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胡寿松《自动控制原理》第7版考研真题题库

[] [] [] 发布人:达聪学习网   发布日期:2020-09-10 07:03   共 10 人浏览过

节选自达聪学习网 胡寿松《自动控制原理》(第7版)配套题库【考研真题精选+章节题库】点击底部链接获取


一、填空题

相平面的概念:______。[燕山大学研]

【答案】设一个二阶系统可以用下面的常微分方程id:e3e36978-7f73-4337-9997-9613f690cd19;name:;source:;state:;type:;imagePath:;prfName:;prfExt:;noteState:;FounderCES来描述。其中id:6857b064-40a7-4903-9d9c-a522ad3a5eaa;name:;source:;state:;type:;imagePath:;prfName:;prfExt:;noteState:;FounderCES是x和id:002794e4-c02f-4553-b4ea-afe4aa74d5de;name:;source:;state:;type:;imagePath:;prfName:;prfExt:;noteState:;FounderCES的线性或非线性函数。在一组非全零初始条件下,系统的运动可以用解析解x(t)和id:7cf69489-2bd4-4c49-b8ab-aebfaf33a37c;name:;source:;state:;type:;imagePath:;prfName:;prfExt:;noteState:;FounderCES描述。如果取x和id:df9ff0e8-7502-4b5c-b0c4-68b84f27cde7;name:;source:;state:;type:;imagePath:;prfName:;prfExt:;noteState:;FounderCES构成坐标平面,则系统的每一个状态均对应于该平面上的一点,这个平面称相平面。

二、问答题

1对控制系统进行校正时,在什么情况下,不宜采用串联超前校正?为什么?[华中科技大学研]

答:在系统的快速性满足要求而稳定性不满足要求或快速性已经达到要求而希望系统的动态响应超调量不太大时不宜采用超前校正,因为超前校正会改善系统的快速性,同时会使系统的稳态性能变差,有高频噪声信号时亦不宜使用。

2对于超前、滞后、滞后-超前三类校正装置:

(1)分别阐述其控制功能;

(2)对于PI控制、PID控制、PD控制,分别属于上述二三类校正装置的哪一类?为什么?[武汉大学研]

答:(1)超前校正的目的是改善系统的动态性能,实现在系统静态性能不受损的前提下,提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节,利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度,改变系统的开环频率特性,但会使得系统对高频噪声的抑制能力减小,抗干扰能力下降。

滞后校正通过加入滞后校正环节,使系统的开环增益有较大幅度增加,同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。它利用滞后校正环节的低通滤波特性,在不影响校正后系统低频特性的情况下,使校正后系统中高频段增益降低,从而使其穿越频率前移,达到增加系统相位裕度的目的。缺点是会使系统响应速度变慢。

滞后超前校正装置综合了超前校正装置和滞后校正装置的特点,当系统的动态性能和稳态性能都达不到要求时,可以考虑使用滞后超前校正装置;

(2)PI属于滞后校正装置,因为它具有相位滞后作用;PD属于超前校正装置,因为它可以提高超前相角;PID属于滞后超前校正装置,因为其在低频段具有滞后效应,中频段具有超前效应。

3在计算机控制系统中,常采用增量PID算法。与位置PID算法相比较,说明两者的差别及其使用特点。[重庆大学研]

答:增量型PID算法的输出值是两采用时刻间的差,即相对值,增量式算法优点:算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关,容易通过加权处理获得比较好的控制效果;计算机每次只输出控制增量,即对应执行机构位置的变化量,故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程;手动-自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时,可以做到无扰动切换。对于位置式PID控制算法,当前采样时刻的输出与过去的各个状态有关,计算时要对e(k)进行累加,运算量大;而且控制器的输出u(k)对应的是执行机构的实际位置,如果计算机出现故障,u(k)的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。

4何谓串级控制系统?串级控制系统主要用于什么样的被控对象?它是如何克服扰动对控制系统性能的影响的?[重庆大学研]

答:串级控制系统是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值,副控制器的输出去操纵控制阀,以实现对变量的定值控制。串级控制系统主要应用于:对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合;由于副回路的存在,对进入副回路的干扰有超前控制的作用,因而减少了干扰对主变量的影响。

5说明频率法超前校正和滞后校正的使用条件和计算步骤。[北京邮电大学研]

解:通过加入超前校正环节,利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度,改变系统的开环频率特性,但由于系统带宽的增大,会导致抗干扰能力有所下降,所以超前校正通常使用在稳态性能足够的情况下,用来改善动态性能。

滞后校正具有幅值压缩和相角滞后的特点,即产生负的相角移动和负的幅值斜率。利用幅值压缩,有可能提高系统的稳定裕度,但将使系统的频带过小;从另一角度看,滞后校正通过幅值压缩,还可以提高系统的稳定精度。滞后校正一般用于动态平稳性要求严格或稳定精度要求较高的系统。

频域法超前校正装置Gc(s)=(Ts+1)/[(T/α)s+1](α>1)的设计步骤如下:

(1)根据稳态误差要求,确定开环增益K。

(2)在已确定K值条件下,计算未校正系统的相裕量。

(3)根据指标要求,确定在系统中需要增加的相角超前量φm

(4)由式α=(1+sinφm)/(1-sinφm)确定a值及Lm=10lgα值,在未校正系统的对数幅频特性曲线上找到幅值等于-1m点所对应的频率,即为ω′c这一频率为所选网络的ωc。并且在此频率上将产生最大超前相角值φm

(5)确定超前网络的交接频率ω1=1/T,ω2=α/T。

(6)验算。

频域法滞后校正装置Gc(s)=(Ts+1)/(αTs+1)(α>1)步骤如下:

(1)根据给定静态误差系数的要求,计算系统的开环增益K。并画出未校正系统的伯德图,求出相应的相位裕量和增益裕量。

(2)在已作出的相频曲线上寻找一个颁率点,要求在该点处的开环频率特性的相角为:φ=-180°+γ+ε以这一频率作为校正后系统的剪切频率ωc

上式中,γ为系统所要求的相位裕量,修正值ε=5°~15°补偿滞后校正带来的相位滞后。

(3)设未校正系统在ωc处的幅值等于201ga,据此确定滞后网络的a值。据此可保证在剪切频率ωc处,校正后开环系统的幅值为0。

(4)选择滞后校正网络中的一个转折频率ω2=1/T=ωc/5~ωc/10,则另一个转折频率为ω1=1/(αT)。

(5)校验。画出校正后系统的伯德图,并求出校正后系统的相位裕量。校核设计指标,如果不满足要求,则可通过改变T值,重新设计滞后校正网络。

6增大控制器的比例控制系数对闭环系统输出有何影响?为什么加入滞后校正环节可以提高稳态精度、而又基本上不影响系统暂态性能?[东北大学研]

解:增大控制器的比例控制系数使系统的带宽增加,系统反应变快,超调量增加,稳态精度提高,但抗高频干扰能力降低。滞后校正具有高频衰减特性,如果在滞后校正环节前面串联一增益,可以使滞后环节对中高频没有影响,而使系统的低频段提高,系统的稳态精度变好,系统的动态性能是由系统的中频段决定的,中频段不变,即对其暂态性能没有影响。

7叙述香农采样定理的内容。[南京航空航天大学2006年研]

答:香农采样定理:如果采样器的输入信号e(t)具有有限带宽,并且有直到ωh的频率分量,则使信号e(t)圆满地从采样信号e*(t)中恢复过来的采样周期T,满足条件T≤2π/(2ωh),其等价于ωs≥2ωh


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