武汉科技大学《自动控制原理》期末试题及答案.pdf

简介：
这份文档包含了武汉科技大学《自动控制原理》课程的期末考试题目及其标准答案，适用于需要复习和巩固该课程知识的学生。 自动控制原理涵盖反馈控制系统、系统稳定性的基本概念、校正网络的特点、采样定理以及离散系统的脉冲传递函数等多个领域。以下将逐个详细阐述这些知识点。 反馈控制系统的基本要求包括稳定性、快速性和准确性。稳定性指的是系统在受到干扰后，能够返回到平衡状态；快速性是指系统达到平衡状态的快慢，涉及暂态指标；准确性则涉及到稳态误差，表示系统达到稳定状态时输出与期望值之间的偏差。 线性系统的稳定充分必要条件是其闭环特征方程的所有根都位于复平面的左半部。换句话说，这些根具有负实部或者它们在以原点为圆心的单位圆内。 串联超前校正能够改善系统动态性能，主要通过减少对数幅频特性斜率来增加相位裕量和增益裕量，但会导致系统对高频干扰更敏感，并缩短暂态响应时间。它不影响稳态误差。 而串联滞后校正则能提升系统的稳态性能，减小暂态响应时间，并在特定频率附近的幅值衰减中提高相位裕量和增益裕量。同样也不影响稳态误差。 串联滞后-超前校正在结合了上述两种校正优点的同时，提升了系统精度并改善其动态特性。 采样定理指出为了无失真地从采样信号恢复原始连续信号，采样频率必须至少是原信号最高频率的两倍。这是数字信号处理中的基本理论，保证了正确性和准确性。 离散系统的脉冲传递函数在零初始条件下定义为输出序列与输入序列Z变换之比。它适用于分析离散时间系统，并且是数字控制领域的重要概念。 应用自动控制原理时，在家用冰箱的温度控制系统中会涉及到给定温度、控制器、执行机构和传感器等组成的闭环回路，需考虑响应特性、干扰抑制能力和稳态精度等因素。 求解传递函数需要掌握拉普拉斯变换的知识，包括不同输入信号对应的传递函数计算方法以及系统对扰动的响应。脉冲传递函数则涉及Z变换及离散信号处理知识。 绘制根轨迹图是分析稳定性和动态特性的主要方式之一，需了解其规则如起点终点、实轴分布、渐近线和分离点等确定方法。 使用劳斯判据判断稳定性时需要构造并根据劳斯表的第一列来决定系统的稳定性。此外还需掌握开环频率特性曲线与闭环稳定的关联性分析。 非线性系统稳定性分析，尤其是含有描述函数的系统，则需通过绘制描述函数曲线与开环频率特性的交点来进行自振和稳定性的评估。 对于采样系统而言，脉冲传递函数求解及稳定性判定是关键。Z变换在此领域中至关重要，并涉及对闭环脉冲传递函数进行稳定性分析。 自动控制原理是一门综合学科，涵盖反馈控制系统、系统稳定性分析、校正网络设计以及数字信号处理等内容，在理解和设计各种自动化控制系统方面具有基础性和指导性作用。在自动驾驶技术应用上尤为重要，因为需要高精度的快速响应和稳定的控制算法以确保行驶安全。