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自动控制原理简答
1、简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。 自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”。“经典控制理论”以递函数为基础，以时域法、根轨迹法、频域法为基本方法，“现代控制理论”以状态空间法为基础 ，以频率法和根轨迹法为基本方法。
2、在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些？分析内容有那些？
常用的工程方法：时域分析法、根轨迹法、频率特性法； 分析内容：瞬态性能、稳态性能、稳定性。
3、相比较经典控制理论，在现代控制理论中出现了哪些新的概念？
系统的运动分析，能控性，能观性，极点配置，观测器设计，跟踪器等。 4、人闭上眼见很难达到预定的目的 试从控制系统的角度进行分析。 人闭上眼睛相当于系统断开反馈，没有反馈就不知道偏差有多大，并给予及时修正。所以人闭上眼睛很难到达预定目标。 5、试分析汽车行驶原理
首先，人要用眼睛连续目测预定的行车路线，并将信息输入大脑（给定值），然后与实际测量的行车路线相比较，获得行驶偏差。通过手来操作方向盘，调节汽车，使其按照预定行车路线行驶。 6、对飞机与轮船运行原理加以分析 飞机和轮船在行驶时，都会发射无线电信号来进行定位，无线电信号通过雷达反射到计算机中央处理器中。进行对比得出误差，再将误差发射，进入雷达反射到飞机和轮船的接收器中，计算机收到信号后可还原为数据，进而可知偏差而及时修正，这是时刻都进行的。所以飞机，轮船都能保持预定航向行驶。 7、从元件的功能分类，控制元件主要包括哪些类型的元件？ 控制元件主要包括放大元件、执行元件、测量元件、补偿元件。 8、线性定常系统的传递函数定义 传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。
9、常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？ 有以下三种：（1机理分析法：机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰 （2实验测试法：不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限
（3以上两种方法的结合:通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点 10、自动控制系统的数学模型有哪些
自动控制系统的数学模型有微分方程、传递函数、频率特性、结构图。 11、离散系统的数学模型
（1 差分方程 Z变换将差分变成代数方程 （2 脉冲传递函数 脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的 z 变换 C z 与输入离散信号的变 C z换 R z 之比，即 G z /R z （3 离散空间表达式
12、定值控制系统、伺服控制系统各有什么特点？ 定值控制系统为给定值恒定，反馈信号和给定信号比较后控制输出信号；伺服控制系统为输入信号是时刻变化的，输入信号的变化以适应输出信
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13、在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些？分析内容有那些？
常用的工程方法：时域分析法、根轨迹法、频率特性法；分析内容：瞬态性能、稳态性能、稳定性。 号的变化。
14、用状态空间分析法和用传递函数描述系统有何不同？
传递函数用于单变量的线性定常系统，属于输入、输出的外部描述，着重于频域分析；状态空间法可描述多变量、非线性、时变系统，属于内部描述，使用时域分析。
15、定值控制系统、伺服控制系统各有什么特点？ 定值控制系统为给定值恒定，反馈信号和给定信号比较后控制输出信号；伺服控制系统为输入信号是时刻变化的，输入信号的变化以适应输出信号的变化。 16、动态结构图：把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入输出信号分别以拉氏变换来表示从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。
17、状态转移矩阵： φ （t）= e At ，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。
18、什么是主导极点？主导极点起什么作用，请举例说明。 高阶系统中距离虚轴最近的极点，其附近没有零点，它的实部比其它极点的实部的 1/5 还小，称其为主导极点。 将高阶系统的主导极点分析出来，利用主导极点来分析 系统，相当于降低了系统的阶数，给分析带来方便。 举例说明略，答案不唯一。 19、主导极点：如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。 20、高阶系统简化为低阶系统的合理方法是什么？
保留主导极点即距虚轴最近的闭环极点，忽略离虚轴较远的极点。一般该极点大于其它 极点 5 倍以上的距离； 如果分子分母中具有负实部的零、极点在数值上相近， 则可将该零、极点一起小调，称为偶极子相消。 21、什么是偶极子？偶极子起什么作用，请举例说明
偶极子对：是指若在某一极点的附近同时存在一个零点，而在该零点，极点的附近又无 其它的零点或极点。就称这个极点和这个零点为一个偶极子对。由于零极点在数学上位置分别是分子分母，工程实际中作用又相反，因此在近似的处理上可相消，近似地认为其对系统的作用相互抵消了。对于高阶系统的分析，相当于降低了系统的阶数，给分析带来方便。 22、绘制根轨迹的基本法则有哪些
根轨迹的起点与终点；分支数的确定；根轨迹的对称性；实轴上的轨迹； 根轨迹的渐近线；答案不唯一
23、根轨迹的分支数如何判断？举例说明。
根轨迹 S 平面止的分支数等于闭环特征方程的阶数，也就是分支数与闭环极点的数目相 同。举例说明略，答案不唯一。
24、根轨迹的渐近线：当开环极点数 n 大于开环零点数 m 时，系统有 n-m 条根轨迹终止于 S 平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这 n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。
25、根轨迹与虚轴的交点有什么作用 举例说明。
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根轨迹与虚轴相交，表示闭环极点中有极点位于虚轴上，即闭环特征方程有纯虚根，系统处于临界稳定状态，可利用此特性求解稳定临界值。举例，答案不唯一。 26、时域分析的性能指标，哪些反映快速性，哪些反映相对稳定性？
上升时间、峰值时间、调整时间、延迟时间反映快速性；最大超调量、振荡次数反映相对稳定性
27、峰值时间：系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。 28、作奈氏图时，考虑传递函数的型次对作图有何帮助？
传递函数的型次对应相应的起点。 0 型系统的乃氏图始于和终于正实轴的有限值 处，1 型系统的乃氏图始于相角为-90 的无穷远处，终于坐标原点处，2 型系统的乃氏图始于相角为-180 的无穷远处，终于坐标原点处。 29、试证明 1型系统在稳定条件下不能跟踪加速度输入信号。
输入 r= t ，K a =lim sG（s） s →0 ess =∞ 稳态误差无穷大，输出不能跟随输入。
30、如何求取系统的频率特性函数？举例说明。
由系统的微分方程；由系统的传递函数；通过实验的手段。例略 31、为什么二阶振荡环节的阻尼比取ξ=0.707 较好，请说明理由。 当固有频率一定时，求调整时间的极小值，可得当ξ=0.707 时，调整时间最短，也就是响 应最快3 分；又当ξ=0.707 时，称为二阶开环最佳模型，其特点是稳定储备大，静态误 差系数是无穷大。
32、什么是偏差信号？什么是误差信号？它们之间有什么关系 误差信号ε（s）：希望的输出信号与实际的输出之差。偏差信号E （s）：输入信号与反馈信号之差；两者间的关系：ε（s）= E （s） H （s） ，当 H （s）= 1 时，ε（s） =E（s）
33、稳态误差：对单位负反馈系统，当时间 t 趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。
34、稳定性由系统内部结构与参数决定，与输入无关 35、开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么？ 开环控制系统：是没有输出反馈的一类控制系统。各前向通路传递函数的乘积保持不变。其结构简单，价格低，易维修。精度低、易受干扰。闭环控制系统：又称为反馈控制系统，各回路传递函数的乘积保持不变。其结构复杂，价格高，不易维修。但精度高，抗干扰能力强，动态特性好。 36、简述负反馈的主要作用。
提高系统抗干扰能力；提高系统稳态精度；自动修正偏差 37、如何用实验方法求取系统的频率特性函数？
答案不唯一。例如：即在系统的输入端加入一定幅值的正弦信号，系统稳定后的输入也 是正弦信号，记录不同频率的输入、输出的幅值和相位，即可求得系统的频率特性。
38、伯德图中幅频特性曲线的首段和传递函数的型次有何关系？ （1 0 型系统的幅频特性曲线的首段高度为定值，20lgK；
（2 1 型系统的首段-20dB/dec，斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为 W1＝K1；
（3 2 型系统的首段-40dB/dec，斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为 W2＝K2
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39、控制系统开环幅频特性各频段有何要求，及性能。
低频段：增益充分大，以保证稳态误差要求（表征闭环系统稳态性能）
中频段：-20dB/dec，占据充分频宽，以保证具备适当相角裕度45°（表征闭环动态性能）
高频段：增益尽快减小，以削减噪声影响（表征闭环复杂性、噪声抑制能力）。 40、在绘制连续系统频率特性Bode的幅频特性时，常采用（对数频率—分贝）坐标。简述采用（对数频率—分贝）坐标原因。 （1对横坐标实现非线性压缩；
（2可在较大频率范围内反映频率特性变化情况； （3将幅值运算化为加减运算； （4简化曲线绘制过程。
41、系统闭环零点、极点和性能指标的关系。
（1 当控制系统的闭环极点在 s 平面的左半部时，控制系统稳定； （2如要求系统快速性好，则闭环极点越是远离虚轴；如要求系统平稳性好，则复数极点最好 设置在 s 平面中与负实轴成±45°夹角线以内；
（3离虚轴的闭环极点对瞬态响应影响很小，可忽略不计； （4要求系统动态过程消失速度快，则应使闭环极点间的间距大，零点靠近极点。即存在偶极子；
（ 5如有主导极点的话，可利用主导极点来估算系统的性能指标。
42、试说明延迟环节 G(s) =e -τs 的频率特性，并画出其频率特性极坐标图。 其极坐标图为单位圆，随着 ω 从 0→∞ 变化，其极坐标图顺时针沿单位圆转无穷多圈。 图略。
43、零阶保持器有何特征？
（1低通特性。由于幅值随频率值增大而迅速减小，说明零阶保持器基本上是一个低通滤波器。
（2相角滞后特性。零阶保持器产生相角滞后，且随w的增大而加大，在W=Ws处，相角滞后可达-180°，从而使闭环系统稳定性变差。
（3时间滞后特性。输出比输入在时间上要滞后1T，相当于给系统增加了一个
2延迟时间为1T的延迟环节，使系统总的相角滞后增大，对系统的稳定性不利。
244、控制系统中积分环节越多，对于控制系统的性能有怎样的影响？ 积分环节越多，系统稳定性越差，动态响应变慢，但稳态精度提高。 45、举例说明什么是闭环系统？它具有什么特点？
既有前项通道，又有反馈通道，输出信号对输入信号有影响，存在系统稳定性问题。 如等幅振荡。
46、时域分析的性能指标，哪些反映快速性，哪些反映相对稳定性？ 上升时间、峰值时间、调整时间、延迟时间反映快速性。 最大超调量、振荡次数反映相对稳定性。
47、什么是最小相位环节，非最小相位环节，及二者区别
最小相位环节不包含滞后环节，开环零极点全位于S左半平面；非最小相位环节有位于S右半平面开环零极点。除比例环节，区别在于开环零极点位置。 48、评价控制系统的优劣的时域性能指标常用的有哪些？每个指标的含义和作用是什么？
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最大超调量：单位阶跃输入时，响应曲线的最大峰值与稳态值之差，反映相对稳定性；
振荡次数：在调整时间内响应曲线振荡的次数，反映相对稳定性。 调整时间：响应曲线达到并一直保持在允许误差范围内的最短时间，反映快速性； 峰值时间：响应曲线从零时刻到达峰值的时间，反映快速性；
上升时间：响应曲线从零时刻到首次到达稳态值的时间，反映快速性； 49、写出画伯德图的步骤。
（1将系统频率特性化为典型环节频率特性的乘积。
（2根据组成系统的各典型环节确定转角频率及相应斜率，并画近似幅频折线和相频曲线 。
（3必要时对近似曲线做适当修正。
50、系统的误差大小和系统中的积分环节多少有何关系？举例说明。
由静态误差系数分析可知，在输入相同的情况下，系统的积分环节越多，型次越高，稳态误差越小 。举例说明略，答案不唯一 。 51、如何求取系统的频率特性函数？举例说明。
由系统的微分方程；由系统的传递函数；通过实验的手段。例略 52、开环不稳定的系统，其闭环是否稳定？举例说明。
开环不稳定的系统，其闭环只要满足稳定性条件，就是稳定的，否则就是不稳定的。举例说明答案不唯一略。 53、、一阶惯性系统当输入为单位阶跃函数时，如何用实验方法确定时间常数 T ？其调整时间 ts 和时间常数 T 有何关系，为什么？
常用的方法（两方法选 1 即可） ：其单位阶跃响应曲线在 0.632稳态值处，经 过的时间 t＝T；或在 t＝0 处曲线斜率 k＝1/T， t（s）=3.5T Δ=5 ，t（s）=4.4T Δ=2
54、二阶系统的性能指标中，如要减小最大超调量，对其它性能有何影响？ 要减小最大超调量就要增大阻尼比，会引起上升时间、峰值时间变大，影响系统的快速性。
55、Nyquist 判据（或奈氏判据）：当ω由-∞变化到∞时， Nyquist 曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数 N，等于系统 GsHs位于 s 右半平面的极点数 P ，即 N=P，则闭环系统稳定；否则（N≠P）闭环系统不稳定，且闭环系统位于 s 右半平面的极点数 Z为： Z =∣P-N∣
56、用文字表述系统稳定的充要条件。并举例说明。
系统特征方程式的所有根均为负实数或具有负的实部。或:特征方程的根均在根平面（复平面、s 平面）的左半部。 或:系统的极点位于根平面（复平面、s 平面）的左半部。举例说明，答案不唯一。
57、与Routh稳定判据相比，Nyquist 稳定判据的主要优点有哪些？ （1可看出系统稳定性；
（2画出一些特征点即可描绘； （3可知开环极点数P；
（4容易知道如何修正系统稳定性。 58、哪些方法可以判断系统稳定性？
根轨迹法、劳斯判据法、奈奎斯特法、李雅普诺夫第二法、赫尔维茨稳定判据法等。
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自动控制原理简答
