MATLAB在_控制工程基础_课程中的应用_王伟

《控制工程基础》习题答案(燕山大学,第二版)

控制工程基础习题解答 第一章 1-1．控制论的中心思想是什么？简述其发展过程。 维纳（N.Wiener）在“控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学”中提出了控制论所具有的信息、反馈与控制三个要素，这就是控制论的中心思想 控制论的发展经历了控制论的起步、经典控制理论发展和成熟、现代控制理论的发展、大系统理论和智能控制理论的发展等阶段。具体表现为： 1．1765年瓦特（Jams Watt）发明了蒸汽机，1788年发明了蒸汽机离心式飞球调速器，2．1868年麦克斯威尔（J.C.Maxwell）发表“论调速器”文章；从理论上加以提高，并首先提出了“反馈控制”的概念； 3．劳斯（E.J.Routh）等提出了有关线性系统稳定性的判据 4．20世纪30年代奈奎斯特（H.Nyquist）的稳定性判据，伯德（H.W.Bode）的负反馈放大器； 5．二次世界大仗期间不断改进的飞机、火炮及雷达等，工业生产自动化程度也得到提高； 6．1948年维纳（N.Wiener）通过研究火炮自动控制系统，发表了著名的“控制论—关于在动物和机器中控制和通讯的科学”一文，奠定了控制论这门学科的基础，提出 了控制论所具有的信息、反馈与控制三要素； 7．1954年钱学森发表“工程控制论” 8．50年代末开始由于技术的进步和发展需要，并随着计算机技术的快速发展，使得现代控制理论发展很快，并逐渐形成了一些体系和新的分支。 9．当前现代控制理论正向智能化方向发展，同时正向非工程领域扩展（如生物系统、医学系统、经济系统、社会系统等）， 1-2．试述控制系统的工作原理。 控制系统就是使系统中的某些参量能按照要求保持恒定或按一定规律变化。它可分为人工控制系统（一般为开环控制系统）和自动控制系统（反馈控制系统）。人工控制系统就是由人来对参量进行控制和调整的系统。自动控制系统就是能根据要求自动控制和调整参量的系统，系统在受到干扰时还能自动保持正确的输出。它们的基本工作原理就是测量输出、求出偏差、再用偏差去纠正偏差。 1-3．何谓开环控制与闭环控制？ 开环控制：系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响。系统特点：系统简单，容易建造、一般不存在稳定性问题，精度低、抗干扰能力差。 闭环控制：系统的输出端和输入端存在反馈回路，输出量对控制作用有直接影响。闭环的反馈有正反馈和负反馈两种，一般自动控制系统均采用负反馈系统，闭环控制系统的特点：精度高、抗干扰能力强、系统复杂，容易引起振荡。 1-4．试述反馈控制系统的基本组成。 反馈控制系统一般由以下的全部或部分组成（如图示）： 1．给定元件：主要用于产生给定信号或输入信号

控制工程基础本次作业是本门课程本学期的第1次作业

本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共31道小题) 1. 控制论的中心思想是( ) (A) 系统是由元素或子系统组成的 (B) 机械系统与生命系统乃至社会经济系统等都有一个共同的特点,即通过信息的传递、加工处理,并利用反馈进行控制 (C) 有些系统可控,有些系统不可控 (D) 控制系统有两大类,即开环控制系统和闭环控制系统 正确答案：B 解答参考： 2. 闭环控制系统中( )反馈作用. (A) 依输入信号的大小而存在 (B) 不一定存在 (C) 必然存在 (D) 一定不存在 正确答案：C 解答参考： 3. (A) 线性系统和离散系统 (B) 开环系统和闭环系统 (C) 功率放大系统和人工控制系统 (D) 数字系统和计算机控制系统 正确答案：B 解答参考： 4. (A) 反馈实质上就是信号的并联 (B) 正反馈就是输入信号与反馈信号相加 (C) 反馈都是人为加入的 (D) 反馈是输出以不同的方式对系统作用 正确答案：D 解答参考：

5. (A) 系统的实际输出 (B) 系统的实际输出与理想输出之差 (C) 输入与输出之差 (D) 输入 正确答案：D 解答参考： 6. 机械工程控制论的研究对象是( ) (A) 机床主传动系统的控制论问题 (B) 高精度加工机床的控制论问题 (C) 自动控制机床的控制论问题 (D) 机械工程领域中的控制论问题 正确答案：D 解答参考： 7. 对于控制系统,反馈一定存在于( )中 (A) 开环系统 (B) 线性定常系统 (C) 闭环系统 (D) 线性时变系统 正确答案：C 解答参考： 8. 以下关于信息的说法正确的是( ) (A) 不确定性越小的事件信息量越大 (B) 不确定性越大的事件信息量越大 (C) 信号越大的事件信息量越大 (D) 信号越小的事件信息量越大 正确答案：B 解答参考： 9. 以下关于系统模型的说法正确的是( ) (A) 每个系统只能有一种数学模型

控制工程基础第三章参考答案

第三章 习题及答案 传递函数描述其特性，现在用温度计测量盛在容器内的水温。发现需要时间才能指示出实际水温的98%的数值，试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少? 解： 41min, =0.25min T T = 1111()=1-e 0.1, =ln 0.9t h t t T -=-T 21T 22()=0.9=1-e ln 0.1t h t t T -=-， 210.9 ln 2.20.55min 0.1 r t t t T T =-=== 2.已知某系统的微分方程为)(3)(2)(3)(t f t f t y t y +'=+'+''，初始条件2)0( , 1)0(='=--y y ，试求： ⑴系统的零输入响应y x (t )； ⑵激励f (t ) (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )； ⑶激励f (t ) e 3t (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )。 解：(1) 算子方程为：)()3()()2)(1(t f p t y p p +=++ ) ()e 2 5e 223()()()( ) ()e 2 1e 223()()()( )()e e 2()(2 112233)( )2(; 0 ,e 3e 4)( 34 221e e )( 2x 2222x 212 121221x t t y t y t y t t t h t y t t h p p p p p p H t t y A A A A A A A A t y t t t t t t f f t t t t εεεε------------+=+=+-==-=?+-+= +++= -=??? ?-==????--=+=?+=∴* ) ()e 4e 5()()()( )()e e ()(e )()( )3(2x 23t t y t y t y t t t h t y t t t t t f f εεε------=+=-==* 3.已知某系统的微分方程为)(3)(')(2)(' 3)(" t f t f t y t y t y +=++，当激励)(t f =)(e 4t t ε-时，系统

控制工程基础学习笔记(DOC)

控制工程基础学习笔记 一、概论 1.1基本概念 控制：由人或用控制装置使受控对象按照一定目的来动作所进行的操作。 输入信号：人为给定的，又称给定量。 输出信号：就是被控制量。它表征对象或过程的状态和性能。 反馈信号：从输出端或中间环节引出来并直接或经过变换以后传输到输入端比较元件中去的信号，或者是从输出端引出来并直接或经过变换以后传输到中间环节比较元件中去的信号。 偏差信号：比较元件的输出，等于输入信号与主反馈信号之差。 误差信号：输出信号的期望值与实际值之差。 扰动信号：来自系统内部或外部的、干扰和破坏系统具有预定性能和预定输出的信号。 1.2控制的基本方式 开环控制：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统，称为开环控制系统。 闭环控制：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统，称为闭环控制系统。 1.3反馈控制系统的基本组成 给定元件：用于给出输入信号的环节，以确定被控对象的目标值（或称给定值）。 测量元件：用于检测被控量，通常出现在反馈回路中。 比较元件：用于把测量元件检测到的实际输出值经过变换与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：用于将比较元件给出的偏差信号进行放大，以足够的功率来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件：用于直接驱动被控对象，使被控量发生变化。 校正元件：亦称补偿元件，它是在系统基本结构基础上附加的元部件，其参数可灵活调整，以改善系统的性能。 1.4对控制系统的性能要求 稳定性：指系统重新恢复稳态的能力。稳定是控制系统正常工作的先决条件。

快速性：指稳定系统响应的动态过程的时间长短。 准确性：指控制系统进入稳态后，跟踪给定信号或纠正扰动信号影响的准确度。 二、控制系统的动态数学模型 2.1 控制系统的运动微分方程 2.1.1 建立数学模型的一般步骤 用解析法列写系统或元件微分方程的一般步骤是： (1)分析系统的工作原理和信号传递变换的过程，确定系统和各元件的输入、输出量。 (2)从系统的输入端开始，按照信号传递变换过程，依据各变量所遵循的物理学定律，依次列写出各元件、部件动态微分方程。 (3)消去中间变量，得到一个描述元件或系统输入、输出变量之间关系的微分方程。 (4)写成标准化形式。将与输入有关的项放在等式右侧，与输出有关的项放在等式的左侧，且各阶导数项按降幂排列。 2.2 拉氏变换与反变换 2.2.1 拉普拉斯变换的定义 如果有一个以时间t 为自变量的实变函数f(t)，它的定义域是t>=0，那么f(t)的拉普拉斯变换定义为 F(s)=L[f(t)]= 式中,s 是复变数， 称为拉普拉斯积分；F(s)是函数f(t)的拉普拉斯变换，它是一个复变函数，通常也称F(s)为f(t)的象函数，而称f(t)为F(t)的原函数；L 表示进行拉普拉斯变换的符号。 阶跃函数的拉氏变换 单位斜坡函数的拉氏变换为R(s)=1/s 2 指数函数at e 的拉氏变换 )()()0 e d st F s L f t f t t ∞ -=??????)()()0e d st F s L f t f t t ∞ -=?????? ()()[]? ∞ -?==0 dt e At t f L s R st ? ?∞ -∞-∞-+ =---=0 001 0)(|dt Ae s dt s Ae e s A t st st st 2 s A = []= = ? ∞ -0 dt e e e L st at at ()a s dt e t a s -= ? ∞ --1

控制工程基础测试题1_2_3

机械工程控制基础A 卷参考答案 一填空题:(每空1分,共30分) 1. 构成控制系统的基本环节通常有1. 给定环节、 2. 比较环节、 3. 放大环节、 4. 执行环节、 5.控制环节、 6.被控对象、 7.反馈环节（或测量环节）。 2. 理论上而言，零型伺服控制系统适用于对8. 线位移或角位移信号进行跟踪；I 型伺服系统适用于对9. 线速度或角速度信号进行跟踪；II 型伺服系统适用于对10. 线加速度或角加速度信号进行跟踪。 3. 系统的时间响应中，与传递函数极点对应的响应分量称为11. 动态分量、与输入信号极点对应的响应分量称为12. 稳态分量。 4.传递函数中的基本环节按性质可分为五类，即13.比例环节 、14. 微分环节、1 5. 惯性环节 、1 6. 积分环节 、1 7. 延迟环节。 5. 时域分析方法中，常使用的性能指标有：18.延迟时间、19.上升时间、20.峰值时间、21.调节时间、22.最大超调量、23.稳态误差（或偏差）。 6.经典控制理论中，常使用的校正方式有：24. 串联校正、25.反馈校正、26.前馈校正。 7..伯德图(Bode)用27.对数幅频特性坐标系和28.半对数相频特性坐标系分别描述系统的幅频特性和相频特性。 8. 奈奎斯特稳定性判据中N=Z-P ，Z 代表特征函数在右半平面的29.零点数、P 代表特征函数在右半平面的30.极点数。 二.用等效变换法求如下系统传递函数C(S)/R (S):(12分 ) 答案为：2 323211213 211)(H G G G G G H G G G G G S G ++-= 三.质量-弹簧-阻尼系统，试求在作用力F 作用下，质量块M 的位移方程:(8分) 案：牛顿定律： ∑=ma F 可得 答 F ky dt dy fm dt y d m dt y d m dt dy f ky F =++?==--22 2 2 四.已知系统的特征方程为43251020240s s s s ++++=，使用劳斯判据判断系统的稳定性:(10分) 答案： 4 s 1 10 24

MATLAB在自动控制原理中的应用

本论文主要研究如何根据用户要求的性能指标进行自动控制系统的串联校正设计，而此设计又具有很重要的现实意义。对于给定的线性定常系统，我们通常通过加入串联超前、滞后或超前滞后综合校正装置，以达到提高系统的精度和稳定性的目的。本文将给出基于频率特性法串联校正的具体设计方法，同时对该课题中的控制系统模型进行仿真。本设计可实现如下功能：对一个线性定常系统，根据需求的性能指标，通过本设计可给出系统的串联校正网络，从绘制出的各种响应曲线可以直观地将校正前后的系统进行比较，而仿真实例结果也进一步表明了此设计方法有效性和实用性。 关键词：串联校正；根轨迹；频率特性法；MATLAB 1．1研究目的 在实际工程控制中，往往需要设计一个系统并选择适当的参数以满足性能 指标的要求，或对原有系统增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面满足 性能指标要求，此类问题就称为系统校正与综合，或称为系统设计。 当被控对象给定后，按照被控对象的工作条件，被控信号应具有的最大速 度和加速度要求等，可以初步选定执行元件的形式、特性和参数。然后，根据 测量精度、抗扰能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性及非线性度等 因素，选择合适的测量变送元件。在此基础上，设计增益可调的前置放大器与 功率放大器。这些初步选定的元件以及被控对象适当组合起来，使之满足表征 控制精度、阻尼程度和响应速度的性能指标要求。如果通过调整放大器增益后 仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要在系统中增加一些参数及特性 可按需要改变的校正装置，使系统能够全面满足设计要求，这就是控制系统设 计中的校正问题。系统设计过程是一个反复试探的过程，需要很多经验的积累。MATLAB为系统设计提供了有效手段。 1．2相关研究现状 系统仿真作为一种特殊的实验技术，在20世纪30-90年代的半个多世纪中经历了飞速发展，到今天已经发展成为一种真正的、系统的实验科学。自动控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门设计自动控制理论、计算机数学、计算机技术、系统辩识以及系统科学的综合性新型学科。它为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制系统的计算机辅助教学等提供了快速、经济、

控制工程基础应掌握的重要知识点

控制工程基础应掌握的重要知识点 控制以测量反馈为基础，控制的本质是检测偏差，纠正偏差。 自动控制系统的重要信号有输入信号、输出信号、反馈信号、偏差信号等。 输入信号又称为输入量、给定量、控制量等。 自动控制按有无反馈作用分为开环控制与闭环控制。 自动控制系统按给定量的运动规律分为恒值调节系统、程序控制系统与随动控制系统。 自动控制系统按系统线性特性分为线性系统与非线性系统。 自动控制系统按系统信号类型分为连续控制系统与离散控制系统。 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性、快速性。 求机械系统与电路的微分方程与传递函数 拉普拉斯变换： 拉普拉斯反变换 拉普拉斯变换解微分方程 传递函数是在零初始条件下将微分方程作拉普拉斯变换，进而运算而来, 传递函数与微分方程是等价的, 传递函数适合线性定常系统。 ) a s (F )t (f e at +→- ) s (F e )T t (f TS -→-

典型环节传递函数： 比例环节K 惯性环节 一阶微分环节 二阶微分环节 传递函数框图的化简 闭环传递函数 开环传递函数 误差传递函数 闭环传递函数是输出信号与输入信号间的传递函数。 误差传递函数又称偏差传递函数，是偏差信号与输入信号间的传递函数。 系统输出信号称为响应，时间响应由瞬态响应与稳态响应组成。 系统的特征方程是令系统闭环传递函数分母等于零而得。 特征方程的根就是系统的极点。 1S +τ 1 S 2S 2 2+ζτ+τ

一阶惯性系统 特征方程为： 系统进入稳定状态指响应c(t)进入并永远保持在稳态值c(∞)的允许误差范围内，允许误差常取2%或5% 调整时间 特征方程为： 特征方程的根（即极点）为： ??? ??±=?±=?=% 2,T 4%5, T 3t s n ω无阻尼自由振荡频率ζ 阻尼比0 S 2S 2 n n 2=ω+ζω+一对虚极点 无阻尼,j S ),(0n 2,1ω±==ζ不能用 系统振荡会越来越大,,0<ζ0 1T S =+

matlab在机械控制中的应用

Matlab在机械工程控制中的应用 姓名：xxx 学号：2010232 专业：机械制造及其自动化

Matlab在机械工程控制中的应用 摘要：MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 一、机械工程控制简介 机械控制工程是研究控制论在机械工程中应用的科学。它是一门跨控制论和机械工程的边缘学科。随着工业生产和科学技术的不断向前发展，机械工程控制论这门新兴学科越来越为人们所重视。他不仅满足今天自动化技术高度发展的需要，同时也与信息科学和系统科学紧密相关，更重要的是它提供了辩证的系统分析方法，即不但从局部，而且从整体上认识和分析机械系统，改进和完善机械系统，以满足科技的发展和工业生产的实际需要。 1.1机械工程控制论的研究对象与任务 机械工程控制论的研究对象是机械工程技术中广义系统的动力学问题。具体地讲，机械控制路是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系，也就是研究机械工程广义系统在一定的外界条件下，从系统的一定初始条件出发，所经历有内部的固有属性所决定的整个动态历程。就系统及其输入、输出三者之间动态关系而言，机械工程控制论的任务主要研究一下几方面的为题： （1）当系统已定，输入已知时，求出系统的输出（响应），并通过输出来研究系统本身的有关为题，称系统分析。 （2）当系统已定，系统的输出也已给定是，要确定系统的输出尽可能符合给定的最佳要求，称系统的最优控制。 （3）当输入已知输出也一给定时，要确定系统，使其可能符合给定的最佳要求，称最优设计。 （4）当输入和输出均已知时，求系统的结构参数，即建立系统的数学模型，称系统的便是或系统识别。 （5）当系统已定输出已知时，要识别输出输出输入的有关信息，成滤波与预测。

《控制工程基础》习题集

第一部分：单选题 1.自动控制系统的反馈环节中必须具有[ b ] a.给定元件 b ．检测元件 c ．放大元件 d ．执行元件 2. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输入，两者之间的传递函数是[ a ] a ．比例环节 b ．积分环节 c ．惯性环节 d ．微分环节 3. 如果系统不稳定，则系统 [ a ] a.不能工作 b ．可以工作，但稳态误差很大 c ．可以工作，但过渡过程时间很长 d ．可以正常工作 4. 在转速、电流双闭环调速系统中，速度调节器通常采用[ B ]调节器。 a ．比例 b ．比例积分 c ．比例微分 d ．比例积分微分 5.单位阶跃函数1(t)的拉氏变换式L[1(t)]为[ B ]： a ．S b. S 1 c. 2 1S d. S 2 6. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输入，两者之间的传递函数是[ A ] A ．比例环节 B ．积分环节 C ．惯性环节 D ．微分环节

7．如果系统不稳定，则系统 [ A ] A. 不能工作 B．可以工作，但稳态误差很大 C．可以工作，但过渡过程时间很长 D．可以正常工作 8. 已知串联校正网络(最小相位环节)的渐近对数幅频特性如下图所示。试判断该环节的相位特性是[ A ]： A．相位超前B．相位滞后 [ B ]调节器。 A．比例 B．比例积分 C．比例微分 D．比例积分微分 10. 已知某环节的幅相频率特性曲线如下图所示，试判定它是何种环 A．相位超前 B. 相位滞后

C. 相位滞后－超前 D. 相位超前－滞后 12. 开环增益K 增加，系统的稳定性（ c ）： A ．变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不一定 13. 开环传递函数的积分环节v 增加，系统的稳定性（ ）： A ．变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不一定 14. 已知 f(t)=0.5t+1，其L[f(t)]=( c ): A ．S+0.5S 2 B. 0.5S 2 C. S S 1212 D. S 21 15.自动控制系统的反馈环节中必须具有（ b ）： A.给定元件 B ．检测元件 C ．放大元件 D ．执行元件 16.PD 调节器是一种（ a ）校正装置。 A ．相位超前 B. 相位滞后 C. 相位滞后－超前 D. 相位超前－滞后 17.已知最小相位系统的开环对数幅频特性曲线的渐近线如下图所示，试确定其开环增益K （ c ）。 A 、0 ； B 、5 ； C 、10 ； D 、12 L(18.已知系统的特征方程为S 3+S 2+τS+5=0，则系统稳定的τ值范围为（ c ）。 τ>0； B. τ<0 ； C. τ>5 ； D. 0<τ<5 19.开环传递函数的积分环节v 增加，系统的稳态性能（ ）：

机械控制工程基础复习重点总结

◎闭环控制系统主要由给定环节、比较环节、运算放大环节、执行环节、被控对象、检测环节（反馈环节）组成 ◎开环控制反馈及其类型：内反馈、外反馈、正反馈、负反馈。 ◎1、从数学角度来看，拉氏变换方法是求解常系数线性微分方程的工具。可以分别将“微分”与“积分”运算转换成“乘法”和“除法”运算，即把微分、积分方程转换为代数方程。对于指数函数、超越函数以及某些非周期性的具有不连续点的函数，用古典方法求解比较烦琐，经拉氏变换可转换为简单的初等函数，就很简便。 2、当求解控制系统输入输出微分方程时，求解的过程得到简化，可以同时获得控制系统的瞬态分量和稳态分量。 3、拉氏变换可把时域中的两个函数的卷积运算转换为复频域中两函数的乘法运算。在此基础上，建立了控制系统传递函数的概念，这一重要概念的应用为研究控制系统的传输问题提供了许多方便。 ◎描述系统的输入输出变量以及系统内部各变量之间的数学表达式 称为系统的数学模型，各变量间的关系通常用微分方程等数学表达式来描述。 ◎建立控制系统数学模型的方法主要有分析法（解析法）、实验法 ◎建立微分方程的基本步骤：1、确定系统或各元件的输入输出，找出各物理量之间的关系 2、按照信号在系统中的传递顺序，从系统输入端开始列出动态微分方程 3、按照系统的工作条件，忽略次要元素，对微分方程进行简化 4、消除中间变量 5整理微分方程，降幂排序，标准化。 ◎传递函数具有以下特点：1、传递函数分母的阶次与各项系数只取决于系统本身的固有特性，而与外界输入无关。 2、当系统在初始状态为0时，对于给定的输入，系统输出的拉氏逆变换完全取决于系统的传递函数。 x0(t)=L^-1[X0(s)]=L^-1[G(s)Xi(s)] 3、传递函数分母中s 的阶次n 不小于分子中s 的阶次m ，即n ≥m 。这是由于实际系统或元件总是具有惯性的 ◎方框图的结构要素：1、传递函数方框。2、相加点。3、分支点。 ◎时间响应及其组成：瞬态响应：系统在某一输入信号作用下，其输出量从初始状态到稳定状态的响应过程，也称动态响应，反映了控制系统的稳定性和快速性。 稳态响应：当某一信号输入时，系统在时间t 趋于无穷时的输出状态，也称静态响应，反映了系统的准确性。 ◎二阶系统的微分方程和传递函数： ◎系统稳态误差0lim (s)H(s)p s K G →=0 lim (s)H(s)v s K sG →=2 0lim (s)H(s)a s K s G →= ◎二阶系统响应的性能指标：1、上升时间r t ，响应曲线从原始工作状态出发，第一次达到稳态值所需要的时间定义为上升时间。对于过阻尼系统，上升时间定义为响应曲线从稳态值得10%上升到90%所需要的时间。2、峰值时间p t ，响应曲线达到第一个峰值所需要 的时间定义为峰值时间。3、最大超调量p M ，超调量是描述系统 相对稳定性的一个动态指标。一般用下式定义系统的最大超调量。 4、调整时间 s t 。5、振荡次数N ，在调整时间s t 内，0(t)x 穿越其稳定值0()x ∞次数的一半定义为振荡次数。（振荡次数与n ω无关，ξ 越大N 越小） ◎由此可见，系续稳定的充分必要条件是：系统特征方程的根全部具有负实部。系统的特征根就是系统闭环传递函数的极点，因此，系统稳定的充分必要条件还可以表述为系统闭环传递函数的极点全部位于［S ］平面的左半平面 线性定常系统对正弦输入的稳态响应被称为频率响应，该响应的频率与输入信号的频率相同，幅值和相位相对于输入信号随频率w 的变化而变化，反映这种变化特性的表达式0()i X X ω和-arctanTw 称系统的频率特性，它与系统传递函数的关系将G(S)中的S 用jw 歹取代，G(jw)即为系统的频率特性。

控制工程基础第1阶段测试题

江南大学现代远程教育2010年下半年第一阶段测试卷 考试科目:《控制工程基础》第1 章至第2 章（总分100分）时间：90分钟 ______________学习中心（教学点）批次：层次： 专业：计算机学号：身份证号： 姓名：得分： 一．简述题（50分） 1.按照功能，计算机控制系统可分成哪几类？各有什么特点？ 答：按功能分类：操作指导控制系统（数据处理系统DPS）、直接数字控制系统（DDC）、计算机监督系统（SCC）和分布控制系统等四类。它们的特点是：（1）操作指导控制系统（数据处理系统DPS） 所谓操作指导是指计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。操作人员根据这些数据再进行必要的操作，从而计算机起到了一个操作指导的作用。 （2）直接数字控制系统（DDC） 所谓DDC（Direct Digital Control）控制就是用一台微型机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较，再按直接数字控制方法或PID规律进行控制运算，然后输出到执行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。这是计算机参与控制的最普遍的一种方式。 （3）计算机监督系统（SCC） 计算机监督系统（Supervisory Computer Control）简称SCC系统。在计算机监督控制系统中，由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值后，通过输出通道，去送给模型调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节系统或DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作情况。

（4）分布控制系统 1、可靠性高； 2、速度快； 3、系统模块化； 4、设计、开发、维护简便； 5、价格低 2.DDC系统主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 主要有输入部分、CPU部分、输出部分和被控对象等四个部分： （1）输入部分：利用相应的传感器来检测被控对象的状态（包括信号滤波、统一信号电平和非线性补偿等），并把它转换成数字量，以便CPU处理。 （2）CPU部分：对得到的数字量进行必要的处理，并按预定的控制算法进行运算，再输出计算接果。（3）输出部分：把CPU计算输出的结果转换成数字量，并输出到相应的执行机构，以控制对应的参数。（4）被控对象：即为所需控制的生产对象。 3. 计算机控制系统和使用常规调节装置的自动控制系统有哪些相同点和不同点？ 答：相同点是：都能根据设计的要求，自动完成既定的控制任务。 不相同点是： （1）计算机控制系统可以完成复杂控制规律的控制，而常规调节装置的自动控制系统基本不可能。 （2）系统要改变控制规律，计算机控制系统只要改变程序即可，而常规调节装置的自动控制系统必需改变硬件线路。

控制工程基础应掌握的重要知识点

控制工程基础应掌握的重要知识点 控制以测量反馈为基础，控制的本质是检测偏差，纠正偏差。 自动控制系统的重要信号有输入信号、输出信号、反馈信号、偏差信号等。 输入信号又称为输入量、给定量、控制量等。 自动控制按有无反馈作用分为开环控制与闭环控制。 自动控制系统按给定量的运动规律分为恒值调节系统、程序控制系统与随动控制系统。自动控制系统按系统线性特性分为线性系统与非线性系统。 自动控制系统按系统信号类型分为连续控制系统与离散控制系统。 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性、快速性。 求机械系统与电路的微分方程与传递函数 拉普拉斯变换： 传递函数是在零初始条件下将微分方程作拉普拉斯变换，进而运算而来, 传递函数与微分方程是等价的, 传递函数适合线性定常系统。 典型环节传递函数： 比例环节K 惯性环节 一阶微分环节振荡环节 二阶微分环节 )a s(F )t(f e at+ → -)s(F e )T t(f TS - → - 1 S+ τ 1 S 2 S2 2+ ζτ + τ

传递函数框图的化简 误差传递函数又称偏差传递函数，是偏差信号与输入信号间的传递函数。系统输出信号称为响应，时间响应由瞬态响应与稳态响应组成。 系统的特征方程是令系统闭环传递函数分母等于零而得。 特征方程的根就是系统的极点。

一阶惯性系统 的单位阶跃响应： 特征方程为： 特征方程的根（即极点）为： 单位阶跃信号 系统进入稳定状态指响应c(t)进入并永远保持在稳态值c(∞)的允许误差范围内，允许误差常取2%或5% 调整时间 二阶振荡系统： 特征方程为： 单位阶跃响应c(t)： 1 063.2% 86.5% 95% 98.2% 99.3% T 2T 3T 4T 5T 0.632 t ()1t T c t e -=-() c t 斜率 1 T A 1 )t (r =???? ?±=?±=?=% 2,T 4% 5,T 3t s 1 TS 1 )S (R )S (C )S (G +==2 n n 22n 2 2 S 2S 1 TS 2S T 1 ) S (R )S (C )S (G ω+ζω+ω= +ζ+= =n ω无阻尼自由振荡频率ζ阻尼比2 n d d n 2n n 2,11,j 1j S ,,707.02 2 ,)8.0,4.0(,),(10ζ-ω=ωω±ζω-=ζ-ω±ζω-=ζζ== ζ∈ζ<ζ<有阻尼自由振荡频率为一对复极点极点过大则响应慢过小则振荡厉害最佳好统应工作在此状态具有振荡特性的二阶系欠阻尼0 S 2S 2n n 2=ω+ζω+一对复极点 欠阻尼,1j S ),(102n n 2,1ζ-ω±ζω-=<ζ<两相同实极点 临界阻尼,S ),(1n n 2,1ω-=ζω-==ζ两不同实极点过阻尼,1S ),(12 n n 2,1-ζω±ζω-=>ζ一对虚极点 无阻尼,j S ),(0n 2,1ω±==ζ不能用 系统振荡会越来越大,,0<ζ01T S =+T 1S 1- =

控制工程基础学习笔记

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控制工程基础学习笔记 一、概论 1.1基本概念 控制：由人或用控制装置使受控对象按照一定目的来动作所进行的操作。 输入信号：人为给定的，又称给定量。 输出信号：就是被控制量。它表征对象或过程的状态和性能。 反馈信号：从输出端或中间环节引出来并直接或经过变换以后传输到输入端比较元件中去的信号，或者是从输出端引出来并直接或经过变换以后传输到中间环节比较元件中去的信 号。 偏差信号：比较元件的输出，等于输入信号与主反馈信号之差。 误差信号：输出信号的期望值与实际值之差。 扰动信号：来自系统内部或外部的、干扰和破坏系统具有预定性能和预定输出的信号。 1.2控制的基本方式 开环控制：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统，称为开环控制系统。

闭环控制：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统，称为闭环控制系统。 1.3反馈控制系统的基本组成 给定元件：用于给出输入信号的环节，以确定被控对象的目标值（或称给定值）。 测量元件：用于检测被控量，通常出现在反馈回路中。 比较元件：用于把测量元件检测到的实际输出值经过变换与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：用于将比较元件给出的偏差信号进行放大，以足够的功率来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件：用于直接驱动被控对象，使被控量发生变化。 校正元件：亦称补偿元件，它是在系统基本结构基础上附加的元部件，其参数可灵活调整，以改善系统的性能。 1.4对控制系统的性能要求 稳定性：指系统重新恢复稳态的能力。稳定是控制系统正常工作的先决条件。

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控制工程基础 第一章 一、自动控制：无人参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置或控制口），使机器、设备或装置（控制装置或控制口），使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动地按照预定的规律运行。 二、自动控制系统：将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体。开环控制系统：结构简单，便宜；无反馈；稳定性强；抗干扰能力弱。 闭环控制系统：结构复杂，昂贵；有反馈；稳定性差；抗干扰能力强。 自动控制的三种控制方式： 1、开环控制：控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，系统中无反馈。 2、闭环控制：系统中有反馈。 3、复合控制：按偏差控制和扰动控制相结合的控制方式。 反馈控制系统的基本组成：给定元件、测量元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件。 输入信号：r(t) 输出信号：c(t) 偏差信号：e(t) 误差信号：ε(t) 扰动信号：n(t) 前向通道：信号从输入端沿箭头方向到达输入端的传输通道 主通道：前向通道可以由多个，其中有一个是主通道。 主反馈：从输出端到输入端的反馈。 反馈通道：与前向通道信号传递方向相反的通道。 局部反馈：从中间环节到输入端或从输出端到中间环节的反馈。 恒指控制系统 一、按给定信号的特征分类随动控制系统 程序控制系统 二、按系统的数学描述分类： 1》线性系统：当系统各元件输入、输出特性是线性特性，系统的状态和性能可以用线性微分方程描述。 2》线性定常系统：若描述系统的微分方程系数是不随时间而变化的常数。 3》线性时变系统：若微分方程的系数为时间的函数。 4》非线性系统：系统中只要存在一个非线性特性的元件，系统就由非线性方程来描述。 按系统传递信号的性质分类：1，连续系统2，离散系统 按系统输入与输出信号的数量分类： a.单输入单输出系统 b.多输入多输出系统 按微分方程的性质分类：a,集中参数系统b，分布参数系统 对控制系统的性能要求：1-稳定性（首要条件）2-快速性3-准确性 第三章 传递函数定义：单输入单输出线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉式变换与其输入量的拉氏变换之比。 传递函数性质： （1）传递函数只取决于系统和元件的结构和参数，与外作用及初始条件无关。 （2）传递函数只适用于线性定常系统，因为它是由拉氏变换而来的，而拉氏变换是一种线

Matlab在自动控制中的应用教学内容

M a t l a b在自动控制中 的应用

MATLAB在控制理论中的应用 摘要：为解决控制理论计算复杂问题，引入了MATLAB。以经典控制理论和现代控制理论中遇到的一些问题为具体实例，通过对比的手法，说明了MATLAB在控制理论应用中能节省大量的计算工作量，提高解题效率。 引言：现代控制理论是自动化专业一门重要的专业基础课程，内容抽象，且计算量大，难以理解，不易掌握。采用MATLAB软件计算现代控制理论中的问题可以很好的解决这些问题。自动控制理论分为经典控制理论和现代控制理论，在控制理论学习中，经常要进行大量的计算。这些工作如果用传统方法完成，将显得效率不高，额误差较大。因此。引用一种借助于计算机的高级语言来代替传统方法就显得十分必要。MATLAB集科学计算，可视化，程序设计于一体，对问题的描述与求解较为方便，在控制理论的学习中是一种备受欢迎的软件。 MATLAB简介：MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 1、MATLAB在系统的传递函数和状态空间模型之间的相互转换的应用：例1：求以下状态空间模型所表示系统的传递函数： 解：执行以下的M-文件：

控制工程基础答案

作业 P81-3,1-4。1-3 1-4

(P72)2-1，2-2。 2-1-a 22,u u u u u u i c i c -==+ dt du dt du c RC RC R i u i 22-==dt du dt du i RC u RC =+22 2-1-b 221Kx B B dt dx dt dx =- dt dx dt dx B Kx B 122=+ 2-1-c 2u u u i c -= 2212()(1212R C C R i i u R u R u dt du dt du R c i i -+-=+= i dt du dt du u R C R R u R R C R R i 22121221)(2+=++ 2-1-d 22211121x K x K x K B B dt dx dt dx =-+- 1122112)(x K B x K K B dt dx dt dx +=++ 2-1-e 1211R u R u R i i -= ???-+-= +=dt u dt u u u dt i R i u C R i C R R R i R R R C R 21 1211 21211121 2 i dt du dt du u C R u C R R i +=++22212 )(

? (P72)2-1，2-2 2-1-f dt dy B y K X K y K x K x K x K =--=-2222222111, 12212 1)1(x x y K K K K -+= dt dx K BK dt dx K K B x K x K K x K 12122 1)1()(1122122-+=-+- 111212112)(x K BK x K K K B dt dx dt dx +=++ 2-2 2 222212 121212222311311)( ,)( )(dt x d dt dx dt dx dt dx dt x d dt dx dt dx dt dx m B x K B m B B x K t f =--- =-- --22322 32 2 221 )(x K B B m B dt dx dt x d dt dx +++= 3 132222 1211 3311) () (dt x d dt x d dt x d dt dx dt t df m B B B K =++-- 2 2222 223 233 3122 223 13 2322 22322 )(]) ([]) ([dt x d dt dx dt x d dt x d B B B dt dx dt x d B K dt t df B K B B m x K B B m ++++- +++-+2 22 32132 333214 24321)(dt x d B K m dt x d B B B m dt x d B m m + + = + 2 2 23 234 24] [) (12323121213212312121dt x d dt x d dt x d K m B B B B B B K m B m B m B m B m m m +++++++++dt t df dt dx B x K K B B K B B K )(32213213122 )]()([=+++++ ? （P72）2-3:-2)、-4)、-6)；2-4:-2)。 2-3:-2) 21)2)(1(321)(++++++==s A s A s s s s G

机械控制工程基础试题及答案(汇编)

一、单项选择题（在每小题的四个被选答案中，选出一个正确的答案，并将其 答案按顺序写在答题纸上，每小题2分，共40分） 1． 闭环控制系统的特点是 A 不必利用输出的反馈信息 B 利用输入与输出之间的偏差对系统进行控制 C 不一定有反馈回路 D 任何时刻输入与输出之间偏差总是零，因此不是用偏差来控制的 2．线性系统与非线性系统的根本区别在于 A 线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入 B 线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入 C 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理 D 线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理 3． 222 )]([b s b s t f L ++=，则)(t f A bt b bt cos sin + B bt bt b cos sin + C bt bt cos sin + D bt b bt b cos sin + 4．已知 ) (1)(a s s s F +=，且0>a ，则 )(∞f A 0 B a 21 C a 1 D 1 5．已知函数)(t f 如右图所示，则 )(s F A s s e s e s --+2211 B s s e s s 213212+-- C )22121(1332s s s s se e e se s ------+ D )221(1s s s e e s e s ----+ 6．某系统的传递函数为 ) 3)(10()10()(+++=s s s s G ，其零、极点是 A 零点 10-=s ，3-=s ；极点 10-=s B 零点 10=s ，3=s ；极点 10=s

C 零点 10-=s ；极点 10-=s ，3-=s D 没有零点；极点 3=s 7．某典型环节的传递函数为Ts s G =)(，它是 A 一阶惯性环节 B 二阶惯性环节 C 一阶微分环节 D 二阶微分环节 8．系统的传递函数只与系统的○有关。 A 输入信号 B 输出信号 C 输入信号和输出信号 D 本身的结构与参数 9．系统的单位脉冲响应函数t t g 4sin 10)(=，则系统的单位阶跃响应函数为 A t 4cos 40 B 16402+s C )14(cos 5.2-t D 16 102+s 10．对于二阶欠阻尼系统来说，它的阻尼比和固有频率 A 前者影响调整时间，后者不影响 B 后者影响调整时间，前者不影响 C 两者都影响调整时间 D 两者都不影响调整时间 11．典型一阶惯性环节1 1+Ts 的时间常数可在单位阶跃输入的响应曲线上求得， 时间常数是 A 响应曲线上升到稳态值的95%所对应的时间 B 响应曲线上升到稳态值所用的时间 C 响应曲线在坐标原点的切线斜率 D 响应曲线在坐标原点的切线斜率的倒数 12．已知)()()(21s G s G s G =，且已分别测试得到： )(1ωj G 的幅频特性 )()(11ωωA j G =，相频)()(11ω?ω=∠j G )(2ωj G 的幅频特性 2)(2=ωj G ，相频ωω1.0)(2-=∠j G 则 A )(1.011)(2)(ωω?ωωj e A j G -?=