自动控制原理题库

简介：
《自动控制原理题库》是一本汇集了大量关于自动控制系统理论及其应用方面习题的书籍，旨在帮助学生和工程技术人员深入理解和掌握自动控制系统的相关知识。书内涵盖了从基础概念到高级技术的各种题目，并附有详细的解答与分析，是学习自动控制领域的理想辅助材料。 ### 自动控制原理知识点解析 #### 一、填空题解析 1. **反馈控制**：反馈控制是一种基于偏差的控制方法，其中控制作用由输入量与反馈量之间的差值来决定。这里提到的输入量通常指的是期望值或设定值。 2. **复合控制的基本形式**：复合控制可以通过两种主要形式实现——按照输入的前馈复合控制和按照扰动的前馈复合控制。前者侧重于提前补偿系统输入的变化，后者则着重于补偿外部扰动的影响。 3. **并联环节的等效传递函数**：当两个传递函数(G_1(s))与(G_2(s))以并联方式连接时，它们的等效传递函数(G(s))可以通过将两个传递函数相加以获得，即(G(s) = G_1(s) + G_2(s))。 4. **典型二阶系统的极点分布**：典型二阶系统的极点分布能够提供关于系统动态特性的关键信息。无阻尼自然频率(omega_n)和阻尼比(zeta)决定了系统的响应特性。例如，特征方程为(s^2 + 2zetaomega_ns + omega_n^2 = 0)。单位阶跃响应曲线会根据阻尼比的不同展现出不同的形态，包括欠阻尼、临界阻尼和过阻尼。 5. **单位脉冲响应与传递函数的关系**：如果一个系统的单位脉冲响应为(h(t))，那么该系统的传递函数(G(s))可以通过对单位脉冲响应进行拉普拉斯变换得到，即(G(s) = mathcal{L}{h(t)})。 6. **根轨迹的起点与终点**：根轨迹起始于开环极点，并终止于开环零点或无穷远处。这些轨迹随着某个参数的变化而在复平面上移动，从而帮助分析系统的稳定性。 7. **最小相位系统的相频特性**：最小相位系统的相频特性可以通过其开环传递函数来确定。给定的相频特性可以直接转换成开环传递函数的形式。 8. **PI控制器的作用**：PI控制器的输入-输出关系可以通过时域表达式表示，其传递函数通常表示为(G(s) = K_p + frac{K_i}{s})，其中(K_p)是比例增益，(K_i)是积分增益。积分环节可以提高系统的稳态精度但可能降低动态响应的速度。 #### 二、选择题解析 1. **负反馈的影响**：负反馈能够提高系统的稳定性，并且改善系统的动态性能，但是需要合理设计系统结构参数以确保最佳效果。 2. **提高系统稳定性的方法**：增加开环极点通常会降低系统的稳定性，因此不是提高系统稳定性的有效方法。 3. **系统稳定性分析**：特征方程的系数决定了系统的稳定性。若所有系数均为正且满足一定的稳定性准则，则系统是稳定的。 4. **稳态误差分析**：稳态误差与系统的类型有关，如果存在稳态误差，表明系统可能是0型或者存在其他因素导致无法跟踪输入信号。 5. **0°根轨迹的应用**：0°根轨迹通常用于非单位反馈系统，当根轨迹方程为(1 + G(s)H(s) = 0)时适用。 6. **相角裕度与时域性能的关系**：相角裕度直接影响系统的超调量。较高的相角裕度通常意味着较小的超调量。 7. **系统稳定性判断**：通过观察开环幅频特性图可以判断系统的稳定性，不稳定系统的幅频特性在高频段会出现显著下降。 8. **相位裕度与系统稳定性**：具有正相角裕度的最小相位系统通常是稳定的，但是还需要考虑幅值裕度等因素。 9. **串联校正装置分类**：校正装置的传递函数形式决定了它是超前校正、滞后校正还是滞后-超前校正。 10. **相位超前角的最大值**：对于给定的校正装置传递函数，可以在特定频率下提供最大的相位超前角，这有助于提高系统的相角裕度。 #### 三、电路动态微分方程与传递函数求解 - 分析电路模型，建立电路中的动态微分方程，并进而求解传递函数。 - 对于RLC电路，可以写出电容电压(V_c(s))与输入电压(V_i(s))之间的关系式，从而得到传递函数。 #### 四、系统结构图分析 - 分析系统结构图，求解闭环传递函数和动态性能指标。 - 通过调整系统参数使系统满足特定的性能要求，如响应时间和超调量等。 #### 五、根轨迹分析 - 绘制根轨迹图以分析系统的稳定性以及参数变化对稳定性