5-1 反馈控制系统组成
(完整版)自动控制系统复试问题汇总
自动控制系统复试问题汇总1.开环控制系统和闭环控制系统的概念和特点？答：闭环控制系统是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用又有反向联系的过程。
它是按照偏差进行控制，控制精度较高，但系统所使用的元件较多，结构复杂，系统的性能分析和设计比较麻烦。
开环控制系统是控制装置与被控对象之间只有顺向作用没有反向联系的过程。
没有自动修正偏差的能力，抗扰动性较差，但结构简单，调整方便。
2.反馈控制系统的组成？答：组成控制系统的元件有测量元件（传感器、测速发电机等），给定元件（给定电压的电位计等），比较元件（差动放大器等），放大元件（电压放大器、功率放大器等），执行元件（阀、电动机等），校正元件（有源网络等）。
3.自动控制系统的分类？答：1.恒值控制系统：系统的输入是一个常值，要求被控量也是一个常值，故又称为调节器。
（温度控制，液位控制等）2.随动系统：系统的输入量是随时间变化的函数，要求被控量跟随输入量的变化，故又成为伺服系统。
（函数记录仪等）3.程序控制系统：系统的输入量是随时间变化的函数，要求被控亮准备迅速加以复现。
（数控机床等）4.反馈控制系统的实例？答：锅炉液位控制系统，电阻炉温控制系统等。
5.分析控制系统的工程方法有哪些？答：时域分析法，根轨迹法，频域分析法。
6.控制系统的数学模型有哪些？答：微分方程，传递函数，频率特性。
7.比例-微分（PD）控制特点？答:PD控制是一种超前校正，能在出现位置误差之前产生早期的修正信号，从而达到改善系统性能的作用。
它能够增大系统的阻尼比，使超调量下降，调节时间缩短，动态性能得到改善，又使相角裕度增大，从而改善稳态性能。
不影响系统的自然频率，微分控制对高频噪声有放大作用，不能用于高频情况。
8.测速反馈控制特点？答:通过将输出的速度信号反馈到输入端，并与误差信号比较，测速反馈可以增大系统阻尼，使超调量下降，调节时间缩短，动态性能得到改善，但会降低开环增益，增大稳态误差。
同样不影响系统自然频率。
过程控制系统第五章 前馈控制系统
TC 为温度调节器；K v为温度调节阀门。
5.1 前馈控制的基本概念
b）系统框图 图5-1 换热器温度反馈控制系统
在图5-1所示的温度反馈控制系统中，当扰动（如被加热的物料流量 q、入口
温化的度，大使小1其 和或偏方蒸离向汽给产压定生力值控p制D作等20 用的，，变随通化之过）温调发度节生调阀后节的，器动将按作引照改起被变热控加流量热体偏用出差蒸口值汽温e的度流2量20发q生D2变， 从而补偿扰动对被控量 2 的影响。
2. 前馈控制只适用于克服可测不可控的扰动，而对系统中的其它扰动无抑制作 用，前馈控制具有指定性补偿的局限性。为了克服这种局限性，通常将前馈、 反馈两者结合起来，构成复合控制系统。可测不可控的主要扰动由前馈控制抑 制，其它的由闭环控制解决。
3. 前馈控制具有静态和动态两种。静态前馈控制只能对扰动的稳态响应有良好 的补偿作用，但静态前馈控制器只是一个比例调节器，实施起来十分方便。动 态前馈控制几乎每时每刻都在补偿扰动对被控量的影响，故能极大提高控制过 程的动态品质，是改善控制系统品质的有效手段，但控制器取决于被控对象的 特性，往往比较复杂，难以实施。
（1）完全补偿难以实现。
前馈控制只有在实现完全补偿的前提下，才能使系统得到良好的动态品质、
但完全补偿几乎是难以作到的，因为要准确地掌握过程扰动通道特性 Wf (s)及
控制通道特性 W0 (s) 是不容易的。故而前馈模型 Wm (s) 难以准确获得；且被控
对象常含有非线性特性，在不同的工况下其动态特性参数将产生明显的变化，
（5-3）
5.1 前馈控制的基本概念
由此，可将前馈控制器的特点归纳如下：
1）前馈控制是“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”，故前馈控制又称为 “扰动补偿”。
反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统是一种常见的控制系统，由多个组成部分构成。
这些组成部分包括传感器、执行器、控制器和反馈环路。
传感器是反馈控制系统的重要组成部分，它们用于测量系统的输出或状态，并将这些信息传递给控制器。
传感器可以测量各种物理量，如温度、压力、速度、位置等。
执行器是另一个重要的组成部分，它们用于控制系统的输入或状态。
执行器可以是电动机、阀门、泵等，它们通过控制器接收指令并执行相应的操作。
控制器是反馈控制系统的核心部分，它们接收传感器测量的信息，并根据预设的控制算法计算出控制信号，将其发送给执行器。
控制器可以是模拟电路、数字电路或计算机程序。
反馈环路是反馈控制系统的另一个重要组成部分，它们用于将系统的输出与期望值进行比较，并将误差信号反馈给控制器。
反馈环路可以是开环或闭环，闭环反馈控制系统具有更好的稳定性和精度。
除了以上组成部分，反馈控制系统还包括信号调理电路、功率放大器、滤波器等辅助部件，它们用于提高系统的性能和稳定性。
反馈控制系统的基本组成部分包括传感器、执行器、控制器和反馈环路，这些部分共同协作，实现对系统的控制和调节。
TERM1P1
在机舱中所要控制的运行参数很多，
各控制系统的控制任务和结构形式 可能不同,但它们的组成单元及工作
过程基本相同。
一、柴油机 气缸冷却水温度的控制过程
把柴油机气缸冷却水温度控制在最佳 值上是保证柴油机安全、可靠和高效率运
行的重要因素之一。
1. 手动控制过程
眼
主 机
淡水泵 三通阀
脑
手
海水入口
海水出口
冷却器
理和特性，以及反馈控制过渡过程
的特点，掌握正确的使用和管理反 馈控制系统所应注意的问题。
第一章
反馈控制系统的基本概念
第一节 反馈控制系统的组成 第二节 反馈控制系统的动态过程
反馈控制系统的基本概念
反馈控制系统是将各种运行 参数如温度、压力、液位、粘度、 流量等控制在最佳值上。
反馈控制系统的基本概念
改变调节阀的开度也就是通过改变流入控制对象
的物质或能量流量来控制被控量的变化。
例如：在气缸冷却水温度控制系统中，淡水冷却
器是控制对象，冷却水温度是被控量。
2). 测量单元
测量单元用来测量被控量的实际值。
把被控量的实际值称为测量值，用Z表 示。测量单元把被控量的测量值检测 下来，并转变成统一的标准信号。
※ 减压阀、定值器 ※ 稳压电源
二、反馈控制系统的传递方框图
为了清楚地表明各单元在控制系统中的地位
和作用，以及各单元之间的信号传递关系，可
以不考虑各单元的具体结构形式和特点，而把 每个单元都抽象成一个方框，各方框之间用带 箭头的信号线连接起来，就构成了反馈控制系 统的传递方框图。
反馈控制系统的传递方框图
的信号线表示输出量。
1. 环 节
信号传递的单向性：输入量 的变化与环节的特性决定输出量 的变化 ，而输出量的变化不影响
反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统的基本组成反馈控制系统是由各种结构不同的元部件组成的。
从完成自动控制这一职能来看，一个系统必然包含被控对象和控制装置两大部分，而控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的。
在不同系统中，结构完全不同的元部件可以具有相同的只能，因此，将组成磁通的元部件按只能分类主要有以下几种。
测量与案件。
其职能是检测被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般要再转换为电量。
例如，测速发电机用于检测电动机的轴的速度并转换为电压；电位器、旋转变压器或自整角机用于检测角度并转换为电压；热电偶用于检测温度并转换为电压等。
给定元件其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量。
比较元件其只能是吧测量元件检测的被控量实际值与=给定元件给出的输入量进行基表，求出他们之间的偏差。
常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置、电桥电路等。
由给定电压和反馈电压都是直流电压，故需要将他们反向串联便可得到偏差电压。
放大元件其职能是将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。
电压偏差信号可用集成电路、晶闸管得过组成的电压放大级和功率放大级加以放大。
执行元件其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。
用来作为执行元件的有阀、电动机、液压马达等。
矫正元件也较补偿元件，它是结构或参数便于调整的元部件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统的性能。
最简单的矫正元件是由电阻、电容组成的无源或有源网络，复杂的则用电子计算机。
一个典型的反馈控制系统基本组成，比较元件，将测量元件检测到的被控量与输入量进行比较，-号表示两者符号相反及负反馈，+表示两者符号相同即正反馈。
信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通量称前向通路；系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通量称主反馈通路。
前向通路与主反馈通路共同构成主回路。
此外，还有局部反馈通路以及由它构成的内回路。
只包含一个主反馈通路系统成单回路系统；有两个或两个以上反馈通路的系统称为多回路系统。
机械工程控制基础(复习要点)
1
1
2）峰值时间：响应曲线达到第一个峰值所需 的时间。
tp d 1 2 n
3）最大超调量 M p ：常用百分比值表示为：
Mp x0 (t p ) x0 () x0 ( )
( / 1 2 )
第四章 频率特性分析
1、频率响应与频率特性
频率响应：线性定常系统对谐波输入的稳态响应。 幅频特性：线性定常系统在简谐信号激励下，其稳 态输出信号和输入信号的幅值比，记为A(ω)； 相频特性：线性定常系统在简谐信号激励下，其稳 态输出信号和输入信号的相位差，记为φ(ω)； 频率特性：幅频特性与相频特性的统称。即：线性 定常系统在简谐信号激励下，其稳态输出信号 和输入信号的幅值比、相位差随激励信号频率 ω变化特性。记为
G B s 1 Gk s G q s
第三章 时间响应分析
1、时间响应及其组成 时间响应：系统在激励作用下，系统输出随 时间变化关系。 时间响应可分为零状态响应和零输入响应或 分为自由响应和强迫响应。 零状态响应：“无输入时的系统初态”为零 而仅由输入引起的响应。 零输入响应：“无输入时的系统初态”引起 的自由响应。 控制工程所研究的响应往往是零状态响应。
K 增益 T 1Fra bibliotekn 时间常数 n 固有频率
阻尼比
6)一阶微分环节： G s s 1 7)二阶微分环节： G s s 2 s 1
2 2
8)延时环节： G s e s
7、系统各环节之间的三种连接方式：
串联：
G s Gi s
G ( j ) A e
j
频率特性又称频率响应函数，是激励频率ω的函数。 频率特性：在零初始条件下，系统输出y(t)的傅里叶 变换Y(ω)与输入x(t)的傅里叶变换X(ω)之比，即 Y j G ( j ) A e X
自动控制题库答案
第一章1．开环控制和闭环控制的主要区别是什么？主要区别是有无输出量的反馈，将输出量和定值比较后形成差值反馈给对象的输入端，就是闭环控制，无此过程就是开环控制。
2. 电加热炉炉温控制中，热电阻丝端电压U及炉内物体质量M的变化，哪个是控制量？哪个是扰动？为什么？U是控制量，改变U可以控制温度的高低；M是扰动，它的增减对温度产生不希望的影响，即影响炉温的高低。
3. 简述自动控制所起的作用是什么？作用是在人不直接参与的情况下，使某些被控量按指定规律变化。
4．恒值调节和随动调节的区别是什么？恒值调节的给定量为一常值，随动调节的给定量是个随时间变化的不能预知的量。
5. 简述自动控制电加热炉炉温控制的原理。
1）由热电偶测得炉温2）和给定温度值比较3）温度差大于0，则减小电炉电压使炉温降低，反之则增大电压。
6．比较被控量输出和给定值的大小，根据其偏差实现对被控量的控制，这种控制方式称为闭环控制。
7．简述控制系统由哪三大部分组成？测量，比较，控制1．反馈控制系统是指：a.负反馈 b.正反馈答案a.负反馈2．反馈控制系统的特点是：答案控制精度高、结构复杂3．开环控制的特点是：答案控制精度低、结构简单4．闭环控制系统的基本环节有：给定、比较、控制、对象、反馈5．自控系统各环节的输出量分别为：给定量、反馈量、偏差、控制量输出量。
6．自控系统的数学模型主要有以下三种：微分方程、传递函数、频率特性7．实际的物理系统都是：a.非线性的 b.线性的 a.非线性的8．线性化是指在工作点附近用代替曲线。
切线9．传递函数等于输出像函数比输入像函数。
10．传递函数只与系统结构参数有关，与输出量、输入量无关。
11．惯性环节的惯性时间常数越大，系统快速性越差。
12．二阶系统阻尼系数＞1，系统就不会出现过调。
13．最佳阻尼系数ξ＝0.707。
14．小时间迟后环节可近似为惯性环节。
15．分析某一时间的误差可用：a.终值定理 b.误差级数 c.拉氏反变换。
第一章 反馈控制系统的概念(本)
5 在反馈控制系统中，调节单元根据________的大小和方向，输出一个控制信号。 A．给定位 B．偏差 C．测量值 D．扰动量
6 在反馈控制系统中，设定值如果按照某一函数规律变化，则称为________。 A. 定值控制 B. 程序控制 C．随动控制 D．函数控制
7 在反馈控制系统中，执行机构的输入是________。 A．被控参数的实际信号 C．被控参数的偏差信号 B. 调节器的输出信号 D．被控参数的给定信号
过渡过程 : transient：指自动控制系统在动态中被控量随时间的变化过程。 或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。 y
t 平衡状态 平衡 状态 过渡过程
自动控制系统过渡过程曲线
二．控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号：
（ 1）阶跃输入： （ 2）速度输入 ：
（ 3）加速度输入：
（ 4）脉冲输入：
（ 5）正弦输入： 其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。
r(t) R 0 r(t)
r(t)
Rt
t
0 r(t)
t
½ Rt2
0
0
t
t
r(t) 1/h 0 h t 单位脉冲函数
h→0
r(t)
r(t)→∞
0
t
h→0时，称为理想的单 位脉冲函数，记作δ(t)。
三. 评定控制系统动态过程品质的指标
四. 反馈控制系统的分类
1.按所用能源分类：气动控制系统和电动控制系统 2.按仪表的结构形式分类：单元组合仪表和基地式仪表 单元组合仪表：各单元分别制成一台独立仪表 基地式仪表 ： 各单元组装成一台仪表 3. 按给定值的变化规律分类：
（ a）定值控制；（b）程序控制；（c）随动控制。
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§5-1 反馈控制系统的组成
1．被控对象：指被控制的机器或设备（如淡水冷却器） 被控量：控制系统的输出量 即所控制的运行参数，如冷却水温度。
2．测量单元：检测被控量的实际大小和变化， 并将其转化为统一的标准信号
组成：传感器+变送器 如： ◆温度传感器+温度变送器 用于冷却水温度控制系统 ◆水位发讯器（参考水罐）+差压变送器， 用于锅炉水位自动控系统。
轮机自动化
第五章船舶反馈控制系统基础 第一节 反馈控制系统的基本概念
含义：利用控制装置使被控 感温元件
对象按人的预定要求自动运行。
反馈控制系统的组成(三管)
主
机
由四个基本单元组成：
控制对象
测量单元
调节单元
三通调节阀
执行机构
调 节 器
M
执行电机
冷却器
图1-1-1 汽缸冷却水温度控制原理
◆信号传递具有单向性。 2．扰动：引起被控量变化的因素（即控制对象的输入量）。
分以下两类： ★ 外部扰动：外部作用于被对象上的干扰因素。
如引起锅炉水位变化的锅炉负荷。 ★内部扰动：系统内部的控制作用（即执行机构的
输出）施加于对象上，如锅炉给水 调节阀的开度变化。
3．闭环系统 封闭的控制回路
4．反馈：系统的输出量对系统的输入量产生的影响。 ★正反馈：反馈能加强闭环系统的输入效应，即使偏差e↑ ★负反馈：反馈能减弱闭环系统的输入效应，即使偏差e↓。
3．调节单元（调节器）：具有比较、放大、判断决策与发 出指令功能的，具有一定调节规律。
调节器一般有两输入量： 运行参数所希望控制的最佳值——给定值r（给定信号） 测量单元送出的被控量实际值——测量值z（反馈信号） 偏差值：被控量的测量值离开给定值的数量。
e>0，z<r——正偏差； e<0，z>r——负偏差； e=0，z=r——无偏差。
y
r
y1
y3
Tp
T
TS
C
y(∞) t
3.快速性指标 （1）过渡过程时间
控制系统受到扰动开始到被控制量重新下来 所需的时间
（2）上升时间
在衰减振荡中，被控制量从初始平衡状态第 一次达到新稳态值所需的时间
（3）峰值时间
在衰减振荡中，被控制量从初始平衡状态达 到第一个波峰峰值所需的时间
2、动态
系统从受到扰动开始到被控量稳定 在新稳态值，达到新的平衡状态的过 程称为动态过程，又称过渡过程。
四、评价反馈控制系统品质的指标
1、稳定性指标：衰减te率smaxφ和振荡tr 次 数N
p
tp
பைடு நூலகம்
ts
2、精确性指标：最大动态偏差、静态偏差 和超调量 σ
3、快速性指标：过渡过程时间 、上升时 间 和峰值时间
4．执行机构：调节器的控制信号→执行机构→改变进入被控 对象物质或能量流，以减小偏差。
种类 气动系统：气动薄膜调节阀或气动活塞。 电动系统：可逆转伺服电机或三相交流伺服电机。
5．其他辅助设备 ◆显示单元（显示测量值或给定值）； ◆气源装置和定值器 ◆稳压电源
二、反馈控制系统的传递框图
1．环节：满足以下几个条件： ◆有输入和输出量； ◆输出量的变化取决于输入量的变化和环节的特性，输出不 影响输入；
ts
2、精确性指标：最大动态偏差、静态偏差、超调 量
最大动态偏差 衰减振荡中第一个波峰的峰值
静态偏差
被控量 新(y1 稳yy1)态 (yy3值 y与) 给定值之间的差值
超调量 σϬᵟᵟ 第一个波峰减去新稳态值与新稳 态值之比的百分数（给yy13 定yyts 值改变）
轮机自动化基础
反馈控制系统一定是闭环系统。 无反馈回路的系统称为开环系统，它不能对被控对象进行 自动控制。 一般按偏差控制运行参数的系统必为负反馈系统。
三。 反馈控制系统的工作过程
扰动
e 调节器 p 执行机构
被控对象
r
显示单元
测量单元 （反馈环节）
控制系统动态过程的概念
1、稳态 系统输出量不随时间变化
而是稳定在给定值上或给定 值附近的状态称为稳态。
1、稳定性指标：衰减率φ和振荡次数N
衰减率是指在衰减振荡中，第一个波峰幅值与第二个同向 波峰幅值的差值与第一个波峰幅值之比。
振荡次数N是指在衰减振荡中，被控量的振荡次数。 理想值： φ：0.75～0.9 ；衰减比：4：1 ；振荡次数：2～
3
( y1 y ) ( y3 y ) y1 y