自动控制原理(2010级滇东发电厂 杜娟).doc

自动控制原理考查作业习题 （杜娟）1、 自动控制的目的。答：为了某种目的，应用控制装置自动地对设备中的某个（某些）物理量加以控制，使其保持不变，或者按一定的规律变化的一种技术手段。2、 说明什么是开环系统？什么是闭环系统？各有什么优缺点？答：（1）开环控制系统，信号只单方向从左到右传递，即信号只有从输入到输出一条前向通道，系统输出量对输入量没有影响。（2）闭环控制系统信号传递通道除了有前向通道（又称主通道）外，还有从输出端到输入端的反馈通道，使系统的输出量也参加控制作用。(3)优缺点：闭环系统的优点是能削弱或消除闭环内主通道上各环节参数变化或外部扰动对被控量的影响，可以构成精确的控制系统。但另一方面由于组成闭环系统的各环节存在惯性，传动链有间隙等因素，如果系统结构和参数选配不当，反馈将引起系统振荡，造成系统不能稳定工作。因此闭环控制系统存在稳定性问题，增加了系统分析的复杂性。而开环控制系统因为没有反馈作用，无法克服扰动对被控量的影响，因此不适应高精度控制系统的要求。由于开环控制系统不必被控量进行测量反馈，结构较闭环系统简单，稳定性问题也容易解决。3、 自动控制系统的基本环节及其作用。答：（1）控制对象 指要进行控制的设备或过程。 （2）反馈环节 用来检测被控量，并将其变换为与给定量相同的物理量。 （3）比较环节 对给定量与反馈量进行比较的装置或线路。 （4）执行环节 一般由传动装置和调节机构组成，它将校正环节来的信号经放大，变换后直接作用于控制对象，使被控量达到所要求的数值。 （5）校正环节 为改善系统特性而附加的装置。4、 简述炉温控制系统的原理（炉温恒定）。答：假定炉温已达到给定值，经事先整定，这时反馈电压应等于给定电压，放大器B输出电压等于零，执行电机静止不动，调压器滑动臂处在某一位置，使调压器提供的电能维持炉温在规定的状态。如果系统受到扰动，使炉温下降，将导致反馈电压下降，这时因给定电压没变，则偏差电压大于零，经放大器放大后，使执行电机转动并带动调压器向增加调压器输出电压的方向转动，从而使调压器提供的电能让炉温回升，直到炉温等于给定炉温为止。反之，如果扰动使炉温升高了，则反馈电压随之增大，偏差电压小于零，执行电机反转并带动调压器向降低输出电压的方向转动，从而使炉温下降，直至等于给定炉温为止。5、 用解析法建立微分方程的一般步骤。答：（1）确定环节（或系统）的输入量输出量，选取必要的中间变量。 （2）从输入端开始，根据决定各变量之间相互关系的物理、化学定律，一一写出含有相关变量的微分方程式，对于非本质的非线性环节，用小偏差法进行线性化处理后，得到线性化得微分方程。 （3）消去中间变量，写出只含有输入、输出变量的微分方程。 （4）将结果标准化。6、 传递函数的定义。答：线性定常系统（或环节）的传递函数G（s）是在零值初始条件下，输出量c（t）的拉式变换C（s）与输入量r（t）的拉式变换R（s）之比，记为：G（s）=7、 写出几个典型环节的传递函数。（比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节、延滞环节）答：比例环节传递函数：G（s）=K惯性环节传递函数：G（s）=积分环节传递函数：G（s）=微分环节传递函数：G（s）=振荡环节传递函数：G（s）=延滞环节传递函数：G（s）=8、 线性系统稳定性的概念。答：一个线性系统正常工作的首要条件，就是它必须是稳定的。所谓稳定性，是指系统受到扰动作用后偏离原来的平衡状态，在扰动作用消失后，经过一段过度过程时间能否回复到原来的平衡状态或足够准确地回到原来的平衡状态的性能，若系统能恢复到原来的平衡状态，则称系统是稳定的，若扰动小时候系统不能恢复到原来的平衡状态，则系统是不稳定的。9、 线性系统稳定的充要条件。答：线性系统稳定的分必要条件是：系统特征方程式所有的根即闭环传递函数的极点全部为负实数或为具有负实部的共轭复数，也就是所有的极点分布在s平面虚实轴的左侧。10、 根轨迹的定义。答：根据开环零、极点在S平面上的分布，作出闭环极点随参数变化的轨迹就是根轨迹。11、 绘制根轨迹的基本规则。答：一、根轨迹的起点和终点； 二、根轨迹的分支数；三、根轨迹的对称性； 四、实轴上的根轨迹；五、根轨迹的渐近线； 六、根轨迹的分离点与会合点；七、根轨迹的入射角和出射角； 八、根轨迹与虚轴的交点；九、根之和。12、 用根轨迹法分析系统的一般步骤。答：1、根据系统工作原理和结构参数，求出系统的数学模型-传递函数。2、根据该系统的开环传递函数绘制系统的根轨迹图。3、分析根轨迹图，估计系统开环增益K或其他参数对闭环极点、零点分布的影响，当参数一定时，确定闭环系统的零点和极点的位置。4、计算或估计系统暂态性能指标。对于高阶系统要尽可能准确地找出它的闭环主导极点，用主导极点估算系统的暂态性能指标。13、 简述频率特性的定义。答：对于一个线性定常的稳定系统，在它的输入端加入一个振幅为Ar，角频率为和初相角为的正弦信号，那么经过一段过度过程而达到稳态后，系统的输出端也将输出一同频率的正弦信号，只是振幅Ao和初相角将有所改变。改变输入正弦信号的角频率，则同频率输出的正弦信号的振幅和初相也跟着改变。因此利用电工原理中表示正弦量的“相量”概念，可以得到如下一个定义式 其中：称为系统的频率特性，它表示了系统在正弦量的作用下，稳态输出的振幅、相位随频率变化的关系。14、 简述奈氏判据。答：根据函数画出频率特性的极坐标图，由图中极点、零点数的差值N来判定系统是否稳定。当开环系统稳定时，若N=0，则闭环系统稳定；当开环系统部稳定时，当N=-p/2时，闭环系统稳定，p为极点数。15、 说明什么是O型系统、型系统、型系统。答：开环系统的Bode图起始段曲线为水平线的系统称为O型系统；开环系统的Bode图起始段曲线的斜率为-20dB/dec，且在的高度为的系统称为型系统；开环系统的Bode图起始段曲线的斜率为-40dB/dec，且在的高度为的系统称为型系统。16、 利用频率法进行系统分析的步骤。答：1、使用实验的方法求出系统（或环节）的开环频率特性的Bode图或由已知的系统开环传递函数求出其开环频率特性，再进一步画出Bode图。 2、根据已求得的Bode图分析系统的稳定性；确定稳定的幅值裕量Lg和相角裕量y;确定传递系数；或利用Bode图画出闭环频率特性曲线，并进而求出谐振频率、谐振峰值、宽带等频域指标。 3、根据已求得的参数或频域指标，结合标准的图表或经验公式就可求出该系统的时域性能指标。17、 利用频率法进行系统分析的特点。答：1、无需求解系统闭环传递函数的特征方程，而用一些较为简单的图解法，就可讨论分析系统的各种性能及其指标；而且还可以根据工程所要求的时域性能指标来哦设计控制系统；它只对系统的开环特性进行研究，即可分析闭环系统的各种性能。 2、频率法采用的数学模型是系统的“频率特性”，这种模型可用实验的方法建立，因此对一些复杂系统的研究是很有实用价值的。 3、对于二阶系统，“频域-时域”有确定的对应关系，因此用这种关系也可以解决高阶系统的近似分析问题。 4、频率法还可用于某些非线性系统的分析。18、 什么是最小相位系统。答：在右半s开平面上没有零 、极点和延迟环节的系统为最小相位系统，反之则称为非最小相位系统。具有相同幅值特性的两个系统，最小相位系统的相位变化是最小的。19、 系统的校正方式有哪些，其作用各是什么。答：1、串联校正，其作用是将校正装置串联于向前通道