状态响应 题目:系统微分方程的特解就是系统由输入引起的输出(响应),工程上称为。 分析与提示:初始条件及输入信号产生的时间响应就是微分方程的全解。包含通解和特解两个部分。通解完全由初始条件引起的,它是一个瞬态过程,工程上称为自然响应 (如机械振动中的自由振动)。特解只由输入决定,特解就是系统由输入引起的输出(响应),工程上称为强迫响应 (如机械振动中的强迫振动)。 答案:强迫响应 题目:系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性,还与外加的形式有关。 分析与提示:系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性,还与外加输入信号的形式有关。 答案:输入信号 题目:单位阶跃信号???<>=000t t t u 1)(的拉氏变换为【 】 A 、 s 1 B 、21 s C 、1 D 、s 分析与提示:熟练掌握典型信号的拉氏变换。B 为单位斜坡信号的拉氏变换,C 为单位冲击信号的拉是变换。 答案:A 题目:选取输入信号应当考虑以下几个方面,输入信号应当具有,能够反映系统工作的大部分实际情况。 分析与提示:选取输入信号应当考虑以下几个方面,输入信号应当具有典型性,能够反映系统工作的大部分实际情况。 答案:典型性 题目:选取输入信号时,输入信号的形式应当尽可能。 分析与提示:选取输入信号时,输入信号的形式应当尽可能简单。 答案:简单 题目:是使用得最为广泛的常用输入信号。 分析与提示:单位脉冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、单位抛物线函数 都为常用输入信号时,单位脉冲函数是使用得最为广泛的常用输入信号。 答案:单位脉冲函数 题目:设一阶系统的传递函数为 5 23 +s ,则其时间常数和增益分别是【】 A . 2,3 B .2,3/2 C . 2/5,3/5 D . 5/2,3/2

(完整版)控制工程基础(第一章)

辽宁科技学院教案 课程名称:控制工程基础 任课教师:杨光 开课系部:机械学院 开课教研室:机制 开课学期:2012~2013学年度第1学期

教学内容备注 一、机械工程控制论的研究对象与任务 机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题。 1、系统(广义系统):按一定的规律联系在一起的元素的集合。 2、动力学问题:系统在外界作用(输入或激励、包括外加控制与外界干扰) 下,从一定初始状态出发,经历由其内部的固有特性(由系统的结构与参数所 决定)所决定的动态历程(输出或响应)。这一过程中,系统及其输入、输出三 者之间的动态关系即为系统的动力学问题。 上式中y(t)为微分方程的解,显然它是由系统的初始条件,系统的固有特性,系统的输入及系统与输入之间的关系决定。 对上例,需要研究的问题可归纳为以下三类:

二、控制理论的发展与应用 控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。从1868年马克斯威尔(J.C.Maxwell)提出低阶系统稳定性判据至今一百多年里,自动控制理论的发展可分为四个主要阶段: 第一阶段:经典控制理论(或古典控制理论)的产生、发展和成熟; 第二阶段:现代控制理论的兴起和发展; 第三阶段:大系统控制兴起和发展阶段; 第四阶段:智能控制发展阶段。 经典控制理论: 控制理论的发展初期,是以反馈理论为基础的自动调节原理,主要用于工业控制。第二次世界大战期间,为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等基于反馈原理的军用装备,进一步促进和完善了自动控制理论的发展。 ?1868年,马克斯威尔(J.C.Maxwell)提出了低阶系统的稳定性代数判据。 ?1895年,数学家劳斯(Routh)和赫尔威茨(Hurwitz)分别独立地提出了高阶系统的稳定性判据,即Routh和Hurwitz判据。 ?二战期间(1938-1945年)奈奎斯特(H.Nyquist)提出了频率响应理论 1948年,伊万斯(W.R.Evans)提出了根轨迹法。至此,控制理论发展的第一阶段基本完成,形成了以频率法和根轨迹法为主要方法的经典控制理论。 经典控制理论的基本特征: (1)主要用于线性定常系统的研究,即用于常系数线性微分方程描述的系统的分析与综合; (2)只用于单输入,单输出的反馈控制系统; (3)只讨论系统输入与输出之间的关系,而忽视系统的内部状态,是一种对系统的外部描述方法。 现代控制理论: 由于经典控制理论只适用于单输入、单输出的线性定常系统,只注重系统的外部描述而忽视系统的内部状态。因而在实际应用中有很大局限性。 随着航天事业和计算机的发展,20世纪60年代初,在经典控制理论的基础上,以线性代数理论和状态空间分析法为基础的现代控制理论迅速发展起来。 1954年贝尔曼(R.Belman)提出动态规划理论 1956年庞特里雅金(L.S.Pontryagin)提出极大值原理 1960年卡尔曼(R.K.Kalman)提出多变量最优控制和最优滤波理论 在数学工具、理论基础和研究方法上不仅能提供系统的外部信息(输出量和输入量),而且还能提供系统内部状态变量的信息。它无论对线性系统或非线性系统,定常系统或时变系统,单变量系统或多变量系统,都是一种有效的分析方法。 当今世界,控制技术无处不在,世界随处可见控制与反控制。 控制技术融合了信息技术、工程技术,是多种技术的融合。

机械控制工程基础第五章 练习习题及 解答

习题一 题型:选择题 题目:关于系统稳定的说法错误的就是【】 A.线性系统稳定性与输入无关 B.线性系统稳定性与系统初始状态无关 C.非线性系统稳定性与系统初始状态无关 D.非线性系统稳定性与系统初始状态有关 分析与提示:线性系统稳定性与输入无关;非线性系统稳定性与系统初始状态有关。 答案:C 习题二 题型:填空题 题目:判别系统稳定性的出发点就是系统特征方程的根必须为或为具有负实部的复数,即系统的特征根必须全部在就是系统稳定的充要条件。 分析与提示:判别系统稳定性的出发点就是系统特征方程的根必须为负实数或为具有负实部的复数,即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面就是系统稳定的充要条件。 答案:负实数、复平面的左半平面 习题三 题型:选择题 题目:一个线性系统稳定与否取决于【】 A.系统的结构与参数 B.系统的输入 C.系统的干扰 D.系统的初始状态 分析与提示:线性系统稳定与否取决于系统本身的结构与参数。 答案:A 习题四 题型:填空题 题目:若系统在的影响下,响应随着时间的推移,逐渐衰减并回到平衡位置,则称该系统就是稳定的 分析与提示:若系统在初始状态的影响下(零输入),响应随着时间的推移,逐渐衰减并趋向于零(回到平衡位置),则称该系统就是稳定的;反之,若系统的零输入响应发散,则系统就是不稳定的。 答案:初始状态 习题五 题型:填空题 题目:系统的稳定决定于的解。 分析与提示:系统的稳定决定于特征方程的解。 答案:特征方程 习题一 题型:填空题 题目:胡尔维兹(Hurwitz)判据、劳斯(Routh)判据又称为判据。 分析与提示:胡尔维兹(Hurwitz)判据、劳斯(Routh)判据,又称为代数稳定性判据。 答案:代数稳定性 习题二

控制工程基础考卷带答案复习资料

控制工程基础考卷带答案复习资料

一、填空题:(每空1分,共20分) 1.对控制系统的基本要求一般可归结为_________稳定性,准确性,快速性____、____________、___________。 2.自动控制系统对输入信号的响应,一般都包含两个分量,即一个是瞬态响应分量,另一个是____________响应分量。 3.在闭环控制系统中,通过检测元件将输出量转变成与给定信号进行比较的信号,这个信号称为_________________。 4.若前向通道的传递函数为G(s),反馈通道的传递函数为H(s),则闭环传递函数为__________________ 。 5 函数f(t)=的拉氏变换式是 _________________ 。 6 开环对数频率特性的低频段﹑ 中频段﹑ 高频段分别表征了系统的 稳定性,动态特性,抗干扰能力 ﹑ ﹑ 。 7.Bode 图中对数相频特性图上的-180°线对应于奈奎斯特图中的___________。 8.已知单位反馈系统的开环传递函数为: 20 ()(0.51)(0.041) G s s s = ++求出系统在单位阶跃输入时的稳 态误差为 。 9.闭环系统稳定的充要条件是所有的闭环极点 t e 63-

均位于s 平面的______半平面。 10.设单位反馈控制系统的开环传递函数为 10()1 G s s = +,当系统作用有x i (t ) = 2cos(2t - 45?)输入 信号时,求系统的稳态输出为_____________________。 11.已知传递函数为2 ()k G s s =,则其对数幅频特性 L (ω)在零分贝点处的频率数值为_________ 。 12 在系统开环对数频率特性曲线上,低频段部分主要由 环节和 决定。 13.惯性环节的传递函数11+Ts ,它的幅频特性的数学式是__________,它的相频特性的数学式是____________________。 14.已知系统的单位阶跃响应为()1t t o x t te e --=+-,则 系统的脉冲脉冲响应为__________。 一、填空题 (每空1分,共20分): 1 稳定性,准确性,快速性;2 稳态;3 反馈; 4 ) ()(1) (s H s G s G ±;5 3 ()6 F s s = + 6 稳定性,动态特性,抗干扰能力; 7 负实轴; 8 1 21 9 右半平面; 10

《控制工程基础》(DOC)

目录 1.概述 (1) 2.实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究 (5) 3.实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (12) 4.实验三典型环节(或系统)的频率特性测量 (16) 5. 使用说明实例 (21) 概述 一.实验系统功能特点 1.系统可以按教学需要组合,满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备ACT-I实验箱,则实验时另需配备示波器,且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机(包含相应软件)及并口通讯线。 2.ACT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元,可根据教学实验需要进行灵活组合,构成各种典型环节与系统。此外,ACT-I实验箱内还可含有数据处理单元,用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。 3.配备PC微机作操作台时,将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中,除了满足软件仿真需要外,又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。 4.系统的硬件、软件设计,充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外,还可自行设计实验。 二.系统构成 实验系统由上位PC微机(含实验系统上位机软件)、ACT-I实验箱、并行通讯线等组成。ACT-I实验箱内装有以AD C812芯片(含数据处理系统软件)为核心构成的数据处理卡,通过并口与PC微机连接。 1.实验箱ACT-I简介 ACT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U4、非线性单元U5~U7以及模拟电路单元U8~U16等共16个单元组成,详见附图。 (1)电源单元U1

控制工程基础第1阶段测试题

江南大学现代远程教育2010年下半年第一阶段测试卷 考试科目:《控制工程基础》第1 章至第2 章(总分100分)时间:90分钟 ______________学习中心(教学点)批次:层次: 专业:计算机学号:身份证号: 姓名:得分: 一.简述题(50分) 1.按照功能,计算机控制系统可分成哪几类?各有什么特点? 答:按功能分类:操作指导控制系统(数据处理系统DPS)、直接数字控制系统(DDC)、计算机监督系统(SCC)和分布控制系统等四类。它们的特点是:(1)操作指导控制系统(数据处理系统DPS) 所谓操作指导是指计算机的输出不直接用来控制生产对象,而只是对系统过程参数进行收集、加工处理,然后输出数据。操作人员根据这些数据再进行必要的操作,从而计算机起到了一个操作指导的作用。 (2)直接数字控制系统(DDC) 所谓DDC(Direct Digital Control)控制就是用一台微型机对多个被控参数进行巡回检测,检测结果与设定值进行比较,再按直接数字控制方法或PID规律进行控制运算,然后输出到执行机构对生产过程进行控制,使被控参数稳定在给定值上。这是计算机参与控制的最普遍的一种方式。 (3)计算机监督系统(SCC) 计算机监督系统(Supervisory Computer Control)简称SCC系统。在计算机监督控制系统中,由计算机按照描述生产过程的数学模型,计算出最佳给定值后,通过输出通道,去送给模型调节器或者DDC计算机,最后由模拟调节系统或DDC计算机控制生产过程,从而使生产过程处于最优工作情况。

(4)分布控制系统 1、可靠性高; 2、速度快; 3、系统模块化; 4、设计、开发、维护简便; 5、价格低 2.DDC系统主要由哪几部分组成?各部分的作用是什么? 主要有输入部分、CPU部分、输出部分和被控对象等四个部分: (1)输入部分:利用相应的传感器来检测被控对象的状态(包括信号滤波、统一信号电平和非线性补偿等),并把它转换成数字量,以便CPU处理。 (2)CPU部分:对得到的数字量进行必要的处理,并按预定的控制算法进行运算,再输出计算接果。(3)输出部分:把CPU计算输出的结果转换成数字量,并输出到相应的执行机构,以控制对应的参数。(4)被控对象:即为所需控制的生产对象。 3. 计算机控制系统和使用常规调节装置的自动控制系统有哪些相同点和不同点? 答:相同点是:都能根据设计的要求,自动完成既定的控制任务。 不相同点是: (1)计算机控制系统可以完成复杂控制规律的控制,而常规调节装置的自动控制系统基本不可能。 (2)系统要改变控制规律,计算机控制系统只要改变程序即可,而常规调节装置的自动控制系统必需改变硬件线路。

控制工程基础学习笔记

控制工程基础学习笔记

控制工程基础学习笔记 一、概论 1.1基本概念 控制:由人或用控制装置使受控对象按照一定目的来动作所进行的操作。 输入信号:人为给定的,又称给定量。 输出信号:就是被控制量。它表征对象或过程的状态和性能。 反馈信号:从输出端或中间环节引出来并直接或经过变换以后传输到输入端比较元件中去的信号,或者是从输出端引出来并直接或经过变换以后传输到中间环节比较元件中去的信 号。 偏差信号:比较元件的输出,等于输入信号与主反馈信号之差。 误差信号:输出信号的期望值与实际值之差。 扰动信号:来自系统内部或外部的、干扰和破坏系统具有预定性能和预定输出的信号。 1.2控制的基本方式 开环控制:系统的输出量对系统无控制作用,或者说系统中无反馈回路的系统,称为开环控制系统。

闭环控制:系统的输出量对系统有控制作用,或者说系统中存在反馈回路的系统,称为闭环控制系统。 1.3反馈控制系统的基本组成 给定元件:用于给出输入信号的环节,以确定被控对象的目标值(或称给定值)。 测量元件:用于检测被控量,通常出现在反馈回路中。 比较元件:用于把测量元件检测到的实际输出值经过变换与给定元件给出的输入值进行比较,求出它们之间的偏差。 放大元件:用于将比较元件给出的偏差信号进行放大,以足够的功率来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件:用于直接驱动被控对象,使被控量发生变化。 校正元件:亦称补偿元件,它是在系统基本结构基础上附加的元部件,其参数可灵活调整,以改善系统的性能。 1.4对控制系统的性能要求 稳定性:指系统重新恢复稳态的能力。稳定是控制系统正常工作的先决条件。

机械控制工程基础习题集_第5章

第5章 系统的稳定性 一、填空题 1.稳定系统其自由运动模态随时间增加而逐渐(消失) 2.对于二阶系统,加大增益将使系统的(稳定性)变差。 3.若闭环系统的特征式与开环传递函数)()(s H s G 的关系为)()(1)(s H s G s F +=,则 )(s F 的零点就是(系统闭环极点) 。 4.Ⅰ型系统跟踪阶跃信号的稳态误差为(0)。 5.线性定常系统的偏差信号就是误差信号的条件为(反馈传递函数H(s)=1)。 6.控制系统含有的积分个数多,开环放大倍数大,则系统的(稳态性能)愈好。 7.降低系统的增益将使系统的稳态精度(变差)。 8.闭环系统稳定的充分必要条件是其开环极坐标曲线逆时针围绕点(-1,j0)的圈数等于落在S 平面右半平面的(开环极点)数。 9.统在前向通路中含有积分环节将使系统的稳定性严重(变差)。 10.系统开环频率特性的相位裕量愈大,则系统的(稳定性)愈好。 11.控制系统的误差是期望输出与(实际输出)之差。 12.降低系统的增益将使系统的(快速性或稳态性)变差。 三、名词解释题 1.穿越:是开环极坐标曲线穿过实轴上(-∞,-1)的区间。 2.相位裕度:在系统的开环幅频特性等于1时,其相应的相频特性距离-180°的相位差。或:极坐标曲线在幅值穿越频率处的相頻特性距离-180°的相位差。 3.幅值裕度:相頻穿越频率处开环幅频特性的倒数。 4.劳斯判据:利用系统闭环特征方程的系数建立劳斯系数表,根据劳斯表中第1列系数的符号变化判断系统稳定性即:劳斯表中第1列系数无符号变化则系统处于稳定状态,否则系统处于临界稳定或不稳定状态。 5.奈奎斯特稳定判据:闭环系统稳定的充分必要条件是其开环极坐标频率特性曲线逆时针围绕点(-1,j0)的圈数等于落在S 平面右半平面的开环极点数。 四、简答题 1.简述闭环特征函数的特点。 答:1)特征函数的零点就是系统的闭环极点;2)特征函数的极点就是系统的开环极点; 3)特征函数的分子和分母的阶次相同;4)特征函数与系统开环传递函数只差常数1。 2.简述积分、微分及惯性环节对最小相位系统稳定性的影响。

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