§ 5-5 控制系统的相对稳定性 - 兰州交通大学
新教材-选择性必修2：3-5 生态系统的稳定性
拓展
1．“干扰”是指破坏稳定状态的外界因素；“保持”是指与干扰同时 表现的系统内在的自动调节能力。
2．“破坏”是指受外界干扰因素影响，生态系统较远地偏离了原来的 稳定范围；“恢复”是指外界干扰因素消除后，生态系统重新建立起相对 稳定的状态。
3．热带雨林大都具有很强的抵抗力稳定性，因为热带雨林的物种组成 十分丰富，结构比较复杂；然而，热带雨林在受到一定强度的破坏后，也 能较快地恢复。相反，对于极地冻原(苔原)，由于其物种组分单一、结构 简单，它的抵抗力稳定性很低，在遭到过度干扰后，恢复的时间也十分漫 长。因此，直接将抵抗力稳定性与恢复力稳定性进行比较，这种分析本身 可能就不合适。如果要对一个生态系统稳定性的两个方面进行说明，则必 须强调系统所处的环境条件。环境条件好，生态系统的恢复力稳定性较 高，反之亦然。
B．在森林中引入一些珍稀野生动物，使食物网更复杂
C．定期清理森林中的枯枝落叶，以利于种子萌发和幼苗的生长
D．在森林中引种一些珍稀野生植物，增大流入该生态系统的总能量
解题分析 引入外来物种不慎可能会导致生物入侵，这不仅不能维持
恢复力稳定性
核心
抵抗干扰，保持原状
遭到破坏，恢复原状
一般来说，生态系统的组分越多，食 生态系统在受到不同的干扰
特点 物网越 06 __复__杂__，自我调节能力就 (破坏)后，其恢复速度和恢复
07 __越__强__，抵抗力稳定性就越高 时间不同
(1)不同生态系统在这两种稳定性的表现上有一定的差别
联系 (2)两者是同时存在于同一系统中的两种截然不同的能力，它们相互
定性。
知识点一 生态平衡与生态系统的稳定性 1．生态平衡 (1)概念：生态系统的 01 ___结__构__和__功__能____处于相对稳定的一种状态。 (2)特征 ①结构平衡：生态系统的 02 __各__组__分___保持相对稳定。 ②功能平衡： 03 _____生__产__—__消__费__—__分__解_____的生态过程正常进行，保 证了物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发展和更新。 ③ 04 _收__支___平衡，例如，在某生态系统中，植物在一定时间内制造的 可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。
基于扰动观测器的机械臂神经网络滑模控制
2021年8月第28卷第8期控制工程Control Engineering of ChinaAug. 2021Vol.28, No.8文章编号：1671-7848(2021)08-1540-07DOI: 10.14107/ki.kzgc.20200015基于扰动观测器的机械臂神经网络滑模控制张百寿u，杜亚江李宗刚处，陈引娟u(兰州交通大学a.机电工程学院：b.机器人研宄所，甘肃兰州730070) H摘要：针对机械臂在实际应用中无法建立完全精确的动力学模型以及机械臂在工作环境 中普遍受到各种未知外部扰动的问题，提出了一种基于扰动观測器的机械臂神经网络滑模控制方法。
利用神经网络逼近建模不确定项，使用扰动观測器来消除外界扰动中的可观測部分，不可观測部分及系统建模不确定部分采用滑模控制器进行补偿。
利用Lyapunov方法分析了闭环控制系统的稳定性。
仿真结果表明，所提方法可以克服系统的不确定性及外部扰动，实现期望轨迹的快速跟踪。
关键词：机械臂：扰动观測器；神经网络；滑模控制中图分类号：T P18 文献标识码：ANeural Network Sliding Mode Control for Manipulator Based onDisturbance ObserverZ H A N G Bai-shou^, D U Ya-jiang^b,LI Zong-gan^0,C H E N Yin-juan^(a. School of Mechanical Engineering; b. Robotics Institute, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China) Abstract: Aiming at the problems that a completely accurate dynamic model of the manipulator cannot be established i n practical applications and the manipulator i s generally subject to various unknown external disturbance in the working environment,t h is paper proposes a neural network sliding mode control method based on the disturbance observer.The neural network i s used to approximate the modeling uncertainty.The observable part of the external disturbance i s eliminated by using the disturbance observer.The unobservable part and uncertain part of the system modeling are compensated by the sliding mode controller.The s t a b i l i t y of the closed-loop control system i s analyzed by Lyapunov method.The simulation results show that the proposed method can overcome the uncertainty and external disturbance of the system,and achieve rapid tracking of the desired trajectory.Key words: Manipulator;disturbance observer;neural network;sliding mode control1引言机械臂在装配、焊接、分拣等场合已得到广泛 应用其控制问题始终是研究的热点t4,5]。
3D打印控制系统G代码解释器的设计与实现
3D打印控制系统G代码解释器的设计与实现刘潇潇;车军;赵娜;韩壮;孙进【摘要】针对3D打印控制系统中G代码转换的问题,结合控制系统中运动控制板卡和G代码结构特征,利用C#语言设计开发了一种基于GRETA正则表达式的G 代码解释器,实现了对G代码的预处理、检查分析和解释,使其转换成板卡可识别的运动指令,完成对工作台的控制.实例验证了解释器的正确性和有效性.G代码解释器的实现对3D打印控制系统开发具有重要意义.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2019(038)003【总页数】5页(P37-40,45)【关键词】3D打印;G代码解释器;运动控制板卡;正则匹配【作者】刘潇潇;车军;赵娜;韩壮;孙进【作者单位】兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TP271+.4由于3D打印技术优势明显，发展前景广阔，近年来得到了各行各业的高度重视，发展飞速.该技术采用逐层堆积的方式将三维模型制造成实体零件的一种技术，其工作过程是先将零件的三维模型进行离散处理，得到一系列含有二维截面轮廓信息的G代码文件，按照已定的路径逐层堆叠，最终加工出完整的产品[1-3].3D打印控制系统多采用“IPC(工控机)+运动控制板卡”模式，在此系统中，利用PCI总线将G代码传递给运动控制板卡，经由板卡将指令传送给驱动器，从而完成整个加工过程，由于板卡无法直接识别G代码，必须通过G代码解释器将其转换成板卡可识别的语言再进行指令传输，现有解释器种类繁多，系统代码指令互不兼容，并且难以扩展.并且解释器的设计对打印精度与成型质量有较大的影响[4].故设计一种可移植性较高、兼容性较好的G代码解释器是开发整个3D打印控制系统的关键工作.1 G代码解释器G代码解释器的主要功能为检查G代码正确性与加工信息提取两部分.在进行G代码解释前，需检查G代码是否正确，以确保3D打印控制系统工作台准确无误地按照已定路径运动，通过编程可实现G代码的自查，从而提高检查效率，确保其准确性.G代码是由功能代码按一定规则构成的，而各功能代码均有各自的使用方法和语法特征，因此必须掌握G代码的这些方法和语法特征，方可准确地检查分析G代码，并提取出加工信息.G代码解释器功能包括以下四点.1.1 预处理G代码文件载入后，先进行预处理，删除空格、注释等非必要的字符.避免在解释G代码过程中，由于这些非必要字符而引起误操作，影响3D打印工作的准确性和最终产品的精度.1.2 词法分析词法分析是对G代码字符进行扫描识别，逐个分析并进行初级错误检查，根据代码的词法构成规则对字符进行分解，识别出各类指令代码.其步骤是：从G代码第一个字符起，从左至右逐个搜索字符，依据搜索字符辨别不同指令代码，使用正则表达式进行匹配，匹配不成功即为非法字符，继续往下读取；若匹配成功，则表明词法正确[5].非法字符主要表现在：代码以数字或非法字符开头、非坐标指令位于负号前、非数字位于负号后、非数字位于小数点前、字母后数据缺失等.1.3 语法分析为了辨别出G代码语法中的错误，并将其显示出来，需要进行语法分析.语法分析是按语言文法的方式，对G代码语法构成进行深入分析，并检查G代码中各功能指令的组合是否满足要求.单个字符正确无法确保指令正确，同时单个正确的指令也未必能组成准确的程序段.因此该阶段的工作是把G代码各个指令拼装成各功能指令组合，并对此进行检查分析，判断是否符合3D打印加工程序的格式.语法错误格式主要有：非法指令代码、功能相近或功能相斥的指令代码重用或加工指令中没有位置指令等[6-7].1.4 提取加工信息提取加工信息是在检查合格的G代码中提取出板卡驱动工作台运动的指令，包括工作台X、Y、Z轴的位移量、加工速度与辅助功能信息等，通过调用板卡动态链接库的API函数控制工作台运动，完成G代码控制加工[8]，在提取过程中，根据实际运动参数的特点对每段指令代码进行精确划分，确保能够提取出所有板卡限定范围内的运动参数[9].G代码解释器的流程图如图1所示.图1 G代码解释器流程图Fig.1 G code explainer flow chart2 G代码解释器的结构2.1 解释器结构文中涉及的3D打印控制系统采用“IPC(工控机)+运动控制板卡”模式，此系统通过PCI总线将IPC与研华运动控制板卡PCI-1245E连接，通过程序调用封装在板卡内的各运动函数，从而控制工作台各轴电机运动，根据上述运动原理可知，需使用解释器完成G代码与板卡运动指令之间的转换，即实现通过G代码驱动3D打印控制系统工作台运动[10].板卡PCI-1245E提供了操作简易的插补功能，仅需设定参数和发出运动指令即可完成加工任务，整个过程由板卡自带的芯片控制，无需其他操作，在板卡驱动电机工作的同时也不会增加处理器的运动负载，处理效率高，满足了3D打印控制系统对操作实时性的高要求[11].2.2 G代码结构由于3D打印控制系统这一特殊环境，G代码与其他领域的G代码有所区别，但基本结构一致，G代码由G功能指令、坐标值、辅助加工指令、加工参数和注释语句组成[12].1) G功能指令.主要有G00(快速移动)、G01(直线插补)、G90(绝对坐标)、G91(相对坐标)等；2) 坐标值.X、Y、Z(坐标)等；3) 辅助加工代码.P指令(延时时间)；4) 加工参数.如E指令(送丝长度)和F指令(进给速度)等.3 设计与实现本文以C#为平台，根据正则表达与运动控制板卡中的控制指令对G代码解释器进行设计开发，利用GRETA正则表达式进行词法和语法分析，并以string类作为存储容器，存储解释之后的代码以供板卡调用，保证了解释器的通用性和兼容性，G 代码解释一般分为四个子过程：源代码载入、预处理、检查分析和解释.3.1 源代码载入本文将G代码文件读取到相应的string中，在进行读写操作前，打开文件，再对打开文件时设定的string进行操作.string filename=string.Empty;OpenFileDialog ofd=new OpenFileDialog();ofd.Filter="G代码文件(*.Gcode)|*.Gcode";if (ofd.ShowDialog()==DialogResult.OK)filename=ofd.FileName;string path=filename;string[] contents=File.ReadAllLines(path,Encoding.Default);for(int i=0;i<contents.Length;i++)3.2 预处理G代码文件可以手工生成，也可以通过切片软件生成，以文本文件的格式保存.本文利用C#语言的操作函数，G代码中每一行均以“；”结尾，各字符之间均以空格隔开，利用这一特征，巧妙地使用Split函数删去多余的空格和注释语句，并将预处理结果显示在RichTextBox中，便于编程人员观察，及时发现问题并作出修改.for(int i=0;i<contents.Length;i++)//去注释{string[] strNew = contents[i].Split(′;′);if (strNew[0].Length≥2){strNew[0]=strNew[0]+" ";}rtbGcodeShow.Text+=strNew[0]+ "\n";}3.3 检查预处理之后，使用GRETA正则表达式库进行词法分析和语法分析，其关键在于构造出准确的正则表达式[13]，GRETA包含的对象和函数可使字符串模式匹配和搜索变得更简便.为保证处理效率及实用性，本文把词法分析与语法分析结合在一起，实际应用中也验证了这种结合方法具有实用性强、处理效率高和扩展性好的优点[14].G代码功能代码中，下列关键字用于进行词法分析和语法分析.var r=new Regex(@"^*(G[0-9\.\-]+).*$");//G指令r=new Regex(@"([X]):?([-+]?[0-9]*\.?[0-9]*)");//X轴坐标值r=new Regex(@"([Y]):?([-+]?[0-9]*\.?[0-9]*)");//Y轴坐标值r=new Regex(@"([Z]):?([-+]?[0-9]*\.?[0-9]*)");//Z轴坐标值r=new Regex(@"([E]):?([-+]?[0-9]*\.?[0-9]*)");//3D打印送丝量r=new Regex(@"([F]):?([-+]?[0-9]*\.?[0-9]*)");//速度指令r=new Regex(@"([P]):?([-+]?[0-9]*\.?[0-9]*)");//延时指令3.4 解释本文解释G代码的过程就是提取加工信息并将其存储于设定string的过程，板卡逐行调用并驱动工作台各轴运动.提取到的加工信息使用字符串string保存，程序如下：r = new Regex(@"([X]):?([-+]?[0-9]*\.?[0-9]*)");//正则匹配出X坐标if(r.IsMatch(value)){Match m=r.Match(value);comments.Add(m.Groups[2].Value.ToString());xdim = m.Groups[2].Value.ToString();//使用字符串存储匹配结果}3.5 轨迹显示与控制信号输出本文提取到工作台各轴坐标值、进给速度等信息后，将加工信息转换成相应的脉冲数，再调用板卡的运动函数来实现控制信号输出控制.由于此过程涉及到工作台电机参数、丝杆导程等，G代码解释器设计了相应值的接口，方便操作者根据不同类型电机、丝杆导程等进行修改[15-16]，加强解释器的可移植性和扩展性能，程序如下：double x_dim=Convert.ToDouble(xdim);//类型转换double x=Params * x_dim;//将坐标值转化成脉冲数nx[i]=x.ToString();//将脉冲数存放在数组中，以便板卡调用Result=Motion.mAcm_AxMoveAbs(m_Axishand[0],nx[i]);//板卡调用此外，还增加了显示运动轨迹的功能，可方便操作者直观、清晰地了解工作台具体运动情况.轨迹图相关代码如下：MLApp.MLApp matlab=null; TypematlabAppType=System.Type.GetTypeFromProgID("Matlab.Application"); matlab=System.Activator.CreateInstance(matlabAppType) asMLApp.MLApp;string command;//设置调用Matlab实现的功能String path=Directory.GetCurrentDirectory();4 实例验证为进行G代码解释器的实例验证，本文读取切片之后的齿轮模型G代码文件进行代码解释后，最终生成板卡可识别的指令.验证过程中采取了先解释后执行的方式，最终验证了G代码解释器的正确性.验证过程试验平台如下：1) 控制软件采用自主开发的G代码解释器；2) 硬件系统包括工控机、PCI-1245E运动控制板卡、3D打印控制系统工作台等.解释器界面如图2所示，硬件系统如图3所示.图2 解释器界面Fig.2 Explainer interface图3 硬件系统Fig.3 Hardware system本文利用该G代码解释器解释代码并传递指令到PCI-1245E运动控制板卡驱动工作台运动，效果较好，运动轨迹如图4所示.图4 运动轨迹图Fig.4 Motion track diagram5 结论根据3D打印控制系统硬件构成与G代码特征，结合C#开发平台、GRETA正则表达、PCI-1245E运动控制板卡的相关函数，设计并开发G代码解释器，实现了G代码读取、检查分析和解释，并兼具轨迹显示和控制信号输出等功能.通过与板卡通讯的实例验证，本文的G代码解释器能够对工作台运动进行有效控制，证明了其正确性与稳定性，该解释器还具有较高的可移植性与拓展性，对3D打印控制系统开发具有十分重要的意义.【相关文献】[1] 李秋实.3D打印控制方案设计与实现[D].武汉:湖北工业大学,2016.[2] 杨婉霞,邓志杰,杨梅.基于DSP和CAN总线的步进电机控制系统[J].兰州交通大学学报,2007,26(4):130-132.[3] 吴春兰,韩晓红.3D打印技术对我国制造业带来的机遇探讨[J].兰州交通大学学报,2014,33(2):128-130.[4] 甘明,袁正萍,林桂清.基于WinCE嵌入式数控系统NC代码解释器的设计[J].组合机床与自动化加工技术,2009(11):72-74.[5] 刘党校.网络雕刻机NC代码解释器设计与实现[D].西安:西安工业大学,2013.[6] 任松涛,秦现生,白晶.NC代码解释器的开发[J].机械设计与制造工程,2007,36(5):54-57.[7] 王尚斌.虚拟数控加工过程控制系统的设计与实现[D].沈阳:中国科学院研究生院沈阳计算技术研究所,2009.[8] 郭雅婕,杨鹏,宣伯凯.基于工控机和运动控制卡的G代码解释器研究[J].计算机与数字工程,2014,42(8):1403-1406.[9] 赵俊伟,李汉超,代军,等.基于正则表达式的串并联机床运动控制G代码解释器研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2017,36(3):86-91.[10] 庄源昌,高罗卿,吴新明.平台可移植的数控系统G代码解释器的设计[J].组合机床与自动化加工技术,2014(7):103-105.[11] 胡忠仲.基于多轴运动控制卡的开放式工业机器人控制系统设计[D].合肥:合肥工业大学,2015.[12] 梁远标,郭钟宁,张俊伟.C++的G代码解析算法研究[J].机械设计与制造,2016(3):150-152.[13] 柳叶青,邓振生,陈真诚,等.基于运动控制卡的控制系统的设计与实现[J].微计算机信息,2010(4):55-57.[14] 吉华,李彦,肖世广.Linux下G代码解释器的设计与实现[J].计算机应用研究,2006,23(12):200-202.[15] 王心光.虚拟数控加工通用G代码编译器的研究[D].杭州:浙江大学,2005.[16] 高静远,张鹏,周金瑞.基于VC的开放式数控系统NC代码解释器及扩展功能的设计及实现[J].机床与液压,2012,40(13):118-120.。
项目五-动车组空调控制系统的检修与维护ppt课件.ppt
1. 通风与制冷及制暖联锁；
2. 冷凝风机与压缩机联锁；
3. 制冷与制暖互锁；
4. 控制通风机低速与高速运行的电路互锁；
5.为子防止压缩机频繁起动及多台压缩机同时起动，在 每台压缩机的控制电路中均设有时间继电器，控制每台 压缩机在冷凝风机起动后延时起动，并使多台压缩机间 隔
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
（二）空调显示设定器
❖显示设定器的操控
设定温度（CH） 车内温度（DATA）
℃
ＣＨ
上
△
维护模式
▽ 下
DATA 变更
测试
℃ CPU RUN
运行率
空调 装置1
空调 装置2
（四）故障显示
为便于了解机组的工作状态，控制系统一般设置了各种故 障显示。
2024/10/10
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第四节
CRH2动车组空调控制系统
一、运行控制系统组成
CRH2动车组空调系统的控制由温度传感器、变频装置、 空调显示设定器和多个控制电路开合的接触器及继电器共 同完成。
在客室车厢内布置有两个温度传感器，通过这两个温度 传感器检测的温度平均后得到的车厢内温度，并传送给变 频装置，变频装置经过与显示设定器设定的运行模式下的 标准温度进行比较，决定相关装置、设备及元器件的的开/ 关控制和运行频率。
此外，空调显示设定器显示从车上监视装置(车辆信息控
制装置)传输的内容，并向变频装置发出空气调节指令 。
自动控制原理-模拟题
自动控制原理-模拟题《自动控制原理》模拟题一.单选题1.当输入为单位斜坡且系统为单位反馈时,对于II型系统其稳态误差为()A.0B.0.1/kC.1/kD.无穷大[答案]:A2.I型系统开环对数幅频特性的低频段斜率为()A.-40(dB/dec)B.-20(dB/dec)C.0(dB/dec)D.+20(dB/dec)[答案]:B3.当输入为单位斜坡且系统为单位反馈时,对于I型系统其稳态误差为()A.0.1/kB.1/kC.0D.无穷大[答案]:B4.若保持二阶系统的阻尼比ζ不变,提高ωn,则可以()A.提高上升时间和峰值时间B.减少上升时间和峰值时间C.提高上升时间和调整时间D.减少上升时间和超调量[答案]:B5.通过测量输出量,产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为()A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件[答案]:D6.用超前校正装置改善系统时,主要是利用超前校正装置的()A.相位超前特性B.幅值衰减特性C.相位滞后特性D.幅值增加特性[答案]:A7.某系统的传递函数是G(s)=1/(2s+1),则该可看成由()环节串联而成A.比例B.延时C.惯性D.积分[答案]:C8.某环节的传递函数是G(s)=5s+3+2/s,则该环节可看成由()环节组成.A.比例积分滞后B.比例惯性微分C.比例微分滞后D.比例积分微分[答案]:D9.若已知某串联校正装置的传递函数为Gc(s)=2/s,则它是一种()A.相位滞后校正B.相位超前校正C.微分调节器D.积分调节器[答案]:D10.若某串联校正装置的传递函数为(10s+1)/(100s+1),则该校正装置属于().A.超前校正B.滞后校正C.滞后-超前校正D.不能判断[答案]:B11.某单位反馈系统的开环传递函数为:G(s)=K/(s(s+1)(s+5)),当k=()时,闭环系统临界稳定.A.10B.20C.30D.40[答案]:C12.设单位负反馈控制系统的开环传递函数G(s)=K/(s(s+a)),其中K>0,a>0,则闭环控制系统的稳定性与()A.K值的大小有关B.a值的大小有关C.a和K值的大小无关D.a和K值的大小有关[答案]:C13.在对控制系统稳态精度无明确要求时,为提高系统的稳定性,最方便的是()B.超前校正C.滞后校正D.滞后-超前[答案]:A14.某环节的传递函数为K/(Ts+1),它的对数幅频率特性随K值增加而()A.上移B.下移C.左移D.右移[答案]:A15.二阶欠阻尼系统的性能指标中只与阻尼比有关的是()A.上升时间B.峰值时间C.调整时间D.超调量[答案]:D16.二阶系统的传递函数G(s)=1/(4s*s+2s+1),其阻尼比ζ是()A.0.5B.1C.2D.4[答案]:A17.当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时,系统的阻尼比为()A.ξ<0B.ξ=0C.0<ξD.ξ≥1[答案]:B18.若二阶系统的调整时间长,则说明()A.系统响应快B.系统响应慢C.系统的稳定性差D.系统的精度差[答案]:B19.当二阶系统特征方程的根为具有负实部的复数根时,系统的阻尼比为()A.ζ<0B.ζ＝0D.ζ≥1[答案]:C20.方框图化简时,并联连接方框总的输出量为各方框输出量的()A.乘积B.代数和C.加权平均D.平均值[答案]:B21.若某负反馈控制系统的开环传递函数为5/(s(s+1)),则该系统的闭环特征方程为()A.s(s+1)=0B.s(s+1)+5=0C.s(s+1)+1=0D.与是否为单位反馈系统有关[答案]:B22.下列哪种措施对改善系统的精度没有效果()A.增加积分环节B.提高系统的开环增益KC.增加微分环节D.引入扰动补偿[答案]:C23.高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴,则系统的()A.准确度越高B.准确度越低C.响应速度越快D.响应速度越慢[答案]:D24.设积分环节的传递函数为G(s)=K/s,则其频率特性幅值A(ω)=()A.K/ωB.K/(ω*ω)C.1/ωD.1/(ω*ω)[答案]:A25.已知系统的开环传递函数为100/((0.1s+1)(s+5)),则该系统的开环增益为().A.100B.1000C.20D.不能确定26.开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s*s*s(s+4)),则实轴上的根轨迹为()A.(-4,∞)B.(-4,0)C.(-∞,-4)D.(0,∞)[答案]:B27.已知系统的开环传递函数为50/((s+1)(s+5)),则该系统的开环增益为().A.50B.25C.10D.5答案:C[答案]:C28.控制系统的上升时间tr,调整时间ts等反映出系统的()A.相对稳定性B.绝对稳定性C.快速性D.平稳性[答案]:C29.控制系统的稳态误差ess反映了系统的()A.稳态控制精度B.相对稳定性C.快速性D.平稳性[答案]:A30.若两个系统的根轨迹相同,则有相同的()A.闭环零点和极点B.开环零点C.闭环极点D.阶跃响应[答案]:C31.以下说确的是()A.时间响应只能分析系统的瞬态响应B.频率特性只能分析系统的稳态响应C.时间响应和频率特性都能揭示系统的动态特性D.频率特性没有量纲[答案]:C32.时域分析的性能指标,哪个指标是反映相对稳定性的()A.上升时间B.峰值时间C.调整时间D.超调量[答案]:D33.开环传递函数为G(s)H(s)=(s+3)/((s+2)(s+5)),则实轴上的根轨迹为()B.(-∞,-5)和(-3,-2)C.(-5,-3)和(-2,0)D.(-∞,-2)[答案]:B34.下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果().A.增加开环极点B.在积分环节外加单位负反馈C.增加开环零点D.引入串联超前校正装置[答案]:A35.设微分环节的频率特性为G(jω),当频率ω从0变化至∞时,其极坐标平面上的奈氏曲线是()A.正虚轴B.负虚轴C.正实轴D.负实轴[答案]:A36.若系统的开环传递函数在s右半平面上没有零点和极点,则该系统称作()A.非最小相位系统B.最小相位系统C.不稳定系统D.振荡系统[答案]:B37.系统的数学模型是指()的数学表达式.A.输入信号B.输出信号C.系统的动态特性D.系统的特征方程38.根据系统的特征方程D(s)=3s*s*s+s*s-3s+5=0,可以判断系统为()A.稳定C.临界稳定D.稳定性不确定[答案]:B39.系统的特征方程D(s)=5s*s*s*s+3s*s+3,可以判断系统为()A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.稳定性不确定[答案]:B40.在系统对输入信号的时域响应中,其调整时间的长短是与()指标密切相关.A.允许的峰值时间B.允许的超调量C.允许的上升时间D.允许的稳态误差[答案]:D41.对于一阶,二阶系统来说,系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的()A.充分条件B.必要条件C.充分必要条件D.以上都不是[答案]:B42.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的()A.充分条件B.必要条件C.充分必要条件D.以上都不是[答案]:C43.系统特征方程为D(s)=s*s*s+2s*s+3s+6,则系统()A.稳定B.单位阶跃响应曲线为单调指数上升C.临界稳定D.右半平面闭环极点数Z=2[答案]:C44.系统稳定的充分必要条件是其特征方程式的所有根均在根平面的()A.右半部分B.左半部分C.实轴上[答案]:B45.以下关于系统稳态误差的概念正确的是()A.它只决定于系统的结构和参数B.它只决定于系统的输入和干扰C.与系统的结构和参数输入和干扰有关D.它始终为0[答案]:B46.系统型次越高,稳态误差越()A.越小B.越大C.不变D.无法确定[答案]:A47.一般为使系统有较好的稳定性,希望相位裕量为()A.0°~15°B.15°~30°C.30°~60°D.60°~90°[答案]:C48.若系统增加合适的开环零点,则下列说法不正确的是()A.可改善系统的快速性及平稳性B.会增加系统的信噪比C.会使系统的根轨迹向s平面的左方弯曲或移动D.可增加系统的稳定裕度[答案]:B49.在系统中串联PD调节器,以下那一种说法是错误的()A.是一种相位超前校正装置B.能影响系统开环幅频特性的高频段C.使系统的稳定性能得到改善D.使系统的稳态精度得到改善[答案]:D50.关于线性系统稳定性的判定,下列观点正确的是().A.线性系统稳定的充分必要条件是:系统闭环特征方程的各项系数都为正数B.无论是开环极点或是闭环极点处于右半S平面,系统不稳定C.如果系统闭环系统特征方程某项系数为负数,系统不稳定D.当系统的相角裕度大于零,幅值裕度大于1时,系统不稳定[答案]:C51.关于线性系统稳态误差,正确的说法是:()A.I型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差B.对于任何系统,都可以用终值定理求其稳态误差C.增大系统开环增益K可以减小稳态误差D.增加积分环节可以消除稳态误差,而且不会影响系统稳定性[答案]:C52.某校正环节传递函数G(s)=(100s+1)/(10s+1),则其频率特性的奈氏图终点坐标为()A.(0,j0)B.(1,j0)C.(1,j1)D.(10,j0)[答案]:D53.在信号流图中,在支路上标明的是()A.输入B.引出点C.比较点D.传递函数[答案]:D54.ω从0变化到+∞时,延迟环节频率特性极坐标图为()A.圆B.半圆C.椭圆D.双曲线[答案]:A55.一阶微分环节G(s)=1+Ts,当频率ω=1/T时,则相频特性∠G(jω)为()A.45°B.-45°C.90°D.-90°[答案]:A56.适合应用传递函数描述的系统是().A.单输入,单输出的线性定常系统;B.单输入,单输出的线性时变系统;C.单输入,单输出的定常系统;D.非线性系统.57.主导极点的特点是()A.距离虚轴很近B.距离实轴很近C.距离虚轴很远D.距离实轴很远[答案]:A58.最小相位系统的开环增益越大,其()A.振荡次数越多B.稳定裕量越大C.相位变化越小D.稳态误差越小[答案]:D59.若某最小相位系统的相角裕度γ>0,则下列说确的是().A.不稳定B.只有当幅值裕度Kg>1时才稳定C.稳定D.不能判用相角裕度判断系统的稳定性[答案]:C60.关于系统零极点位置对系统性能的影响,下列观点中正确的是()A.如果闭环极点全部位于S左半平面,则系统一定是稳定的.稳定性与闭环零点位置无关B.如果闭环系统无零点,且闭环极点均为负实数极点,则时间响应一定是衰减振荡的C.超调量仅取决于闭环复数主导极点的衰减率,与其它零极点位置无关D.如果系统有开环极点处于S右半平面,则系统不稳定[答案]:A二.判断题1.比例环节的输出量与输入量之间的关系为一种固定的比例关系.2.由闭环系统的零点极点分布图可以绘制系统的根轨迹.[答案]:F3.不稳定系统一定无法实现预定的控制任务.[答案]:T4.传递函数是指输出的拉氏变换和输入的拉氏变换的比值.[答案]:F5.如果把在无穷远处和在零处的的极点考虑在,而且还考虑到各个极点和零点的重复数,传递函数G(s)的零点总数与其极点数不等.[答案]:F6.用传递函数不可以求出系统的全响应.[答案]:F7.串联超前校正可以使系统截止角频率下降,获得足够的相位裕量.[答案]:F8.二阶系统在单位阶跃信号作用下,当ζ=0时,输出为1-cosωn t.[答案]:T9.若二阶系统的闭环极点是一对共轭复根,则系统超调量一定大于零.[答案]:T10.积分环节的输出量与输入量的积分成正比.[答案]:T11.开环对数幅频特性曲线低频段的形状只决定于系统的开环增益K和积分环节的数目V(对最小相位系统而言).[答案]:T12.开环幅相曲线的起点相角为-90°,表示此系统为Ⅰ型系统.[答案]:T13.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方式称为反馈控制方式. [答案]:F14.劳斯判据判断系统稳定的充分必要条件是特征方程各项系数大于零.15.只有连续系统的稳态误差都只和输入信号,系统的结构参数有关.[答案]:F16.奈奎斯特稳定判据对于非最小相角系统是不适用的.[答案]:F17.频率特性适用于线性定常模型.[答案]:T18.频率特性只对系统适用,对控制元件,部件,控制装置不适用.[答案]:F19.三频段适用的围是具有最小相位性质的单位负反馈系统.[答案]:T20.对数幅频特性的纵坐标用L(ω)表示且L(ω)=20LgA(ω).[答案]:T21.一个稳定的开环系统引入正反馈后构成的闭环系统一定不稳定. [答案]:F22.系统闭环传递函数的极点就是微分方程的特征根.[答案]:T23.对系统的动态和稳态性能起主要作用的闭环极点称为主导极点. [答案]:F24.系统开环零点数等于系统的根轨迹的条数.[答案]:F25.系统输出的振幅与输入振幅之比称为幅频特性.[答案]:F26.系统谐振峰值越大.超调量越大.[答案]:T27.相位裕度是开环穿越频率处的相角加180°.[答案]:F28.一阶系统的惯性越小,其阶跃响应越慢.[答案]:F29.一般,主导极点的实部比非主导极点的实部大3~5倍以上.30.最小相位系统是指开环极点全都在s左半平面的系统. [答案]:F。
自动控制原理
ω = +∞ (1, j 0) ω = ∞
奈氏曲线顺时针包围 (-1,j0)点2圈，即 N=－2 所以有： Z=P－N=2
仿真
即闭环系统在s右半平面有2个极点，所以系统不稳定。
5.4.3 虚轴上有开环极点时的奈氏判据
如下列图所示的奈氏曲线中，判别哪些是稳定的，哪些 是不稳定的。
Im
Im
Im
1
ω = +∞ 0
1.6 ∞
奈氏曲线顺时针包围 (-1,j0)点2圈，即 N=－2 所以有：
(1, j 0)
ω = 0+
仿真
Z=P－N=2
即闭环系统在s右半平面有2个极点，所以系统不稳定。
5.4.3 虚轴上有开环极点时的奈氏判据
对于如下形式的开环传递函数 K G(s)H(s) = s(Ts +1)(T2s +1) 1 其奈氏图与实轴交点为 此时的 ω =
5.4.3 虚轴上有开环极点时的奈氏判据
虚轴上有开环极点时的奈氏判据
jω
由于不能通过F(s)的任何零、极点，所 以当F(s)有若干个极点处于s平面虚轴 （包括原点）上时，则以这些点为圆 心，作半径ε为无穷小的半圆，按逆时 针方向从右侧绕过这些点。 F ( s ) 的极点 因此，F(s)的位于s平面右半部的零点 和极点均被新奈氏回线包围在内。而将 位于坐标原点处的开环极点划到了复平 面的左半部。 这样处理满足了奈氏判据的要求（应用 奈氏判据时必须首先明确位于s平面右 半部和左半部的开环极点的数目）。
2ω + ω + 0.5ω 2ω ω 0.5ω = 0
ω = 1.87
此时
A(ω) = 0.44
可以判断出交点在点(-1,j0) 的右侧
自动控制理论二第5章习题
自动控制理论(二) 第五章测试题一、单项选择题(每小题2分)1、系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的( )A.充分条件B.必要条件C.充分必要条件D.以上都不是 2、下列判别系统稳定性的方法中，哪一个是在频域里判别系统稳定性的判据（ ） A.劳斯判据 B.赫尔维茨判据 C.奈奎斯特判据 D.根轨迹法 3、设单位负反馈系统的开环传函为G(s)=3)1s (22+，那么它的相位裕量γ的值为（ ） A.15º B.60º C.30º D.45º4、 系统稳定的充分必要条件是其特征方程式的所有根均在根平面的( ) A. 实轴上 B. 虚轴上 C. 左半部分 D. 右半部分5、下列频域性能指标中，反映闭环频域性能指标的是( ) A.谐振峰值M r B.相位裕量γ C.增益裕量K g D.剪切频率ωc6、在经典控制理论中，临界稳定被认为是( )A.稳定B.BIBO 稳定C.渐近稳定D.不稳定 7、奈奎斯特稳定性判据是利用系统的( )来判据闭环系统稳定性的一个判别准则。
A.开环幅值频率特性B.开环相角频率特性C.开环幅相频率特性D.闭环幅相频率特性 8、系统的开环传递函数由1)s(s K +变为2)1)(s s(s K++，则新系统( )。
A.稳定性变好 B.稳定性变坏C.稳定性不变D.相对稳定性变好 9、利用奈奎斯特图可以分析闭环控制系统的（ ） A.稳态性能 B.动态性能C.稳态和动态性能D.抗扰性能 10、设单位负反馈控制系统的开环传递函数G o (s)=)a s (s K+，其中K>0,a>0，则闭环控制系统的稳定性与（ ） A.K 值的大小有关 B.a 值的大小有关 C.a 和K 值的大小有关 D.a 和K 值的大小无关11、已知系统的特征方程为(s+1)(s+2)(s+3)=s+4，则此系统的稳定性为（ ） A ．稳定 B ．临界稳定 C ．不稳定 D ．无法判断12、已知系统前向通道和反馈通道的传递函数分别为G （s ）=s K 1)s (H ,)1s (s 10h +=-，当闭环临界稳定时，K h 值应为（ ） A ．-1 B ．-0.1 C ．0.1 D ．113、闭环系统特征方程为G(s)H(s)=-1,其中G(s)H(s)的矢量表示为（ ） A ．1/（2l+1）π B ．1/±(2l+1)π C ．1/（±2l π） D ．1/(±l π) （各备选项中l =0,1,2……）14、若系统的特征方程式为 s 3+4s+1=0 ，则此系统的稳定性为 ( ) A ．稳定 B ．临界稳定 C ．不稳定 D ．无法判断 15、已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为)5s )(1s (s )1s (10)s (G +-+=，该系统闭环系统是（ ）A ．稳定的B ．条件稳定的C ．临界稳定的D ．不稳定的 16、系统的开环传递函数为)1TS (s 2)s (G k +=，当T=1s 时，系统的相位裕量为（ ）A ．30° B ．45° C ．60° D ．90° 17、设某闭环传递函数为1s 101)s (R )s (Y +=，则其频带宽度为（ ） A ．0～10 rad/s B ．0～1 rad/s C ．0～0.1 rad/sD ．0～0.01 rad/s18、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s)＝ ，则相位裕量 γ 的值为（ ） A ． 30° B ． 45° C ． 60° D ． 90°19、若一系统的特征方程式为 (s+1)2(s － 2)2+3 ＝ 0 ，则此系统是（ ） A ．稳定的 B ．临界稳定的 C ．不稳定的 D ．条件稳定的 20、在奈氏判据中，若F(s)在F(s)平面上的轨迹顺时针包围原点两次，则N 的值为（ ）A ．-2 B ．-1 C ．1 D ．221、若劳斯阵列表中第一列的系数为（3，1，ε，2-ε1，12）T ，则此系统的稳定性为（ ）A ．稳定B ．临界稳定C ．不稳定D ．无法判断 22、设开环系统频率特性为G （j ω）=)12)(1(1++ωωωj j j ，则其频率特性的奈氏图与负实轴交点的频率值ω为（ ） A ．rad 22/s B ．1rad /s C ．2rad/s D ．2rad/s 23、已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为G （s ）=1-s K,则系统稳定时K的范围为（ ）A ．K <0B ．K >0C ．K >1D ．K >224、某单位反馈控制系统开环传递函数G (s )=21s s +α，若使相位裕量γ=45°，α的值应为多少？（ ）A ．21 B ．21 C ．321 D ．42125、已知单位负反馈系统的开环传递函数为G (s )=12)1(223++++s as s s ,若系统以ωn =2rad/s的频率作等幅振荡，则a 的值应为（ ）A ．0.4B ．0.5C ．0.75D ．126、设G (s )H (s )=)5)(2()10(+++s s s k ，当k 增大时，闭环系统（ ）A ．由稳定到不稳定B ．由不稳定到稳定C ．始终稳定D ．始终不稳定二、填空题(每小题1分)1、已知单位反馈系统的开环传递函数为)1Ts (s K)s (G +=，若要求带宽增加a 倍，相位裕量保持不变，则K 应为 ，T 应为 。
自动控制理论第五章习题汇总
自动控制理论第五章习题汇总填空题1、系统的频率响应与正弦输入信号之间的关系称为频率响应2、在正弦输入信号的作用下，系统输入的稳态分量称为频率响应简答题：5-2、什么是最小相位系统及非最小相位系统？最小相位系统的主要特点是什么？答在s平面上，开环零、极点均为负实部的系统称为最小相位系统；反之，开环零点或极点中具有正实部的系统称为非最小相位系统。
最小相位系统的主要特点是：相位滞后最小，并且幅频特性与相频特性有惟一的确定关系。
如果知道最小相位系统的幅频特性，可惟一地确定系统的开环传递函数。
5-3、什么是系统的频率响应？什么是幅频特性？什么是相频特性？什么是频率特性？答对于稳定的线性系统，当输入信号为正弦信号时，系统的稳态输出仍为同频率的正弦信号，只是幅值和相位发生了改变，如图5-3所示，称这种过程为系统的频率响应。
图5-3称为系统的幅频特性，它是频率的函数；称为系统的相频特性，它是频率的函数：称为系统的频率特性。
稳定系统的频率特性可通过实验的方法确定。
计算题5-1、设某控制系统的开环传递函数为)()(s H s G =)10016()12.0(752+++s s s s 试绘制该系统的Bode 图，并确定剪切频率c ω的值。
解：Bode 图如下所示剪切频率为s rad c /75.0=ω。
5-2、某系统的结构图和Nyquist 图如图(a)和(b)所示，图中2)1(1)(+=s s s G 23)1()(+=s s s H 试判断闭环系统稳定性，并决定闭环特征方程正实部根的个数。
解：由系统方框图求得内环传递函数为：ss s s s s s H s G s G +++++=+23452474)1()()(1)( 内环的特征方程：04742345=++++s s s s s由Routh 稳定判据：1:0310:16:44:171:01234s s s s s由此可知，本系统开环传函在S 平面的右半部无开环极点，即P=0。
第五章 复合控制系统控制系统
(1)
(2)
•微分先行：式(3)、式(4)。
k c (TI s + 1)e −τs Y( s ) = R(s) TI sWo−1 (s) + k c (TI s + 1)(TD + 1)e −τs ( 3)
2、解决办法
•两塔之 间增设缓冲器 (不适宜)。 •采用均 匀控制系统 (上策)。 3、均匀控制的含义 •是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地 、均 匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协 调的系统。
4、均匀控制的特点 •表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变 化是缓慢的，是在允许范围内波动的。参见下图。
四、前馈--串级控制系统
1、方法的提出 •为了保证前馈控制 的精度，常希望控制阀 灵敏、线性等； •采用串级控制系统 可满足以上要求。 2、原理与结构图
3、应用举例：
思考题
1、前馈控制有哪几种主要型式？ 2、前馈控制与反馈控制各有什么特点？ 3、为什么一般不单独使用前馈控制方案？
第六章 大滞后补偿控制
§ 6- 1 克服纯 滞后的 几种常 见方案
6.2
6.3
1、预估补偿：原理上能消除纯滞后对控制系统的动态影响，但需 控过程的精确模型，工程上往往难以实现。 2、采样控制：成本较低，但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。 3、改进型常规控制：具有通用性广等特点，目前较常用。 4、其他：大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。
第七章 实现特殊要求 2 3 4 的过程控制系统
一、概述
§7-1 比值控制系统
控制工程基础第1-5章客观题复习题与答案(复习材料)
第1~2章 控制系统的基本概念；数学模型一、填空题1．对控制系统的基本要求为稳定性、（ 准确性 ）、快速性。
2．闭环系统是指系统的（ 输入量 ）对系统有控制作用，或者说，系统中存在（ 反馈元件 ）的回路。
3．线性系统的所有极点都分布在S 平面的左半部，则系统的稳定性为（ 稳定 ）。
4．传递函数通过（ 输入量 ）与（ 输出量 ）之间信息的传递关系，来描述系统本身的动态特征。
5．系统在外加激励作用下，其（ 输出量或输出信号 ）随（ 时间 ）变化的函数关系称为系统的时间响应。
二、单项选择题1．开环控制系统是指( B )对系统没有控制作用。
A．系统输入量 B．系统输出量C．系统的传递函数 D．系统的干扰2．传递函数可以描述（ C ）。
A．线性的、多输入多输出系统 B．非线性的、单输入单输出系统C．线性的、单输入单输出系统 D．非线性的、多输入多输出系统3．设单位反馈系统开环传递函数为，函数)(s G )(1)(s G s F +=，则与)（ A ）。
)(s G (s F A．极点相同； B．零点相同；C．零极点都相同； D．零极点都不同。
4．已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为)5)(1()1(10)(+−+=s s s s s G ，该系统闭环系统是（ A ）。
A．稳定的 B．无法判断C．临界稳定的 D．不稳定的 5．某系统的传递函数为)5)(6()2()(+++=s s s s G ，其零、极点是（ C ）。
A．零点；极点，6−=s 2−=s 5−=s B．零点2=s ；极点6−=s ，5−=s C．零点；极点，2−=s 6−=s 5−=s D．零点2=s ；极点6=s ，5=s 6．一个线性系统的稳定性取决于（ D ）。
A．系统的输入 B．外界干扰C．系统的初始状态 D．系统本身的结构和参数7．对于定常控制系统来说，( A )。
A．表达系统的微分方程各项系数不随时间改变 B．微分方程的各阶微分项的幂为1C．不能用微分方程表示 D．系统总是稳定的8．线性系统与非线性系统的根本区别在于（ C ）A．线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数；B．线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入；C．线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理；D．线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少。