华南理工大学《自动控制原理》-历年真题填空问答参考答案

2005年：一．填空1.控制系统从信号传送的特点或结构形式来看，可分为开环控制和闭环控制系统。2.闭环控制系统，对主反馈而言，只有按负反馈原理组成的闭环控制系统才能实现自动控制。因为这种系统能使偏差越来越小，甚至被消除。3.工程上把控制性能的要求归纳为稳定性快速性和准确性三个方面。4.利用Routh判据判断闭环系统稳定的充分必要条件是系统特征方程的全部系数（不缺项）均为正数，且Routh表第一列元素都是正数。5.二阶系统，其阻尼系数等于1时，单位阶跃响应是单调衰减过程，若阻尼系数大于零小于1，单位阶跃响应是衰减的振荡过程。6.减小或消除控制系统的稳态误差，通常可以通过增大系统的开环放大系数或增加前向通道积分环节个数来达到，但往往又会使系统的动态性能变差，甚至导致系统不稳定。二．简答题1.线性定常系统的传递函数定义是什么？传递函数与什么有关？答：线性定常系统，在初始条件为0的条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。传递函数表达式中各系数的值完全取决于系统的结构和参数。2.自动控制系统稳定的定义是什么？系统稳定性与闭环极点有何关系？答：假设系统处于某一起始的平衡状态，在外作用的影响下它离开了平衡状态，当外作用消失后，经过足够长的时间它能回复到原来的平衡状态，则称该系统是稳定的。系统稳定的充要条件是：系统的闭环极点均为负实数或（和）具有负实部的共轭复数，即系统所有闭环极点均位于复平面的虚轴左半部。2006年一．填空1.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，这个信号称为反馈信号。2.若前向通道的传递函数为()Gs，反馈通道的传递函数为()Hs，则开环传递函数为()()GsHs。3.齿轮副中，以主动轮角速度为输入，以被动轮转角为输出，则这个装置为积分环节。4.若环节的传递函数为Ks，则其对数幅频特性()L在零分贝点处的频率数值为K。5.Bode图中对数相频特性图上的-180°线对应于奈奎斯特图中的负实轴。6.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，另一个是稳态响应。7.函数6()3tfte的拉氏变换式是36s。8.积分环节的传递函数表达式为1()GsTs。9.在斜坡函数的输入作用下，Ⅱ型系统的稳态误差为0。10.惯性环节的传递函数为11Ts，它的幅频特性的数学式是221()1AT，它的相频特性的数学式是()arctanT二．简答题1．何谓自动控制？开环控制和闭环控制各具有什么特点？答：自动控制是指：在没有人直接参与的情况下，通过自动控制装置（控制器）使生产过程或工作机械（控制对象）自动地按预先规定的规律运行，或使它的某些物理量（被控量）按照预定的要求产生变化。开环控制具有以下特点：无反馈回路，输出量对控制作用无影响，系统没有抵御外部干扰的能力，控制精度较低。闭环系统具有以下特点：具有反馈回路，由偏差产生控制作用；当干扰出现时能自动的减弱其影响，若参数不当有可能出现不稳定情况。2．什么叫传递函数？它有什么性质？答：线性定常系统，在初始条件为0的条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。它具有以下性质：仅适用于线性定常系统；传递函数中各系数取决于系统结构和参数；一个传递函数只能表示一个输入量和一个输出量的关系。2007年一．填空1．写出控制系统的三种典型输入信号：()1()rtt、()rtt、2()2trt2．线性系统的传递函数取决于系统本身的结构和参数。3．最小相位系统的重要特征在于：其相频特性与对数幅频特性之间存在着一一对应的关系。4．比例-积分-微分（PID）控制规律的传递函数为1s(1)pdiGss（）=K5．按输入信号变化规律不同，系统可分为程序控制系统、随动（伺服）系统。6．控制系统的基本控制方式为开环控制、闭环控制。7．振荡环节的传递函数为221()21GsTsTs，则其幅频特性为22221()(1)(2)ATT，相频特性为222()arctan1TT8．系统的加速度误差系数定义为20lim()aksKsGs9．开环稳定的系统，其闭环不一定稳定，开环不稳定系统，其闭环不一定稳定。10．两个二阶系统阶跃响应的超调量相等，则两个系统具有相同的阻尼系数。二．简答题1．反馈控制系统的主要组成部分有哪些？对于自动控制系统的性能要求有哪三个方面？答：反馈控制系统的主要组成部分：测量反馈元件、比较元件、放大元件、校正元件、执行原件、控制对象。对于控制系统性能的要求是：稳定性、快速性、准确性。2．PI及PD各属于什么性质的校正？各具有什么特点？答：PI属于串联滞后校正，其特点是：增加了系统型别，可以在对系统稳定性影响不大的情况下，有效的改善系统的稳态性能。PD属于串联超前校正，其特点是：可以提高系统的快速性，能够抑制过大超调量，改善系统的稳定性。3．系统开环对数幅频特性曲线的三个频段一般如何划分？各个频段对于系统的性能有何影响？答：低频段通常是指()L渐近线在第一个转折频率之前的区段，这个区段的特性体现系统的稳态性能，由系统的型别及开环放大系数决定，为保证系统的稳态精度，应具有较高的分贝数。中频段是指()L截止频率附近的区段，这段特性集中反映系统的动态性能，()L应以-20dB/dec的斜率穿过零分贝线，且具有一定中频段宽度。高频段是指中频段以后的区段，这部分特性由时间常数较小的环节决定，为保证具有较高的抗高频干扰能力，应具有较低的分贝值。2008年一．填空1．系统在2()rtt作用下的稳态误差sse，说明系统的型别为0型或Ⅰ型。2．闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的中频段特性。3．适合应用传递函数表述的系统是线性定常系统。4．若两个系统的根轨迹相同，则它们有相同的闭环极点。5．系统的稳定性取决于系统的结构和参数。6．在S平面右半部没有开环极点和开环零点称为最小相位传递函数。7．已知系统的传递函数为1sKeTs，其幅值特性|()|Gj为221KT。8．一阶系统的闭环极点越靠近原点，响应速度越慢。9．线性定常二阶系统的闭环增益加大，则系统的动态性能不变。10．积分环节的幅频特性，其幅值与频率成反比关系。11．已知单位反馈系统的开环传递函数为4(22)ss，则其幅值裕量gh等于无穷大。12．用频率法设计串联校正装置时，采用串联滞后校正网络是利用其高频衰减特性。二．简答题1．简述PID调节器参数对控制系统性能的影响。答：PID调节器的传递函数为：1s(1)pdiGss（）=K。比例参数的作用是加快系统的响应速度、提高系统的调节精度。积分参数的作用是消除系统的稳态误差。微分参数的作用是改善系统的动态性能。2．简述恒值控制系统、随动系统、程序控制系统的特点。答：恒值控制系统输入信号为某一常数。随动系统的输入信号是预先不知道的随时间任意变化的函数。程序控制系统的输入信号按预先知道的时间函数变化。2009年一．填空1．欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应的稳态位置误差为0。2．对于惯性环节，当频率趋于无穷大时，相移将趋于-90°。3．若要求系统对于加速度输入作用下不存在稳态误差，则必须选用Ⅲ型及以上的系统。4．为了得到较满意的暂态响应，控制系统的相角裕度应当为30°～60°之间，幅值裕度应大于6dB。5．比例微分控制不改变系统的开环增益和自然频率，但是可以增大系统的阻尼系数。6．稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。7．Ⅱ型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为-40dB/dec。8．在控制系统中加入微分负反馈，则系统的超调量减小。9．在串联校正中，加大控制器增益，可以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差。二．简答题1．减小或消除系统稳态误差的措施有哪些？答：通过增大系统开环传递函数或增加系统前向通道的积分环节数目可以减小或消除系统稳态误差。2．简述应用频率特性法进行控制系统分析的主要优点。答：频率特性法进行控制系统分析具有以下优点：1,、不用求解系统特征根，采用较为简单的图解法就能研究系统稳定性，具有形象直观计算量小的特点；2、频率特性具有明确的物理意义可有实验方法测得出；3、频率响应法不仅适用于线性系统，而且可推广应用于某些非线性系统；4、只要求出系统的开环频率特性，就可迅速判断系统闭环是否稳定。3．对自动控制系统性能的基本要求包括哪三个方面的内容？请简单说明。答：对控制系统性能的基本要求包括：“稳”、“快”、“准”三个方面。“稳”是系统的稳定性，指系统重新恢复平衡状态的能力，是任何系统正常运行的首要条件。“快”是系统响应的快速性，系统过渡过程越短，表明系统快速性越好。“准”是系统的准确性，过渡过程结束后，系统输出量的实际值与期望值只差成为稳态误差，稳态误差越小，系统准确性越好。2010年一．填空1．系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定。2．Bode图中的低频段反映了系统的稳态性能。3．放大环节的相频特性为()0o4．单位负反馈系统的开环传递函数是：()()()()kscGsasb，则该系统是0型系统，该系统的稳态位置误差系数为1kcab5．稳态误差与系统结构（系统型别）、系统参数（开环放大系数）、输入信号形式有关。6．串联校正环节10.27()10.11csGss属于相位超前校正。7．系统开环传递函数为()Gs，函数()1()FsGs，则()Fs与()Gs的极点相同。8．对欠阻尼系统，为提高系统的相对稳定性，可以增加阻尼系数。9．若要求在基本保持原系统稳定性和频带宽前提下，提高系统控制精度，减小稳态误差，则通常较有效的措施是采用提高开环放大系数，且串联相位滞后校正。二．简答题1．简述控制系统稳定性概念并指出其充要条件。答：假设系统处于某一起始的平衡状态，在外作用的影响下它离开了平衡状态，当外作用消失后，经过足够长的时间它能回复到原来的平衡状态，则称该系统是稳定的。系统稳定的充要条件是：系统的闭环极点均为负实数或（和）具有负实部的共轭复数，即系统所有闭环极点均位于复平面的虚轴左半部。2．简述Nyquist稳定判据，并应用…答：Nyquist稳定判据是，若系统开环不稳定（P≠0），则闭环系统稳定的充要条件是：在GH平面上的()Gj曲线及其镜像当从变化到时，将以逆时针绕（-1，j0）P圈；若开环稳定（P=0），则闭环系统稳定的充要条件是：在GH平面上的()Gj曲线及其镜像当从变化到时，不包围（-1，j0）点。2011年一．填空1．180°根轨迹的幅值条件为11|()|1|()|miignjjszKsp，相角条件为11()()180(21)mnoijijszspk。2．PID控制规律的传递函数为1s(1)pdiGss（）=K3．按输入信号变化规律不同，控制系统可分为程序控制系统、随动（伺服）系统。4．欲改善系统动态性能，一般采用增加附加零点的方法。5．已知单位闭环负反馈系统的开环传递函数为(1)ksTs，则该系统的阻尼比为12KT，自然振荡频率n为KT。6．系统在2()rtt作用下的稳态误差sse，说明系统的型别0型或Ⅰ型。7．若典型二阶系统是稳定的，但其单位阶跃响应超调量过大，为改善其特性，可在前向通路中串入PD比例-微分控制器。8．积分环节频率特性的相频特性为()90o9．Ⅱ型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为-40dB/dec二．简答题（与07年完全一样）