自动控制原理与系统

自动控制原理与系统，第三版

第一章自动控制系统概述

填空

1.所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程等进行自

动调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。（1.1）

2.18世纪瓦特(Watt)利用小球离心调速器使蒸气机转速保持恒定。(1.1)

3.若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，这样的系统称为开环控制系

统。(1.2)

4.若系统的输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，这样的系统称为闭环控制系统。

(1.2)

5.反馈信号与输入信号的极性相同则称为正反馈。(1.3)

6.恒值控制系统的特点是输入量是恒量，并且要求系统的输出量相应地保持恒定。(1.4)

7.随动系统的特点是输入量是变化着的，并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作

出相应的变化。(1.4)

8.自动控制系统的性能通常是指系统的稳定性、稳态性能和动态性能。(1.5)

9.控制系统的动态指标通常用最大超调量、调整时间和振荡次数来衡量。(1.5)

10.经典控制理论是建立在传递函数概念基础之上的。(1.6)

11.现代控制理论是建立在状态变量概念基础之上的。(1.6)

单选

1.在自动控制系统的性能指标中，最重要的性能是() (1.5)

动态性能稳定性稳态性能快速性

双选

1.若系统的输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，这样的系统称为() (1.2)

开环控制系统闭环控制系统前馈控制系统反馈控制系统复合控制系统2.开环控制系统的适用场合是() (1.2)

系统的扰动量影响不大系统的扰动量大且无法估计控制精度达不到预期要求系统未设反馈环节系统的扰动量可以预计并能进行补偿

3.闭环控制系统的适用场合是() (1.2)

系统的扰动量影响不大控制精度达不到预期要求系统未设反馈环节

系统的扰动量大系统的扰动量可以预计并能进行补偿

4.自动控制系统按输入量变化的规律可分为恒值控制系统和() (1.4)

连续控制系统伺服系统过程控制系统离散控制系统时变系统

5.自动控制系统按系统的输出量和输入量间的关系可分为() (1.4)

连续控制系统离散控制系统线性系统非线性系统定常系统

6.恒值控制系统是最常见的一类自动控制系统，例如() (1.4)

火炮控制系统自动调速系统雷达导引系统刀架跟随系统水位控制系统

简答

1. 简述开环控制和闭环控制的优缺点及适用场合。(1.2)

2. 简述图示水位控制系统的工作原理。(1.3)

当系统处于稳态时，电动机停转，A B U U =，12Q Q =，0H H =（稳态值）。若设用水量2Q 增加，则水位H 将下降，通过浮球及杠杆的反馈作用，将使电位计RPB 的滑点上移，UB 将增大，这样0A B U U U ?=-<，此电压经放大后，使伺服电动机反转，再经减速后，驱动控制阀V1，使阀门开大，从而使给水量Q1增加，使水位不再下降，且逐渐上升并恢复到原位。这个自动调节的过程一直要继续到120,,,0B A Q Q H H U U U ===?=，电动机停转为止。

3. 简述图示位置跟随系统的工作原理。(1.3)

当手轮逆时针转动时，设i θ为增加，并设i U 此时减小，则偏差电压i f U U U θ?=-将小于零。由于2A 为反相端输入，因此其输出k U 将为正值，使d U 为正值，设此时电动机转动将带动雷达天线作逆时针转动。这个过程要一直继续到,0,0,0c i k d U U U θθ=?===，电动机停转才为止。

第2章 拉普拉斯变换及其应用

填空

1. 经典控制理论的数学基础是拉氏变换。(

2.1)

2. 拉氏变换的定义式为0()()st

F s f t e dt ∞

-=? (2.1)

3. 等加速度信号2

()r t t =的拉氏变换式()R s 为

32

s

。(2.1) 4. 若()f t 的拉氏变换为()F s ，则()f t τ-的拉氏变换为()s

e F s τ-。 (2.2)

单选

1. 正弦信号()sin r t t ω=的拉氏变换式()R s 为() (

2.1)

22s ωω+22

s

s ω

+222s ωω+222s s ω+ 2. 余弦信号()cos r t t ω=的拉氏变换式()R s 为() (2.1)

222s s ω+

第3章 自动控制系统的数学模型

填空

1. 在经典控制理论中，常用的数学模型为传递函数、系统框图和微分方程。(3.1)

2. 直流电动机有两个独立的电路:一个是电枢回路，另一个是励磁回路。(

3.1) 3. 微分方程为自动控制系统在时间域数学模型。 (3.1)

4. 在传递函数的定义中所谓零初始条件是指系统的输入量和输出量及其各阶导数在0

t ≤时的值也均为零。 (3.2) 5. 对同一个系统，若选取不同的输出量或不同的输入量，则其对应的微分方程表达式和传

递函数也不相同。(3.2)

6. 传递函数为自动控制系统在复数域数学模型。 (3.2)

7. 系统框图是传递函数的一种图形描述方式。(3.3)

8. 系统框图由信号线、引出点、比较点和功能框组成。(3.3) 9. 积分环节的特点是它的输出量为输入量对时间的积累。(3.4) 10. 对于惯性环节来说，当输入量发生突变时，输出量不能突变，只能按指数规律逐渐变化。

(3.4)

11. 二次振荡环节的传递函数为22222

1

()221

n n n G s s s T s Ts ωξωωξ==++++。 (3.4) 12. 延迟环节的传递函数为()s

G s e

τ-=。 (3.4)

13. 当负载转矩增加时，直流电动机内部的自动调节过程是通过电动机内部电动势的变化来

进行自动调节的。(3.5)

14. 框图等效变换的原则是变换后与变换前的输入量和输出量都保持不变。(3.6)

15. 当系统中有两个(或两个以上)环节串联时，其等效传递函数为各环节传递函数的乘积。

(3.6)

16. 当系统中有两个(或两个以上)环节并联时，其等效传递函数为各环节传递函数的代数

和。 (3.6)

17. 作调速用的直流电动机为一个二阶系统。 (3.6)

18. 作位置伺服用的直流电动机为一个三阶系统。 (3.6)

单选

1. 描述系统的输入量和输出量之间关系的最基本的数学模型是系统的() (3.1)

传递函数 微分方程 系统框图 频率特性 2. 自动控制中最常用的数学模型是() (3.2)

传递函数微分方程 系统框图 频率特性

双选

1. 系统的传递函数取决于系统的() (3.2)

内部结构参数

作用量大小 作用量变化规律 外部扰动 2. 积分环节是自动控制系统中遇到的最多的环节之一,例如() (3.4)

电容的电量与电流 电子放大器 直流电动机 温度与电功率 齿轮减速器 简答

1. 试求图示系统的传递函数

()

()

o i U s U s ，并说明该环节为何种典型环节？ (3.4)

解：1000

()()(1)()o i U s R

G s R C s U s R =

=-+ 此环节为比例微分环节

2. 试求图示系统的传递函数()

()

o i U s U s ，并说明该环节为何种典型环节？ (3.4)

解：10

01()1

()()()o i U s R G s U s R R C s

=

=-+ 此环节为比例积分环节

3. 简述当负载转矩增加时，电动机内部的自动调节过程。 (3.5) 解：

4. 写出图示系统中当()R s 和()D s 同时作用时系统的输出()C s 。 (3.6)

()

R s ()

D s (C s 1()

G s 2()

G s ()

H s +

+

+

-

解：

1212()()()

()1()()()r G s G s R s C s G s G s H s =

+

212()()

()1()()()

d G s D s C s G s G s H s =

+

()()()r d C s C s C s =+

5. 试应用方框图化简的方法求取图示系统的闭环传递函数

()

()

C s R s （要求写出变换过程） (3.6)

解：

第四章 分析自动控制系统性能常用的方法