2020年中国矿业大学(徐州)信息与电气工程学院555专业综合考研复试核心题库之自动控制原理简答题精

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一、2020年中国矿业大学（徐州）信息与电气工程学院555专业综合考研复试核心题库之自动控制原理简答题精编

1．列举反映系统动态性能的五项指标。如果单纯增大反馈控制系统的开环增益，这些指标将如何变化？

【答案】增大开环增益后自然振荡频率增大，阻尼比变小，但阻尼比与自然振荡频率的乘积保持不变，动态响应变快，上升时间和峰值时间变小，超调量变大，振荡次数变大，调节时间保持不变。

2．系统的传递函数、频率特性、根轨迹，各表征系统的何种特性？它们之间有何关系？比较后两种方法在分析系统性能上的优劣。

【答案】传递函数表征的是信号的传递特性，频率特性表达的是系统跟踪复现信号的能力，根轨迹则表征的是系统特征方程的根随参数而变化的趋势；三者从不同的角度描述系统。频率特性可以通过系统的传递函数令代入得到的复数比得到，而系统的根轨迹可以通过系统的传递函数的特征方程，按照根轨迹的绘制规则得到。频率特性能够很直观地看到系统随信号频率变化的特性，但是不能直观的看出系统特征根的分布，而根轨迹可以看出系统的特征根分布，但是它不能反映出系统输出随输入信号频率变化而变化的规律。

3．下图1所示的自动平衡仪表，实质上是一个电压—位置随动系统，试画出系统的控制方框图。

图1

【答案】(1)工作原理：闭环控制方式。

当输入电压为零时，电位器调整在，记录仪指针位于零位，电动机不动。当输入

上升趋于某工作点时，电动机随之转动并带动电位器电刷和记录仪指针同步移动，直至反馈电压，此时电动机停转，记录仪指针指在的位置。当输入电压在工作点附近上下波动时，

与的偏差电压会通过放大器驱动电动机随之转动，带动仪表指针向要求的位置移动。当

时，系统达到新的平衡状态，电动机停转，从而实现电压自动跟踪记录的目的。

(2)被控对象是电动机，被控量是电动机输出转角(产生电位器电刷位置和仪表指针位置)，给定量是现场输入电压。

系统的方框图如图2所示。

图2

4．某工业过程温度控制系统如图所示，电位器上设定的电压是系统的输入量，箱体内液体的实际温度为输出量，插入箱体内的热电偶的输出与成正比。试分析该系统的工作原理并画

出方框图。

图

【答案】系统中，电压为设定输入，它与设定温度成正比。热电偶的输出，经过放大后得到电压，与液体的实际温度成正比，调节放大系数，保证两者具有相同的比例。

为误差信号，反映设定温度与实际温度的偏差情况。误差放大后作为线圈的输入电

压。在的作用下，线圈中产生一个与电流成正比的作用力，该力作用在线圈铁芯上，控制蒸汽阀门的位置z，而阀门位置控制进入箱体内加热蛇形管的蒸汽流量q，而蒸汽流量q与箱体中液体的温度成正比。总之，系统中通过误差信号控制蒸汽流量q，从而控制液体温度。系方框图如图所示。

图

5．如图所示，某负反馈系统，由线性元件G(s)和非线性元件N(A)组成,G(s)在右半平面没有极点。试从G(s)和的极坐标图判断说明a，b，c，d，e点中，哪些是稳定的极限环，哪些是不稳定的极限环？

图

【答案】曲线包围的复平面下部区域为系统不稳定区域，当曲线离开不稳定区域时产生的极限环是稳定的，即a,c,e点是稳定的极限环；当曲线进入不稳定区域时产生的极限环是不稳定的，即b，d点是不稳定的极限环。

6．何谓极限环？在单位反馈的典型非线性控制系统中，产生极限环的条件是什么？以公式表示之。

【答案】非线性系统的相轨迹在相平面上表现为一个孤立的封闭曲线，所有附近的相轨迹都渐近地趋向或离开这个封闭曲线，则此封闭的相轨迹称为极限环。产生的条件为有解，其中N(A)为非线性环节的描述函数，为线性环节的频率特性。

7．什么是反馈控制原理？反馈控制系统的主要特点是什么？

【答案】反馈控制原理即是系统的输出通过反馈通道引入输入端，与给定的信号进行比较，利用所得的偏差信号产生控制作用调节被控对象，达到减小偏差或消除偏差的目的；反馈控制的特点是存在偏差，并且用偏差来消除偏差。

8．水箱液位控制系统结构如图所示，运行中无论用水量如何变化(由开关操纵)，希望水面高度(液位)c保持不变。试分析该系统的工作原理并画出系统的原理方框图。

图

【答案】在该液位控制系统中，水箱的进水量来自电动机控制开度的进水阀门，出水量由用户阀门确定。该系统能在用户用水量随意变化的情况下，保持水箱水位在希望的髙度上不变。