一、单项选择题5. 某系统的结构图如下图所示,当输入信号r(t)=2sint时______。
A.系统的闭环频率特性Φ(jω)=1/jω
B.系统的闭环频率特性Φ(jω)=1/(jω+1)
C.系统的稳态输出
D.系统的稳态输出
E.系统的稳态输出
A B C D E
C
[解析] 系统闭环传递函数为
令s=jω,得
当ω=1时,代入可得
由频率特性可得
。故选择C。
11. 系统的传递函数是
则使系统状态完全能控能观的参数a的取值为______。
- A.a≠1且a≠2且a≠3
- B.a≠1或a≠2或a≠3
- C.a=1且a=2且a=3
- D.a=1或a=2或a=3
A B C D
A
[解析] 系统的微分方程为
故其状态空间表达式为:
y=[a 1 0]x
能控性判别矩阵
满秩,系统完全能控;能观性判别矩阵
满秩,系统完全能观。故|Q
o|=-6(a+1)(a+2)(a+3)≠0,即a≠1且a≠2且a≠3,该系统完全能控能观。
16. 下面四个控制器的传递函数中,哪一个是滞后一超前控制器?______
A.
B.
C.
D.
A B C D
A
[解析] 滞后-超前校正装置传递函数为:
,(a>1)。选项A中,T
a=1,T
b=0.1,a=5,符合要求,是滞后-超前校正装置。其中,该校正装置的滞后部分为(1+s)/(5s+1),超前部分为(1+0.1s)/(1+0.02s)。
三、填空题2. 已知一线性定常系统的传递函数为G(s)=1/(Ts+1),则当输入信号为r(t)=Asinωt时,此系统的稳态输出为______。
[解析]
当输入信号为r(t)=Asinωt时,输出为
3. 在三频段理论中,低频段决定系统的______,中频段决定系统的______,高频段决定系统的______。
稳态性能;动态性能;抗干扰性能
[解析] 系统的低频特性决定系统的稳定精度,中频段决定系统的快速性,高频段决定了系统抗高频噪声干扰的能力。
4. 离散系统的脉冲传递函数为
,则系统输出C(nT)在前两个采样时刻的值为C(0)=______,C(T)=______。
1;27
[解析] 用长除法脉冲传递函数为
,做z反变换得C(z)=1+27z
-1-675.6z
-2+…,C(nT)对应为级数各项系数,故C(0)=1,C(T)=27。
5. PI控制规律的时域表达式是______。PID控制规律的传递函数表达式是______。
(或
);
G
c(s)=K
p[1+1/(T
is)+τs](或K
p+K
i/s+K
ds)
[解析] PI控制规律包括比例环节和积分环节,故其时域表达式为
PID控制规律包括比例环节、积分环节和微分环节,故时域表达式为
拉氏变换得传递函数表达式为G
c(s)=K
p[1+1/(T
is)+τs]。
6. 根轨迹起始于______,终止于______。
7. 一阶惯性环节G(s)=1/(Ts+1)的过渡过程时间t
s(Δ=0.5)≈______。
3T
[解析]
令h(t
s)=0.95,得t
s=-Tln0.05=3T。
8. 当系统的输入信号为单位斜坡函数时,______型以上的系统,才能使系统的稳态误差为零。
Ⅰ
[解析] 当系统的输入信号为单位斜坡函数时,Ⅰ、Ⅱ型系统的稳态误差为零。
9. 由于状态能完整地表征系统的动态行为,因而利用状态反馈时,其信息量大且完整,而输出反馈仅利用了______进行反馈,其信息量较小。但是,由于输出反馈所用的______实现起来比较方便。
部分状态变量;反馈变量可以直接得到
[解析] 现代控制理论采用系统内部的状态变量来描述系统,因此除了以输出变量构成反馈的形式外,还可以采用状态反馈。系统状态可以完全表征系统结构的信息,而输出反馈仅利用了系统输出这部分状态进行反馈,故状态反馈的信息量比输出反馈更多更全。由于系统输出量比状态变量更容易测量,输出反馈则更容易实际实现。
10. 在反馈控制系统中,设置______或______可以消除或减小稳态误差。
开环增益;提升系统型次
[解析] 消除或减小稳态误差的措施:①增大系统开环增益或扰动作用点之前系统的前向通道增益;②在系统前向通道或主反馈通道中设置串联积分环节,即提高系统型次;③串级控制抑制内回路扰动,适用于精度较高的系统;④采用复合控制方法。
四、问答题1. 自动控制系统为什么要采用闭环形式?
对于一个控制系统,可能存在各种内、外扰动影响系统的输出,使被控量偏离期望值而出现偏差。闭环控制方式是按偏差进行控制的,其特点:是无论什么原因,当使被控量偏离期望值而出现偏差时,必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差,使被控量与期望值趋于一致。按闭环控制方式组成的反馈控制系统,具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力,有较高的控制精度。
2. 试简述控制理论的基本任务。
自动控制是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动按照预定的规律运行。控制理论主要是研究自动控制系统的分析和设计问题,包括经典控制理论和现代控制理论。
3. 画出负反馈控制系统的组成框图,并说明各环节的作用。
负反馈控制系统的组成框图如下图所示。
定值环节:给出与期望的被控量相对应的系统输入量
比较环节:产生偏差信号
放大环节:对偏差信号进行放大,用来推动执行元件去控制被控对象
校正环节:也叫补偿环节,改善控制系统的性能,使系统能正常工作
执行环节:直接推动被控对象,使其被控量发生变化
测量环节:检测被控的物理量。