控制工程基础简答题

1 1 何谓控制系统 开环系统与闭环系统有哪些区别 控制系统是指系统的输出能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的 开环 系统构造简单 不存在不稳定问题 输出量不用测量 闭环系统有反馈 控制 精度高 结构复杂 设计时需要校核稳定性 2 什么叫相位欲量 什么叫幅值裕量 相位裕量是指在乃奎斯特图上 从原点到乃奎斯特图与单位圆的交点连一直线 该直线与负实轴的夹角 幅值裕量是指在乃奎斯特图上 乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数 3 试写出 PID 控制器的传递函数 kp kD KI s 4 什么叫校正 或补偿 所谓校正 就是指在系统中增加新的环节或改变某些参数 以改善系统性能的 方法 5 请简述顺馈校正的特点 顺馈校正的特点是在干扰引起误差之前就对它进行近视补偿 以便及时消除干 扰的影响 6 传递函数的主要特点有哪些 传递函数反映系统本身的动态特性 只与本身参数结构有关 与外界输入无关 对于物理可实现系统 传递函数分母中 s 的阶数必不少于分子中 s 的阶数 传 递函数不说明系统的物理结构 不同的物理结构系统 只要他们的动态特性相 同 其传递函数相同 7 机械控制工程主要研究并解决的问题是什么 当系统已定 并且输入知道时 求出系统的输出 并通过输出来研究系统本身 的有关问题 即系统分析 当系统已定 且系统的输出也已给出 要确定系统的输入应使输出尽可能符合 给定的最佳要求 即系统的最优控制 当输入已知 且输出也已给定时 确定系统应使得输出尽可能符合给定的最佳 要求 即最优设计 2 当系统的输入与输出均已知时 求出系统的结构与参数 即建立系统的数学模 型 即系统的识别 当系统已定 输出已知时 以识别输入或输入中的有关信息 即滤液与预测 8 在系统校正中 常用的性能指标有哪些 时域性能指标 包括瞬态响应指标 即上升时间 峰值时间 最大超调量 调 整时间 和稳态性能指标 即稳态误差 频域性能指标 包括相位裕量 幅值裕量 截止频率 带宽 9 求拉氏变换的方法有哪些 1 查表法 2 有理函数法 3 部分分式法 10 简述二阶欠阻尼系数 Wn 与性能指标 MP 超调量 Ts 调整时间 的 关系 二阶欠阻尼系统若 不变 增大 或减小 Wn 则超调量 MP 不变 调整时间 Ts 减小 或增大 若 Wn 不变 增大 或减小 则超调量 MP 减小 或 增大 调整时间 Ts 减小 或增大 11 简述串联超调校正环节的作用 作用 串联超前校正环节增大了相位裕量 加大了带宽 这就意味着提高了系 统的相对稳定性 加快了系统的响应速度 使过渡过程得到了显著改善 但由 于系统的增益和型次都未变化 所以稳态精度变化不大 13 终值定理的应用条件是什么 若函数 f t 及其一阶导数都是可拉氏变换的 并且除在原点处唯一的极点外 sF s 在包含 jw 轴的右半平面内是解析的 这就意味着当 t 时 f t 趋近于一个确定的值 则函数 f t 的终值为 limt f t limF s s o 14 什么叫系统分析 当系统已定 并且输入知道时 求出系统的输出响应 并通过输出来研究系统 本身的有关问题 即系统分析 15 对数坐标图的主要优点有哪些 可以将幅值相乘转化为幅值相加 便于绘制多个环节组成的系统的对数频率特 性图 3 可以采用渐近线近视的作图方法绘制对数幅频图 简单方便 尤其是在控制系 统设计 校正及系统识别等方面 优点更为突出对数分度有效地扩展了频数范 围 尤其是低频段的扩展 对工程系统设计具有重要意思 16 简述拉氏变换中部分分式法的步骤 部分分式法是通过代数运算 先将一个复杂的象函数化为数个简单的部分分式 之和 再分别求出各个分式的原函数 总的原函数即可求得 17 请写出超前校正装置的传递函数 如果将它用于串联校正 可以改善系 统的什么性能 GC S 1 Ts 1 1 可增加相位欲度 调整频带宽度 Ts 1 18 影响系统稳态误差的因数有哪些 影响系统稳态误差的因数有系统的类型 开环增益和输入信号 19 什么叫机械系统的动软度和动刚度 若机械系统的输入为力 输出为位移 则机械系统的频率特性就是机械系统的 动柔度 机械系统的频率特性的倒数就是机械系统的动刚度 20 对控制系统的基本要求是什么 对控制系统的基本要求有系统的稳定性 响应的快速性和响应的准确性 其中 系统的稳定性是控制系统工作的首要条件 在参数已知的情况下分析和评价系 统的稳定性 快速性和准确性 21 什么是数学模型 数学模型是系统动态特性的数学表达式 建立数学模型是分析 研究一个动态 系统特性的前提 一个合理的数学模型应以最简化的形式 准确地描述系统的 动态特性 22 线性系统的主要特征是什么 若系统的数学模型表达式是线性的 则这种系统就是线性系统 线性系统重要 的特征是可以运用叠加原理 所谓叠加原理 就是系统在几个外加力作用下所 产生的相应 等于各个外加作用单独作用的响应之和 23 简述系统时间响应的概念 机械工程系统在外加力作用激励下其输出量随时间变化的函数关系称之为系统 的时间响应 通过时间响应的分析可以揭示系统本身的动态特性 4 24 在频率特性的图形表示方法中 常用的方法有哪几种 共有三种 对数 坐标图或称伯德图极坐标图或称乃奎斯特图对数幅 相图 25 判断定常系统是否稳定的方法有哪几种 劳斯判据 胡尔维茨判据 乃奎斯特稳定性判据 根轨迹法 26 反馈校正和串联校正相比 所具有的有点是那些 利用反馈能有效地改变被包围环节的动态结构参数 甚至在一定条件下能用反 馈完全取代包围环节 从而大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰 给系统带来的不利影响 27 什么是反馈 包括正反馈和负反馈 所谓信息的反馈 就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变化后全 部或部分地返回 再输入到系统中去 如果反馈回去的信号与原系统的输入信 号的方向相反 或相位差 180 则称之为 负反馈 如果方向或相位相同 则称之为 正反馈 28 劳斯 胡尔维茨稳定性判据的根据是什么 利用特征方程式的根与系数的代数关系 由特征方程中的已知系数间接判断出 方程的根是否具有负实部 从而判定系统是否稳定 29 采用何种方式可以同时减少或消除控制输入和干扰作用下的稳态误差 在干扰作用点至系统输入口的前向通道中 提高增益和设置积分环节 31 系统的频域性能指标有那些 相位裕量 幅值裕量 截止频率及频宽 谐振频率和谐振峰值 32 频率特性和传递函数的关系是什么 若系统的传递函数为 G s 则相应系统的频率特性为 G jw 即将传递函数 中的 s 用 jw 替代 33 请写出滞后校正装置的传递函数 如果将它用于串联校正 可以改善系 统的什么性能 G s Ts 1 aTs 1 提高系统的稳态精度 34 什么是系统频率特性的截止频率 系统闭环频率特性的幅值下降到其零频率幅值以下 3dB 时的频率 5 35 系统时间响应的瞬时响应反映哪方面的性能 而稳态响应反映哪方面的 性能 瞬态响应反映了系统的稳定性和响应的快速性等方面的性能 而稳态响应反映 了系统响应的准确性 36 当系统的阻尼比满足什么条件时 二阶系统特征方程的根为两个不相等 的负实根 二阶系统的特征方程为 s2 2 wn wn2 0 特征根为 s1 2 wn wn2 1 要使根 具有两个不相等的负实根 必须满足 wn 0 2 1 0 1 37 请简述拉斯变换的卷积定理 f t g d F s G s 若 F S L f t G S L g t 则有 L 0 t 式中 0f t g d f t g t 称作 f t 和 g t 的卷积 38 已知零初始条件下某系统的单位脉冲响应 能否求出该系统的闭环传递 函数 若可以 如何求 可以 将零初始条件下单位脉冲响应求拉斯变换即为该系统的闭环传递函数 39 控制系统稳定性的定义是什么 系统在受到外界扰动作用时 其被控制量将偏离平衡位置 当这个扰动作用去 除后 若系统在足够长的时间内能恢复到其原来平衡状态或者趋于一个给定的 新的平衡状态 则该系统是稳定的 40 试从控制的观点分析反馈校正的特点 反馈校正能有效地改变被包围环节的动态结构参数 甚至在一定条件下能用反 馈校正完全取代包围环节 从而大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种 干扰给系统带来的不利影响 41 实现校正的方式有哪几种 t 串联校正 并联校正和 PID 校正 1 已知零初始条件下某系统的单位脉冲响应 能否求出该系统闭环传递函数 如何求 答 可以 将零初始条件下单位脉冲响应求出拉氏变换即为该系统的闭环传递 函数 6 2 一阶系统的闭环极点越靠近 S 平面原点 其单位阶跃响应速度应越快还是越 慢 为什么 答 一阶系统越靠近 S 平面原点 其阶跃响应速度越慢 3 什么是主导极点 答 主导极点就是所有闭环极点中距离轴最近的 而且周围也没有其他闭环零 点的闭环极点 主导极点对系统的响应起主导作用 4 采用何种方式可以同时减小或消除控制输入和干扰作用下的稳态误差 答 为了降低由扰动引起的误差 可以增大扰动作用点前面的传递函数 G 0 的值 也可以再扰动点前加入积分环节 5 最小相位系统和非最小相位系统的频率特性有何异同 答 两者的幅值频 率相同 但是相位频率不通 非最小相位系统的相角变化绝对值比最小相位系统的相角变化绝对值大 6 简述相位超前 相位滞后校正的优缺点是什么 答 相位超前校正 加快系统响应速度 提高系统稳定性 稳态精 度变化不大 相位滞后校正 提高稳态精度 提高系统稳定性 降低了系统响应速度 7 试阐述绘制伯德图的一般方法步骤 答 1 有传递函数求出频率特性并将其化为典型环节特性相乘的形式 2