第6章 测量反馈系统
江苏大学线性系统理论(现代控制理论)考试必备--第6章.答案
=
C R
P1
CP1
RP
1
I qq 0
0 I ( n q )( n q )
再来讨论(n－q)维状态观测器的构建，用线性变换 x = Px，
将方程(1)变换成
x = PAP-1x + PBu y = CP-1x = CP-1x = Iqq 0 x
记 : A＝PAP－1 B＝PB
C CP1
以足够快的速度趋近于零，也就是说，不管状态观测器的
初始状态如何，状态观测器所重构的状态变量 xˆ 终将逐渐
趋近于实际状态 x ，所以，这样的状态观测器也称之为渐 进状态观测器。该性质也使其在实际使用中毋需设置初始 状态。
第6章 状态观测器
江苏大学电气学院
值得一提的是，虽然 (A－MC) 特征值的负实部离虚
i (A C M ) i , i =1,2, , n
求出M后，即可构成闭环状态观测器：
xˆ = (A - MC)xˆ + My + Bu
(8)
第6章 状态观测器
江苏大学电气学院
全维状态观测器的另一种设计方法是，先对被观测系
统进行非奇异变换 z＝T，x 再从形式上列出类似于式(8)
的观测器方程。
B
x
x C
y
A
xˆ 0
B
xˆ
xˆ C
yˆ
A
第6章 状态观测器
江苏大学电气学院
这样的观测器称为开环状态观测器，从开环状态观测
器中取出 xˆ 可作为 x 的估计值近似替代，当然希望 xˆ 与x 是相等的。用 x 来表示 x 和 xˆ 的偏差，即 x x xˆ ， 下面来简单分析估计偏差 x的特性。式(1)和式(2)相减得
自动控制原理 题库第六章 线性系统校正 习题
6-1证明RC 无源超前校正环节 最大超前相角为采用半对数坐标时最大超前相角所对应的频率位于两个转折频率的中间或等于零、极点乘积的平方根，即 6-2某单位反馈控制系统的设计指标为上升时间0.1r t ≤秒，超调量%16%σ≤，斜坡输入下的稳态误差0.05ssv e ≤。
（a ）试问系统开环频率特性的低频段需要满足什么要求？中频段需要满足什么要求？（b ）在s 平面内绘制出能满足设计要求的系统主导极点所在的区域。
6-3某系统框图如下图所示，误差c r e -=，01≥K ，02≥K 。
（a ）要求系统对单位斜坡输入t t r =)(的稳态误差3.0≤，主导极点的阻尼比707.0≥ξ，调节时间 2.33s t ≤秒（按5%误差考虑），请在s 平面上绘制出满足上述设计要求的闭环极点的可行区域，给出1K 、2K 应满足的条件。
（b ）设11=K 、2、10，绘制三种情况下以2K 为可变参数的根轨迹。
（c ）设101=K ，确定满足（a ）中性能指标的2K 的值。
6-4下图所示为钟摆的角度控制系统，其中被控对象为阻尼为零的二阶系统。
（a ）试问控制器()c G s 必须满足什么条件，才能使系统为非条件稳定系统？（b ）选用常规调节器，使得系统对阶跃扰动输入w 稳态误差为零，系统还可以做到非条件稳定吗？（c ）选用PID 控制器应用根轨迹方法分析p k 、i T 和d k 发生变化时对系统快速性、稳定性的影响。
答案：应用关系12d i TT k T =和12p i TT k T +=容易给出分析结果。
6-5力、转矩的积分为速度、转速，速度、转速的积分为位置、转角，许多重要的运动控制系统的被控对象可以描述为二重积分器传递函数，即用根轨迹法分析比例控制p k 、比例微分控制(1)p d k k s k s +=+和超前校正(1)(12)k s s ++、(1)(9)k s s ++、(1)(4)k s s ++几种情况下闭环根轨迹的情况和闭环系统的性能。
自动控制原理（胥布工）第二版章习题及详解
⾃动控制原理（胥布⼯）第⼆版章习题及详解第6章习题及详解6-1 试求图6-93所⽰电路得频率特性表达式,并指出哪些电路得低频段增益⼤于⾼频段增益。
(a) (b)(c) (d)图6-93 习题6-1图解:(a) ;(b);(c) ;(d) ;(a)与(c)低频段增益⼩于⾼频段增益;(b)与(d)低频段增益⼤于⾼频段增益。
6-2 若系统单位脉冲响应为,试确定系统得频率特性。
解:,故6-3 已知单位反馈系统得开环传递函数为试根据式(6-11)频率特性得定义求闭环系统在输⼊信号作⽤下得稳态输出。
解:先求得闭环传递函数。
(1),,。
(2),,。
故。
6-4 某对象传递函数为试求:(1)该对象在输⼊作⽤下输出得表达式,并指出哪部分就是瞬态分量;(2)分析与增⼤对瞬态分量与稳态分量得影响;(3)很多化⼯过程对象得与都很⼤,通过实验⽅法测定对象得频率特性需要很长时间,试解释其原因。
解: (1)前⼀项为瞬态分量,后⼀项为稳态分量。
(2)与增⼤,瞬态分量收敛更慢;稳态分量幅值减⼩,且相位滞后更明显。
(3)因为瞬态分量收敛太慢。
6-5 某系统得开环传递函数为试描点绘制:(1)奈奎斯特曲线;(2)伯德图;(3)尼科尔斯图。
解:各图如习题6-5图解所⽰。
Nichols ChartOpen-Loop P hase (deg)O p e n -L o o p G a i n (d B )习题6-5图解6-6 给定反馈系统得开环传递函数如下, (a ); (b ); (c ); (d );(e )。
(1) 试分别绘出其开环频率特性得奈奎斯特草图,并与借助Matlab 绘制得精确奈奎斯特曲线进⾏⽐较。
(2) 试根据草图判断各系统得稳定性。
解:(1)精确曲线如习题6-6图解所⽰。
习题6-6图解(2)(a)临界稳定(闭环系统有⼀对共轭虚根),其余系统稳定。
6-7 给定反馈系统得开环传递函数如下, (a );(b ) ;(c );(d );(1) 试绘出各系统得开环对数幅频渐近特性,并根据所得得渐近特性估算截⽌频率与相位裕度。
第6章频域测量
第6章 频域测量
频谱分析仪依靠中频滤波器分辨各频率成分，检波器测 量信号功率，依靠本振和显示横坐标的对应关系得到信号频 率值。 实际中的频谱仪的组成结构要比图7.1复杂得多，为 了获得高的灵敏度和频率分辨力，要采用多次变频的方法，以 便在几个中间频率上进行电压放大。
第6章 频域测量
6.2.1频率特性测试仪的基本组成和工作原理 频率特性测试仪简称扫频仪，它是利用示波管直接显示被测二
端网络频率特性曲线的仪器，是描绘表征网络传递函数的仪器。频 率特性测试仪是在静态逐点测量法的基础上发展起来的一种快速、 简便、实时、动态、多参数、直观的测量仪器，它被广泛地应用于 电子、通信工程等领域，例如，家用电器(电视机、收录机等)和通 信设备(收、发信机等)的测量、调试都离不开扫频仪。
第6章 频域测量
第6章 频域测量技术
6.1 频域测量的原理与分类 6.2 线性系统频率特性测量 6.3 频谱分析测量
第6章 频域测量
6.1 频域测量的原理与分类
6.1.1 频域测量的原理 对于一个过程或信号，它具有时间-频率-幅度的三
维特性，如图6.1所示。
频率 频域
电压 时域
时间
图6.1 信号的三维特性
第6章 频域测量
2．扫频测量法 扫频测量法是在点频测量法的基础上发展起来的。它是利用一 个扫频信号发生器取代了点频法中的正弦信号发生器，用示波器取 代了点频法中的电压表而组成的。其工作原理如图6.3所示。 图(a)中扫频振荡器是关键环节，它产生一个幅度恒定且频率 随时间线性连续变化的信号作为被测电路的输入信号，通常称为扫 频信号，如图6.2(b)中的波形②。 这个扫频信号经过被测电路后就不再是等幅的，其幅度按照被 测网络的幅频特性作相应变化，如图6.2(b)中的波形③。这个波形 的包络线的形状就是被测电路的幅频特性，经过包络检波器将其包 络解调出来，最后经过Y通道放大器放大，加到示波管Y偏转系统。
控制工程基础 第6章 控制系统的误差分析和计算
C0 (s)
N (s)
R(s) B(s)
(s)
-
G1 ( s )
+ G2 (s)
H (s)
e(s) -
C(s)
(b)
误差
C0(s) (s) N(s)
R(s)
1 H(s)
R1(s) C0(s)
E1(s(s))H(s)
E(s)
G1(s)
G2(s) C(s)
(c)
e(s) -+ (s)
H (s)
E(s)
因为偏差 (s) R(s) B(s) H (s)C0 (s) H (s)C(s) H (s)e(s)
这里 R(s) H (s)C0 (s) 是基于控制系统在理想工作情况下
(s) 0 得到的。
即当控制系统的偏差信号 (s) 0 时，该控制系统无调节控制
作用，此时的实际输出信号C(s)就是希望输出信号 C0 (s) 。
G(s)H(s)
i1 nv
sv (Tis 1)
i1
（4）稳态误差系数和稳态误差的总结 （系统在控制信号作用下）
此表概括了0型、Ⅰ型和Ⅱ型反馈控制系统在不同输入信号作用下的
稳态误差。在对角线上，稳态误差为有限值；在对角线以上部分，
稳态误差为无穷大；在对角线以下部分，稳态误差为零。由此表可
以得如下结论：
何改变系统结构?
(s)
- G1 K1
解：（1）给定作用下的误差传递函数为
RE (s)
(s)
R(s)
1
1
K1
K2 s
s s K1K2
当给定输入为单位阶跃输入时，稳态误差为
N (s)
+
G2
K2 s
数控机床电气控制第六章
第六章 检测装置
6.5 光栅 6.5.1 光栅结构与工作原理 无论是长光栅或圆光栅，主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床活动部 件（如工作台或丝杠）上，光栅读数头安装在机床的固定部件（如机床底座）上，两者由于工作台的移动而 雨相对移动。在光栅读数头中，有一个指示光栅，它可以随光栅读数头在标尺光栅上移动，因此，在光栅安 装时，必须严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度要求以及二者之间的间隙（通常取 0.05mm 或 0.lmm）要 求。 1 结构 （1）光栅尺 标尺光栅和指示光栅，统称光栅尺，采用真空镀膜方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃板或长条形金属 镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行、距离相等，该间距被称为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角 的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为每毫米 25 条、50 条、 条、 条、 条。 100 125 250 对于圆光栅， 如果直径为 70mm， 一周内的刻线 100～768 条； 如果直径为 110mrn， 一周内的刻线 600～1024 条。但是对于同一光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。
Hale Waihona Puke 第六章 检测装置图 6-3 绝对式光电编码器的结构图 由于绝对式光电编码器转过的圈数由 RAM 保存，所以断电后机床的位置即使断电或断电后又移动过也 能够正常工作。
第六章 检测装置
6.3 感应同步器 6.3.1 感应同步器结构与工作原理 1.结构特点 直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，相当于一个展开式的多极旋转变压器，其结构如图 6-4 所示。定 尺和滑尺的基板由与机床线胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘接剂贴有钢箔，利用照相腐蚀的办法做 成图示的印刷线路绕组。感应同步器定尺绕组是一个单向均匀的连续绕组；滑尺有两个绕组，其位置相距绕 组节距（2 ）的 1/4，分别称为正弦绕组和余弦绕组。定尺和滑尺绕组的节距相等，均为 2 ，这是衡量感 应同步器精度的主要参数，工艺上要保证其节距的精度。一块标准型感应同步器定尺长度为 250mm，节距 为 2mm，其绝对精度可达 2.5 m，分辨率为 0.25 m。
第6章 测量反馈系统
第6章测量反馈系统试题库一、填空：116.1.1 检测旋转位移传感器有 、圆光电编码器等。
[旋转变压器]6.1.1 按有无检测反馈装置将机床分为开环控制、半闭环控制、 机床。
[闭环控制]6.1.1闭环控制机床是具有 装置的机床。
[位置检测反馈]6.1.1 半闭环控制机床是具有 装置的机床。
[速度检测反馈]6.1.1位置检测装置按检测位置的不同分为直接检测和间接检测。
直接检测运动部件的实际位移用于 控制。
间接检测运动部件的实际位移用于 控制。
[闭环、半闭环]6.2.1 旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种 。
[小型交流电机]6.2.1 使用 作位置检测装置的半闭环进给系统，一方面用它作实际位移反馈信号，另一方面作测速信号。
[旋转变压器]6.3.1 直线感应同步器由定尺绕组、 绕组组成，两种绕组相位差1/4节距。
[滑尺]6.4.1检测直线位移传感器有 传感器、同步感应传感器等。
[光栅]6.4.1 莫尔条纹具有 、均化误差的作用。
[放大信号]6.5.1脉冲编码器是一种 位置检测元件，按照编码方式，可分为 和 两种。
[光学式、增量式、绝对式]二、单项选择：146.1.1 下列哪种伺服系统的精度最高：（） DA、开环伺服系统B、闭环伺服系统C、半闭环伺服系统D、闭环、半闭环系统6.1.1 下列哪种检测元件，不属于位置检测元件（） AA、测速发电机B、旋转变压器C、编码器D、光栅6.1.1 检测元件在数控机床中的作用是检测移位和速度，发送( )信号，构成闭环控制。
AA、反馈B、数字C、输出D、电流6.1.1闭环位置控制系统的检测元件安装在（）。
DA、运动驱动电机上B、机械传动元件上C、运动执行元件上D、运动执行元件、机床固定元件上6.1.1 闭环控制方式的移位测量元件应采用( )。
AA、长光栅尺B、旋转变压器C、圆光栅D、光电式脉冲编码器6.2.1旋转变压器的结构特点是( ) D6.3.1 下列哪种检测元件检测线位移（） CA、旋转变压器B、光电盘C、感应同步器D、无正确答案6.3.1 感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( )。
自动控制理论智慧树知到答案章节测试2023年山东大学
第一章测试1.自动控制系统的工作原理是检测{偏差}，再以{偏差}为控制作用，从而消除偏差。
（）A:对B:错答案:A2.自动控制装置由{测量元件}，{比较元件}，调节元件，{执行元件}四部分组成。
（）A:错B:对答案:B3.连续系统是指系统中各部分的输入和输出信号都是连续变化的模拟量。
（）A:对B:错答案:A4.线性定常系统是用线性常系数微分方程描述的系统。
（）A:对B:错答案:A5.给定输入是对系统输出量的要求值。
（）A:对B:错答案:A6.被控量是指被控系统所要控制的物理量。
（）A:对B:错答案:A7.被控对象是指被控制的机器，设备和生产过程。
（）A:对B:错答案:A8.下列选项中，开环控制系统是指系统的输出量对系统（）。
A:无控制作用B:其他选项都包括C:有无控制作用答案:A9.闭环控制系统是系统的输出量对系统有控制作用。
（）A:对答案:A10.开环控制系统的特点是结构简单，无反馈，不能纠正偏差。
闭环控制系统的特点是能自动纠正偏差，需要考虑稳定性问题。
（）A:错B:对答案:B第二章测试1.求图示系统的传递函数（）A:B:C:D:答案:B2.下列选项中，求图示无源网络的传递函数G(S)==（）A:B:C:D:答案:B3.下列选项中，求图示无源网络的传递函数G(S)==（）A:B:C:D:答案:D4.下列选项中，求图示无源网络的传递函数G(S)=（）A:B:C:D:答案:C5.用解析法列写线性系统的微分方程有哪些步骤？（）。
A:确定输入输出、根据物理定律列元件各变量的微分方程、消中间变量、标准化B:确定输入、根据物理定律列元件各变量的微分方程、标准化C:确定输入输出、根据物理定律列元件各变量的微分方程、消中间变量D:确定输入、根据物理定律列元件各变量的微分方程、消中间变量、标准化答案:A6.传递函数与输入和初始条件无关。
（）A:错答案:B7.物理性质不同的系统，完全可以有相同的传递函数。
（）A:错B:对答案:B8.状态向量是以状态变量为元所组成的向量。
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第6章测量反馈系统试题库
一、填空：11
6.1.1 检测旋转位移传感器有 、圆光电编码器等。
[旋转变压器]
6.1.1 按有无检测反馈装置将机床分为开环控制、半闭环控制、 机床。
[闭环控制]
6.1.1闭环控制机床是具有 装置的机床。
[位置检测反馈]
6.1.1 半闭环控制机床是具有 装置的机床。
[速度检测反馈]
6.1.1位置检测装置按检测位置的不同分为直接检测和间接检测。
直接检测运动部件的实际位移用于 控制。
间接检测运动部件的实际位移用于 控制。
[闭环、半闭环]
6.2.1 旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种 。
[小型交流电机]
6.2.1 使用 作位置检测装置的半闭环进给系统，一方面用它作实际位移反馈信号，另一方面作测速
信号。
[旋转变压器]
6.3.1 直线感应同步器由定尺绕组、 绕组组成，两种绕组相位差1/4节距。
[滑尺]
6.4.1检测直线位移传感器有 传感器、同步感应传感器等。
[光栅]
6.4.1 莫尔条纹具有 、均化误差的作用。
[放大信号]
6.5.1脉冲编码器是一种 位置检测元件，按照编码方式，可分为 和 两种。
[光学式、增量式、绝对式]
二、单项选择：14
6.1.1 下列哪种伺服系统的精度最高：（） D
A、开环伺服系统
B、闭环伺服系统
C、半闭环伺服系统
D、闭环、半闭环系统
6.1.1 下列哪种检测元件，不属于位置检测元件（） A
A、测速发电机
B、旋转变压器
C、编码器
D、光栅
6.1.1 检测元件在数控机床中的作用是检测移位和速度，发送( )信号，构成闭环控制。
A
A、反馈
B、数字
C、输出
D、电流
6.1.1闭环位置控制系统的检测元件安装在（）。
D
A、运动驱动电机上
B、机械传动元件上
C、运动执行元件上
D、运动执行元件、机床固定元件上
6.1.1 闭环控制方式的移位测量元件应采用( )。
A
A、长光栅尺
B、旋转变压器
C、圆光栅
D、光电式脉冲编码器
6.2.1旋转变压器的结构特点是( ) D
6.3.1 下列哪种检测元件检测线位移（） C
A、旋转变压器
B、光电盘
C、感应同步器
D、无正确答案
6.3.1 感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( )。
C
A.代数和
B.代数差
C.矢量和
D.矢量差
6.3.1 感应同步器是一种( )位置检测元件。
B
A．光学式 B．电磁式C．数字式 D．增量式
6.3.1直线感应同步器类型有( ) D
A．标准型、窄型、带型和长型B．非标准型、窄型、带型和三重型
C．非标准型、窄型、带型和宽型 D．标准型、窄型、带型和三重型
A．很复杂 B。
复杂C。
较复杂 D。
筒单
6.4.1 光栅中，标尺光栅与指示光栅的栅线应：（）B
A、相互平行
B、互相倾斜一个很小的角度
C、互相倾斜一个很大的角度
D、外于任意位置均可
6.5.1 永磁同步电动机转子位置检测多用 ( ) D
A．光电式转子位置检测器 B、磁电式转子位置检测器
C。
绝对式脉冲编码器 D。
相对式脉冲编码器
6.5.1 在进给位置伺服系统中，UDC是指( )。
A
A.脉冲/相位变换器
B.鉴相器
C.可逆计数器
D.同步电路
6.5.1 下面哪种检测装置可直接将被测转角或位移量转化成相应代码。
( ) B
A、光电盘
B、编码盘
C、感应同步器
D、旋转变压器
三、判断：15
6.1.1 在闭环系统中，位置检测装置的作用仅只是检测位移量。
（ ）×
6.1.1 圆光电编码器主要用于直线运动导轨位移量的检测。
×
6.1.1 位置检测软件安装在伺服电动机的尾部的是闭环系统。
( ) ×半闭环
6.1.1 半闭环系统的反馈装置一般装在导轨上。
( ) ×伺服电机上
6.1.1 光栅尺是一种能够间接检测直线位移或角位移的伺服系统反馈元件。
( )。
×
准确的直接测量位移的元件
6.1.1 光电编码器是一种角位移传感器，属于直接测量元件。
（ ）×间接
6.1.3 测量反馈装置的作用是为了提高机床的安全性。
( ) × 提高机床的定位精度、加工精度
6.1.3 测量反馈装置的作用是为了提高机床的定位精度、加工精度。
( ) √
6.3.1 直线感应同步器的定尺、滑尺绕组的工作原理是基于感应电机的原理而工作的。
（ ）√
6.3.1 同步感应器是基于感应电动机的原理工作的。
（ ）√
6.4.1 光栅是数控机床的位置检测元件，它具有许多优点，但它的缺点是怕振动和油污。
( ) √
6.4.1 、光栅中，标尺光栅与指示光栅的栅线应相互平行。
（ ）× 互相倾斜一个很小的角度
6.4.1 光栅传感器在测量中形成的莫尔条纹，具有缩小检测距离的功能。
（ ）×
6.5.1 脉冲编码器是一种光学式的位置检测元件，编码盘直接装在旋转轴上，以测出轴的旋转角度位置和速度变
化，其输出信号为电脉冲。
（ ）√
6.5.1 脉冲编码器能把机械转角变成脉冲，可作为角速度检测装置。
( ) √
五、简答：4
6.3.1 感应同步器的结构如何？为什么它的定尺绕组的输出电势是位移X的函数？
答：感应同步器由固定绕组（定尺）和滑动绕组（滑尺）组成。
两种绕组都有两正弦、余弦绕组组成，滑尺上正弦、余弦绕组在空间相隔1/4节距。
滑尺相对定尺运动时，在定尺上感应出电动势，电动势的大小随滑尺的运动而改变，即定尺绕组的输出电动势是位移X的函数。
6.4.1 光栅的基本结构如何？什么是摩尔条纹的放大作用？
答：光栅由固定光栅和指示光栅组成。
在光源的照射下，指示光栅相对固定光栅运动时，形成摩尔条纹，摩尔条纹的节距比光栅的栅距大很多倍，即摩尔条纹将微小的指示光栅的运动距离放大，便于检测的这种作用叫摩尔条纹的放大作用。
6.5.1 光电编码器的结构如何？
答：由光源、编码盘、光电管等组成。
6.5.1 数控车床是如何实现车削螺纹的？
答：数控车床的主轴上装有编码器，主轴转动一周发出一定数量的脉冲信号，被数控装置采集后，发出刀架Z 向按螺纹导程或螺距应移动的脉冲数。
即实现主轴转一周，刀架移动一个螺距的传动关系。