工程控制基础3简答题

1、1、什么是反馈？为什么要进行反馈控制？答：反馈是指人们为了达到一定的目的，有意加入的反馈，闭环控制系统的工作是基于系统的实际输出与输入间的偏差之上的，在系统存在扰动的情况下，这种偏差就会出现。进行适当的反馈控制正好能检测出这种偏差，并力图减小这种偏差，而最终使得偏差为零，事实上，反馈控制仅仅需为无法预计的扰动设计，因为对可以预知的扰动，总可以在系统中加以校正。2、什么是系统？什么是线性系统？答：系统是由相互联系，相互作用的若干部分构成而且有一定的目的或一定的运动规律的一个整体；当系统的数学模型能用线性微分方程描述时，系统称为线性系统。3、系统稳定性的定义是什么？答：系统的稳定性是指系统在初始状

2、态的作用下，由它引起的系统的时间响应随时间的推移，逐渐衰减并趋向与零的能力。若随时间的推移，系统能回到平衡位置，则系统是稳定的；若随时间的推移，系统偏离平衡位置愈来愈远，则系统是不稳定的。1什么是自动控制？ 就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量(输出量)准确地按照给定的规律(输入量)运行或变化。2控制系统的基本要求有哪些？控制系统的基本要求可归结为稳定性；准确性和快速性。 3什么是自动控制系统？指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。它一般由控制装置和被控制对象组成4反馈控制系统是指什么反馈？反馈控制系统是指负反馈。 5什么是反馈？什么是正反馈？什

3、么是负反馈？ 反馈信号(或称反馈)：从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这就是反馈信号。当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。反之，符号相反抵消输入信号作用时叫负反馈。6什么叫做反馈控制系统 系统输出全部或部分地返回到输入端，此类系统称为反馈控制系统（或闭环控制系统）。7控制系统按其结构可分为哪3类？控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。8举例说明什么是随动系统。 这种系统的控制作用是时间的未知函数，即给定量的变化规律是事先不能确定的，而输出量能够准确、迅速的复现给定量(即输入量)的变化，这样的系统称之为

4、随动系统。随动系统应用极广，如雷达自动跟踪系统，火炮自动瞄准系统，各种电信号笔记录仪等等。9自动控制技术具有什么优点？ 极大地提高了劳动生产率； 提高了产品的质量； 减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动； 由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程则因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用10对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加某一给定值时，输出量的暂态过程可能有几种情况？单调过程 衰减振荡过程 持续振荡过程 发散振荡

5、过程 1什么是数学模型？描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式叫做系统的数学模型。正确2建立控制系统数学模型的主要方法哪些？建立控制系统数学模型的主要方法有解析法和实验法。3什么是系统的传递函数？在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统（或元件）的传递函数。 4单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则其闭环传递函数是什么？单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则闭环传递函数为 5二阶闭环系统传递函数标准型是什么？其中的变量有什么含义？二阶闭环系统传递函数标准型为，其中称为系统的阻尼比，为无阻尼自振荡角频率。6微分环节和积分环节的传递函数表达式各是什么？

6、微分环节：。 积分环节 7振荡环节包含两种形式的储能元件，并且所储存的能量相互转换，输出量具有振荡的性质。设振荡环节的输出量为xc，输入量为xr，其运动方程式和传递函数是什么？运动方程式为其传递函数为1. 单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是什么？ 单位斜坡函数的拉氏变换结果是什么？单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是 。 单位斜坡函数的拉氏变换结果是。2什么是极点和零点？传递函数分母多项式的根被称为系统的极点，分子多项式的根被称为系统的零点3. 某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线有什么特点？单调上升4什么叫做二阶系统的临界阻尼？画图说明临界阻尼条件下二阶系统的输出曲线

7、。 临界阻尼(=1)，c(t)为一无超调的单调上升曲线，如图所示。5动态性能指标通常有哪几项？如何理解这些指标？延迟时间 阶跃响应第一次达到终值的50所需的时间。上升时间 阶跃响应从终值的10上升到终值的90所需的时间；对有振荡的系统，也可定义为从0到第一次达到终值所需的时间。峰值时间 阶跃响应越过稳态值达到第一个峰值所需的时间。调节时间 阶跃响到达并保持在终值误差带内所需的最短时间；有时也用终值的误差带来定义调节时间。超调量 峰值超出终值的百分比，即 6劳斯稳定判据能判断什么系统的稳定性？劳斯稳定判据能判断线性定常系统的稳定性。7一阶系统的阶跃响应有什么特点？当时间t满足什么条件时响应值与稳

8、态值之间的误差将小于52%。？由于一阶系统的阶跃响应没有超调量，所有其性能指标主要是调节时间，它表征系统过渡过程的快慢。当t3T或4T时，响应值与稳态值之间的误差将小于52%。显然系统的时间常数T越小，调节时间越小，响应曲线很快就能接近稳态值。8在欠阻尼的情况下，二阶系统的单位阶跃响应有什么特点？在欠阻尼的情况下，二阶系统的单位阶跃响应为一振幅按指数规律衰减的简谐振荡时间函数。9阻尼比0时的二阶系统有什么特点？0时的二阶系统都是不稳定的10已知系统闭环传递函数为：则系统的、n及性能指标、ts（5）各是多少？0.707 n2 4.3 ts（5）2.1（s） 简述频谱分析在测试工作中的意义：时域分

9、析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量的大小。频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号变换成频域信号，从而帮助人们分析信号的频率组成和各频率分量大小，了解信号特征。信号的频谱代表了信号在不同频谱分量处信号成分的大小，它能够提供比时域分析更直观更丰富的信息；一般仪表用精度等级来表征仪器测量的准确性，如普通万用表的级别是2.5级，说明它的具体含义：精度K定义为：K%=最大允许误差、量程*100%；精度为2.5说明测量结果最大误差不超过仪表（或传感器）满量程的2.5%什么是回程误差（迟滞）？简述产生的原因：测试系统输入由小到大和由大到小变化时，

10、对应某一个输入有两个不同的输出，这种现象称为迟滞，载满量程范围内，输出差值的最大值称为回程误差；1、磁性元件的磁滞现象2、机械元件的间隙和摩擦力3、电子元件的饱和显现和累积效应简述测试装置的选用原则：输出-输入之间要满足线性单值关系，还要满足以下特性：1、静态特性：具有较高的线性度合适的灵敏度较高的分辨率较小的回程误差2、在测量范围内要满足不是真3、稳定性和可靠性要高4、有较高的性能价格比传感器的分类和选用原则：按被测量物理量分、按工作的物理基础分、按信号变换特征分、按敏感元件与被测对象之间的能量关系分、按输出信号分；合适的灵敏度、响应特性满足不是真测量条件、有一定的线性范围、要有可靠性、精确

11、度、根据测量方法选择、还应该结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修更换不失真测量：设有一测量装置，器输出y(t)和输入x(t)满足一下关系：y(t)=，其中、都是常数。此式表明这个装置输出的波形和输入的波形精确地一致，只是幅值放大了倍和在时间上延迟了而已。对上式做傅里叶变换，且满足什么是负载效应？如何减小负载效应？某装置由于后接另一装置而产生的种种现象，称为负载效应。1、 提高负载阻抗2、在原来两个相连接的环节之中，插入高输入阻抗，低输出阻抗的放大器3、使用反馈或零点测量原理是后面环节几乎不能从前面环节吸取能量，例如用电位差计量点烟等对于实用的应变测量电路，为什么在电路中需要增加电阻调节

12、和电容调节？实用的应变测量电路为纯电阻电桥采用交流电源，这时导线与导线之间存在分布电容，相当于在各臂上并联一个电容，为调节电桥平衡，在桥路中需增电容平衡调节；电阻值虽然在选择时尽量做到相等，但实际的电阻值总会有误差，为此需增加电阻平衡调节电器式传感器包括哪几种，各自的工作原理如何？电阻式、电感式、电容式；电阻式：把被测量转换为电阻变化。电感式：把被测量转换为电感变化。电容式：把被测量转换为电容变化测试系统：传感器+中间变换装置+传输处理+显示记录装置测量按测量值获得方法分类：直接测量：指无需经过函数关系计算，直接通过测量仪得到被测量量（等精度+不等精度）；间接测量：在直接测量值基础上，根据已知

13、函数关系计算被测量的测量；组合测量：将直接测量或间接测量与被测量值之间按已知关系组合成一组方程，通过解方程得到被测值的方法信号采样和截断的过程是怎样实现的，结果如何？采样就是对时间历程x(t)进行等时间距离的信号摘取，以便于计算机的存储和计算分析。而因为计算机只能对有限长度的信号进行处理。所以必须截断过长的信号时间历程x（t），即对信号加窗，所加窗宽为T的矩形窗函数w（t），其傅里叶变换W（f）是一个无限带宽的超样函数（sinc）；采用矩形窗函数截断采样信号，就是采样信号就是将采样信号x(t)s(t),乘以时域有限宽矩形窗函数w（t）；其时域和频域数学描述为：x(t)s(t)w(t) X(f)

14、*S(f)*W(f)什么是调制和解调？为什么要调制？所谓调制就是在调制信号（低频）的控制下，使载波信号的某些参数（幅值、相位、频率）发生变化的过程。解调就是从已调制波中恢复出调制信号的过程；一般被测量如力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些低频微弱信号。经过调制后采用交流放大，比直接采用直流放大效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。在机械工程中常见的有哪些参数的测量？应力、应变、扭矩、振动信号、声强、声发射测量、位移、速度、加速度、流量、压力周期信号频谱具有哪几个特点？周期信号的频谱是离散的；每条普贤只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是各分量频率的公约数；各频率分量的谱线告

15、诉表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此在频谱分析中没有必要取那些次数过高的谐波分量。信号分析和处理必须遵循的原则有哪几点？各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系，并尽量不失真；尽可能减小或消除各种干扰通常情况下，传感器的输出信号都很微弱，必须经过放大电路放大后才便于后续处理，为了保证测量精度的要求，放大电路应具有如下性能：足够的放大倍数；高输入阻抗，低输出阻抗；高共模抑制能力；低温漂、低噪声、低失调电压和电流测量误差：分类：系统、随机、粗大；表示方法：绝对误差+相对误差+引用误差+分贝误差。表示可信度的术语：准确度、精密度、

16、正确度、不确定度；什么是频率响应函数？它和传递函数有何关系？线性定常系统在简谐信号的 激励下其稳态输出信号与输入信号的幅值之比为幅频,相位之差为相频,为频率响应函数；频率响应函数是在频率域中描述系统特性，而传递函数是在复数域中描述系统的特性；频率响应函数是由传递函数推导出来的信号处理的目的和方法：提高信噪比、提取有用特征信号、修正误差；方法：模拟信号处理+数字信号处理数字信号处理步骤：预处理+A/D转换+处理+显示数字化出现的问题：时域采样+混叠+量化误差、截断、泄露采样定理：为了避免混叠以使采样处理后仍有可能准确地恢复其原信号，采样频率必须大于最高频率的两倍，即.在实际工作中，考虑到实际滤波

17、器不可能有理想截止特性，在截止频率之后总有一定的过渡带，故采样频率通常选为（34）。此外，从理论上说，任何低通滤波器都不可能把高频噪声完全衰减干净，因此也不可能彻底消除混叠混叠：定义：如果采样间隔太大，那么移至各采样脉冲所在处的频谱X(f)就会有一部分相互交叠，新和成的X(f)*S(f)图形与原X(f)不一致。措施：1.信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点？（4分）答： 各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系，并尽量不失真； 尽可能减小或消除各种干扰。2.周期信号的频谱具有哪几个特点？（6分）答： 周期信号的频谱是离散的。 每条谱线只出现在基波频率的整倍数上，基波频率是各分量频率的公约

18、数。 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此，在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。3.现有电阻和，电感L和电容C，连结成四臂交流电桥，试画出能满足电桥平衡的正确接桥方法，并写出该电桥的平衡条件。（设激励为，输出为）。（5分）答：正确的接桥方法如图所示：（3）电桥的平衡条件是：（2）4.有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在半桥上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？（5分）答：不能提高灵敏度。因为半桥双臂时，其输出电压为：（2）当量桥臂各

19、串联电阻应变片时，其电阻的相对变化量为（2）即仍然没有发生变化，故灵敏度不变。要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连接。这时。（1）5.什么是调制和解调？为什么要调制？（5分）答：所谓调制，就是在调制信号（测试信号）的控制下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅值、频率、相位）发生变化的过程。（2）解调，就是从已调制波中恢复出调制信号的过程一般的被测量，如力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些缓变的电信号。（1）经过调制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。（2）6.在机械工程中常见的有哪些参数的测量？（5分）答：在机械工程的测试过程中，常

20、见的参数测量有：应力的测量；应变的测量；扭矩的测量、振动信号的测量；声强测量；声发射测量；位移的测量；流量的测量；压力的测量等。（每一种0.5分）6.测量按测量值获得的方法进行分类有哪些？（6）答：直接测量指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值得测量。（等精度直接测量和不等精度直接测量）；（2）间接测量指在直接测量值的基础上，根据已知函数关系，计算被测量的量值的测量；（2）组合测量指将直接测量或间接测量与被测量值之间按已知关系组合成一组方程（函数关系），通过解方程组得到被测值得方法。（2）7.重复性误差和迟滞误差有何区别? （6）答：重复性是指测试装置在输入按同一方向做全量程连续

21、多次变动时，所得特性曲线不一致的程度。一般来说正行程的最大重复性偏差为，反行程的最大重复性偏差为，重复性误差取这两个最大偏差中的较大者，再以满量程输出的百分数表示。即（3）迟滞是测试装置在正反行程中输入输出曲线的不重合程度。即式中，是正反行程间，对于同一输入虽的最大差值。（3）11.电器式传感器包括哪几种，各自的工作原理如何？（5）答：包括电阻式、电感式、电容式三种。电阻式传感器工作原理：把被测量转换为电阻变化的一种装置；（2）电感式传感器工作原理：把被测量如位移转换为电感量变化的一种装置；（2）电容式传感器工作原理：把被测物理量转换为电容量变化的一种装置。（1）1、 差动型变磁阻式电感传感器

22、在使用时常把两个线圈接在电桥的两个相邻桥臂中，试问：（1）此电桥需接入何种激励电压？高频正弦电压（2）该电桥的输出电压是何波形？高频正弦波的幅值随传感器输出波的变化而变化（3）输出电压的幅值与传感器的什么量有关？灵敏度（4）输出电压大小能否反映被测量的方向？欲知被测量的方向，测量电路中应带有什么环节?不能，在测量电路之后接入差动相敏检波电路2、 在用应变仪测量机构的应力，应变时，如何消除由于温度变化所产生的影响？利用电桥的和差特性，将两片应变片分别接到测量机构的相对面上，并接入电桥中相邻的桥臂上，使得由于温度变化而导致的输出电压无用值相互抵消。3、把一个变阻器式传感器按如图接线，它的输入量是什么？输出量是什么？在什么条件下，它的输出量与输入量之间有较好的线性关系？ 输入量是被测量的位移。输出量是电压值。只有当变阻器 的最大电阻值与后接电路的输入电阻比值趋于0时，它的输出量与输入量之间有较好的线性关系4、金属电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何特点？前者是利用导体形变引起阻值变化，后者是利用半导体电阻率变化引起阻值变化。金属电阻丝应变片稳定性和温度特性好，但灵敏度系数小。 半导体应变片应变灵敏度大；体积小；能制成具有一定应变电阻的元件，但温度稳定性和可重复性不如金属应变