东北大学自动控制原理简答题汇总

1.闭环控制系统的基本环节及作用：1、给定环节：设定被控制的给定值的装置2、比较环节：将所检测的的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量3、校正环节：将比较环节的输出量转化为标准信号4、放大环节：将偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号5、执行机构:直接作用于控制对象，使被控量达到所要求的数值6、被控对象或调节对象:指要进行控制的设备或过程7、检测装置或传感器：用来检测被控量，并将其转换为与给定量相同的物理量2.什么是系统的暂态过程？对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出量的暂态过程如何？（1）暂态过程：系统从一个稳态过渡到新的稳态的过渡过程（2）输出量的暂态过程可能有以下几种情况：1.单调过程。输出量单调变化，缓慢达到新的稳态值。2.衰减振荡过程。被控制量变化很快，产生超调，经过几次振荡后，达到新的稳定工作状态。3.持续振荡过程。被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态。4.发散振荡过程。被控制量发散振荡，不能达到所要求的稳定工作状态。3.如何区分线性系统和非线性系统？可以通过线性和非线性各自的特性区分，线性系统具有叠加性和齐次性，非线性系统则不具备以上特性。非线性系统不仅与系统的结构和参数有关，还与系统的初始条件有关。4.按给定力量的特征，系统可分成哪几种类型？1.恒值系统。恒值系统的给定量保持不变。（输出量恒定不变）2.随动系统。随动系统中的给定量按照事先未知的时间函数变化。（输出量跟随给定量的变化，所以也可以叫做同步随动系统）3.程序控制系统。这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的。（输出量与给定量的变化规律想同）5.简述控制系统性能指标。自动控制系统的性能指标通常是指系统的稳定性，稳态性能和暂态性能。稳定性：自动控制系统的首要条件时系统能稳定正常运行。稳态性能：系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。暂态性指标：1.最大超调量σ％：输出最大值与输出稳态值的相对误差。2.上升时间tr:系统输出量第一次到达输出稳态值时所对应的时刻。3.过渡时间ts：系统的输出量进入并一直保持在稳态输出值附近的允许误差带内所需时间。4.振荡次数μ：在调节时间内输出量在稳态值附近上下波动的次数。6.对自动控制系统性能指标要求有？1.稳定性：即系统能工作的首要条件。2.快速性:即系统在暂态过程中的响应速度快且被控量的波动程度小。3.准确性：稳态误差小。7.简述在自动控制系统中常用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。常用的数学模型有:微分方程、传递函数、状态方程、传递矩阵、结构框图、和信号流图等。8.简述编写闭环微分方程的一般步骤。1.首先确定系统的输入量和输出量。2.将系统分解为各环节，依次确定各环节的输入量与输出量，根据各环节的物理规律写出各环节的微分方程。3.消去中间变量，就可以求得系统的微分方程。什么是系统的数学模型？9.什么是小偏差线性化？这种方法能够解决哪类问题？将具有一个自变量的非线性函数，在其静态工作点展开成泰勒(Taylor)级数，然后略去二次以上的高阶项，得到线性化方程，用来代替原来的非线性函数。这种方法称为小偏差线性化。（，忽略二次以上高阶项，得到）这种方法可以解决非线性元件或系统的线性化数学模型问题。10.什么是传递函数？定义传递函数的前提条件是什么？为什么要附加这个条件？传递函数有什么特点？一，在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。二，附加条件为系统在零初始条件下运行，即t=0时，输入=0，输出也=0。三，因为控制系统可以用微分方程来表示，根据拉氏变换的微分性质，在零初始条件下，函数微分的拉氏变换就等于在原来函数的拉氏变换上乘以s的多次幂，次数就等于微分的阶数，那么将微分方程做拉氏变换就比较简单。但如果不是零初始条件，根据拉氏变换微分性质，要做拉氏变换的话还要考虑函数初值，这就比较麻烦。在实际的控制领域，大部分都是满足零初始条件的，所以就传递函数就直接定义在零初始条件下。四，特点：1.传递函数是在零初始条件下定义的，因而不能反映在非零初始条件下的系统运动状态。2.传递函数表示系统传递输入信号的能力，反映系统本身的动态性能。它只与系统的结构和参数有关，与外部作用等条件无关。3.同一个系统，当输入量和输出量的选择不相同时，可能会有不同的传递函数。4.不同的物理系统可以有相同的传递函数。5.一般有n≥m。11.什么系统的特征方程，阶数，零点，极点及放大系数？)(xfy00220002()1()()()()2!xxdfxdfxyfxxxxxdxdx)()()(000xxdxxdfxfyx1.特征方程。传递函数的分母就是系统的特征方程式。2.阶数。传递函数分母中s的最高阶数就是系统的阶数。3.极点。传递函数分母多项式的根称为系统的极点。4.零点。传递函数分子多项式的根称为系统的零点。5.放大系数。将传递函数写成时间常数形式时的系数。12.什么是系统动态结构图?并简述绘制过程。它的等效变换原则是什么?1.系统动态结构图：将系统中所有的环节用方框图表示，图中标明其传递函数，并且按照在系统中各环节之间的联系，将各方框图连接起来。2.系统动态结构图的绘制步骤：(1)首先按照系统的结构和工作原理，分解出各环节并写出它的传递函数。(2)绘出各环节的动态方框图，方框图中标明它的传递函数，并以箭头和字母符号表明其输入量和输出量，按照信号的传递方向把各方框图依次连接起来，就构成了系统结构图。3.（1）相加点从单元的输入移到输出端，应乘以单元内的传递函数。（2）相加点从单元的输出移到输入端，应除以单元内的传递函数。（3）分支点从单元的输入移到输出端，应除以单元内的传递函数。（4）分支点从单元的输出移到输入端，应乘以单元内的传递函数。13.什么是是系统的开环传递函数，什么是系统的闭环传递函数?当给定量和扰动量同时作用于系统时，如何计算系统输出量？1.系统的开环传递函数：闭环系统反馈信号与偏差信号的拉氏变换之比。2.系统的闭环传递函数：初始条件为零时，系统的输出量与输入量的拉氏变换之比。3.对于线性系统而言，可以对每一个输入量分别求出输出量然后在进行叠加，就得到系统的输出量。14.简述信号流图及系统动态结构图的作用。1.信号流图是一种用图线关系表示系统中信号流向的数学模型，完全包括了描述系统的所有信息及相互关系。通过运用梅逊增益公式可以简便，快速的求出系统的传递函数。2．动态结构图是传递函数的图解化，能够直观形象的表示出系统中信号的传递特性，有助于求解系统的各种传递函数，分析和研究系统。15.信号流图中的术语。(1)源点：只有输出支路的节点称为源点或称为输入节点。它一般表示系统的输入变量。(2)汇点：只有输入支路的节点称为汇点或称为输出节点。它一般表示系统的输出变量。(3)混合节点：既有输入支点又有输出支点的节点称为混合节点。(4)通路：从某一节点开始，沿支路箭头方向经过各相连支路到另一节点（或同一节点）构成的路径，称为通路。通路中各支路传输的乘积称为通路传输（通路增益）。(5)开通路：与任一节点相交不多于一次的通路称为开通路。(6)闭通路：如果通路的终点就是通路的起点，并且与任何其它节点相交不多于一次的通路称为闭通路或称为回环。(7)回环增益：回环中各支路传输的乘积称为回环增益。(8)前向通路：是指从源点开始并终止于汇点且与其他节点相交不多于一次的通路，该通路的各传输乘积称为前向通路增益。(9)不接触回环：如果信号流图有多个回环，各回环之间没有任何公共节点，就称为不接触回环，反之称为接触回环。16.阻尼比对二阶系统动态响应的影响。阻尼比是二阶系统的一个重要参量，由值的大小可以间接判断一个二阶系统的暂态品质。1.在过阻尼≥1情况下，暂态特性为单调变化曲线，没有超调和振荡，但调节时间较长，系统反应迟缓。2.当≤0时，输出量作等幅振荡或发散振荡，系统不能稳定工作。3.一般情况下，系统在欠阻尼01情况下工作。但是过小，则超调量大，振荡次数多，调节时间长，暂态品质差。17.系统的动态过程与系统的极点有什么对应关系1.系统的输出呈单调递增时系统极点在s左半平面的实轴上。2.系统的输出呈衰减振荡时系统的极点为一对共轭复根且在s左半平面上。3.系统的输出呈持续振荡时系统的极点s平面在虚轴上。4.系统的输出呈发散振荡时系统极点在s右半平面上。5.越远离虚轴的极点对系统动态过程影响越小。18.什么是主导极点？主导极点在系统分析中起什么作用？主导极点：系统中距离虚轴最近的极点，其实部小于其他极点的0.2倍的，且附近不存在零点。作用：系统中存在这一主导极点，可以认为系统的动态响应主要由该极点决定。如果在高阶系统中找到一对共轭主导极点，那么高阶系统就可以近似地当作二阶系统来分析。19.线性系统稳定性与什么有关?稳定是系统能正常工作的首要条件。线性系统的稳定性是系统的一种固有特性，它仅取决于系统的结构和参数，而与扰动信号的形式与大小无关。20.简述线性系统稳定的充分必要条件。充分必要条件：系统特征方程的根（即系统闭环传递函数的极点）全部为负实数或具有负实部的共轭复数，也就是所有的闭环特征根分布在S平面虚轴的左侧。21.简述劳斯判据内容。劳斯判据：系统特征方程的全部根都在S左半平面的充分必要条件是劳斯表的第1列系数全部是正数。方程在右半平面根的个数等于劳斯表中第1列各元改变符号的次数。22.简述稳态误差的概念及其类型在稳态条件下输出量的期望值与稳态值之间的差值，称为稳态误差。其大小是衡量系统稳态性能的重要指标。为了分析方便，把系统稳态误差分为扰动稳态误差和给定稳态误差。扰动稳态误差：由外扰而引起的，常用这一误差来衡量恒值系统的稳态品质。因为对于恒值系统，给定量是不变的。给定稳态误差:衡量随动系统稳态品质的指标。因为对于随动系统，给定量是变化的，要求输出量以一定的精度跟随给定量的变化。23.系统的稳态误差与什么有关？稳态误差是系统控制精度的度量，也是系统的一个重要性能指标。系统的稳态误差既与其结构和参数有关，也与控制信号的形式、大小和作用点有关。23.如何减小稳态误差？1.提高开环传递函数中的串联积分环节的阶次N。2.增大系统的开环放大系数Kk。3.为了进一步减小给定和扰动误差，可以采用补偿的方法，即前馈控制或复合控制。所谓补偿是指作用于控制对象的控制信号中，除了偏差信号外，还引入与扰动或给定量有关的补偿信号，以提高系统的控制精度。23.什么是根轨迹?系统开环传递函数的某个参数从零变化到无穷大时，闭环系统特征方程的根在S平面上的变化轨迹称为根轨迹。24.开环零点对系统根轨迹的影响？增加适当开环零点可使系统的根轨迹向左弯曲，并在趋向于附加零点的方向发生形变，设计得当可使系统的稳定性和动态性能指标得到显著改善。在随动系统中串联超前网络校正以及在过程控制系统中引入比例微分调节，均属于此种情况。25.开环极点对系统根轨迹的影响？1.如果高阶系统中距离虚轴最近的极点，其实部小于其他极点的1/5，并且附近不存在零点。可以认为系统的暂态响应主要由该点决定，即根轨迹决定于该点。2.一般可使根轨迹向右半s平面弯曲或移动，降低系统的相对稳定性，减小系统阻尼3.改变渐近线的倾角，截距，增加渐近线的条数。26.闭环零极点分别与什么有关？1.闭环零点由开环前向通道传递函数的零点和反馈通路的传递函数的极点组成。对于单位反馈系统，闭环零点就是开环零点。2.闭环极点与开环零极点以及根轨迹均有关。26.什么是偶极子？一对零极点，彼此很近，又非常靠近原点，且极点位于零点右边。称这样的零极点对为偶极点对或偶极子。27.偶极子的作用1.在系统中附加开环偶极子可以在基本保持系统的稳定性和动态响应性能不变的情况下显著改善系统的稳态性能。2.在随动系统的滞后校正中即采用这种方法来提高系统的稳态性能指标，在分析系统的动态性能指标时可近似认为它们相互抵消。28.根轨迹法分析系统的依据？线性系统的闭环极点即系统的