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1、08 春自动控制工程基础复习应考指南一、复习应考基本要求本课程是成专机械制造与自动化专科的一门专业选修课。所有的考试等有关要求由市电大决定。所有考试的有关内容要求请以重庆电大的有关资料为准。（一）考核目的考核学生对机电控制系统控制的基本原理及基本构成方法的掌握，并具备对掌握控制系统的基本分析的能力。（二）考核方式开卷、笔试、答题时限 90 分钟。（三）命题依据本课程的命题依据是自动控制工程基础课程的教学大纲、教材、实施意见。（四）考试要求本课程的考试重点包括基本知识和应用能力两个方面，主要考核学生对自动控制的基本理论的理解和对自控系统进行分析、计算的能力。（五）考题类型及比重考题类型及分数比重
2、大致为：填空题(20%)；简答题(32%)；计算题(14%)；分析题(14%)；综合题（20%） 。（六）适用范围、教材本课程期末复习指导适用范围为成人教育专科机电专业的选修课程。考试命题的教材是由高金源主编，中央广播电视大学出版社 1992 年 2 月第 1 版自动控制工程基础教材。（七）应试要注意的问题1、一定要每题都答，不能留空白。2、每道考试题一定要仔细看，看是否与复习题完全一样。如果不完全一样，要学会变化答题。二、复习应考资料及其使用本课程本次考试有市电大期末 08 春期末复习指导意见，可供学员复习应考用。市电大期末复习指导意见包括三个部分：考核说明、复习重点范围、综合练习题。第一部
3、分考核说明要认识阅读，掌握要求。第二部分复习重点范围要每个问题都要掌握，并弄清楚。后面复习课我们要专门讲这个问题。第三部分综合练习是复习的重点内容，后面复习课将对练习作详细讲解。综合练习题与考试题型和要求基本上是一样的，大多数题其实就是考试题，所以一定要认真用好。三、复习考试重点辅导根据市电大期末复习指导意见，结合我校学员情况，对本期复习应考重点作如下分析辅导。第一章 自动控制的一般概念一、重点掌握1、开环，闭环，复合控制三种基本控制方式及特点。自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化2、自动控制的任务、作用，自动控制系统的组成，自动控制的有关术语（给定值、被控量、受校对象） 。3：重点掌握反馈
4、控制原理与动态过程的概念，以及建立原理方块图的方法。二、一般掌握1、正确认识对控制系统性能的要求。2、通过自动控制系统的示例，逐步建立起“控制系统”的概念；要树立时间的概念、“动态”的概念。第二章控制系统的数学模型一、重点掌握1、熟记典型信号的拉氏变换式，掌握较复杂信号的分解计算。掌握拉氏变换的性质，重点掌握拉氏变换的初值定理和终值定理。2、熟记典型环节的传递函数,正确理解传递函数的概念及系统的开环、闭环传递函数，输出对控制信号、输出对干扰的传递函数、误差传递函数等概念；熟练地求出传递函数。3、熟练掌握动态结构图等效变换法则 P65 表 2-2.4：动态方程建立及线性化，传递函数及动态结构图，
5、结构图的等效变换，梅逊公式及应用。重点是传递函数与动态结构图的概念，以及增量线性化、结构图等效变换的法则。二、一般掌握1、系统微分方程组建立动态结构图的方法。2、结构图变换的基本法则及梅逊公式，要求能熟练地运用。3、构成动态结构图的基本符号：信号线、综合点、表示传递环节的方框和引出点。区分综合点与引出点在结构图简化时的区别。第三章控制系统的时域分析和根轨迹一、重点掌握1、稳定性的概念，明确判别系统闭环稳定性的主要条件。熟练应用古氏判据判别系统的闭环稳定性。2、一、二阶系统的数学模型及阶跃响应的特点，熟练地计算系统的性能指标。重点掌握惯性环节的特性曲线，一级二阶系统的特征。稳态误差的定义以及各典
6、型环节稳态误差的计算方法。3、掌握零极点定义，以及零极点分布对系统特性的影响。熟悉主导极点和偶极子的定义并能判断。4：系统的型别。二、一般掌握1、稳态误差的定义及拉氏变换终值定理的使用条件，熟记并能应用此公式计算稳态误差，熟练应用误差系数求控制信号作用下的误差，明确型系统与稳态误差的关系。第四章控制系统的频域分析一、重点掌握1、线性系统的频率响应，典型环节（放大、积分、微分、惯性、一阶微分、二阶振荡环节）的频率特性的解析表达式、特征点、特征量。2、系统开环传递函数绘制开环渐近对数幅频和相频曲线的方法。系统开环的频率响应。3、奈魁斯特稳定判据，对数频率稳定判据判别系统闭环稳定性方法。稳定裕度及计
7、算，信号的频谱，闭环幅频与阶跃响应的关系，峰值及频宽，开环频率响应与阶跃响应的关系，三频段（低频段，中频段和高频段）的分析方法。4、掌握最小相位系统的定义以及它的特点。二、一般掌握1、最小相位系统开环对数渐近幅频特性曲线反求传递函数的方法。第五章控制系统的校正一、重点掌握1、二阶最佳参考模型设计串联校正装置的方法。重点掌握积分-比例校正的特征。2、超前、滞后、滞后-超前等串联校正的特点及其对系统阶跃响应的影响。反馈校正的作用及计算要点。复合校正原理及其实现。校正装置的作用及频率法的应用。以串联校正为主，反馈校正为辅。二、一般掌握1、反馈校正和复合校正的特点及作用。2、干扰的完全补偿条件。第六章
8、 计算机控制的基本知识一、重点掌握1、零阶保持器的传递函数及频率特性的特点。2、变换的定义、熟悉变换的基本定理及常用变换和反变换方法。熟记典型函数的变换式，理解变换和拉氏变换的对应关系。3、掌握拉普拉斯变换与 Z 变换的联系以及它们的映射关系。4: 采样信号及采样系统。采样过程的数学描述。采样系统零、极点分布与动态性能的定性分析。离散系统的状态方程及其解。二、一般掌握1、计算机控制中的信号特征、理想采样信号的数学描述方法。2、采样系统极点分布与瞬态响应之间的关系。四、期末综合练习题一填空题1传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于所描写系统或环节的结构和参数,并且只适于零初始条件下的线性
9、系统。2系统的稳态误差与输入信号形式性质及系统的结构和 参数有关。3有些系统无论怎样调整系统参数也无法稳定，称这种系统为 结构不稳定系统 。4. 计算机控制系统通常包含采样、 量化 、 编码 、 解码 和恢复五种信号形式。5惯性环节的主要特点是，当输入量发生突变时，其输出量是按 指数规律 变化。6通常相稳定裕度 及谐振峰值 Am 反映了系统的平稳性，而截止频率 C及谐振频率 r 反映了系统的 快速性 。二问答题1已知某系统的零极点分布如图示，试写出其传递函数，并指出其主导极点及偶极子。 24.5101sGs主导极点：s1 和 s2.偶极子：s3 和 z12已知传递函数 ,试问当 及 时，相角
10、及)5(2(1.0)2ssKG0)0(分别为多少。)(解：当 0 时， =-90 当 =-2703.已知惯性环节的单位阶跃响应曲线如图示，试写出 A、B、C 各点等于多少。 解：c=3T,A=T,B=0.632 参考课本的 95 页图 3-114. 图的、分别为一阶或二阶系统(传递函数无零点)的单位阶跃响应曲线，试说明哪个是一阶系统，哪个是二妎系统所对应的曲线。答：图一是二阶系统单位阶跃响应，图二为一阶系统单位阶跃响应曲线。 5已知系统开环幅相频率特性曲线如图所示，其中 P 为开环不稳定极点个数，试判断闭环系统稳定性。 答：对开环频率特性曲线当 由 时，由上向下穿越 这条实轴01称为正穿越，由
11、下向上穿越 称为负穿越。正负穿越次数差为零，而且 P=0.所1以根据频域稳定性判据系统是稳定的。 6.已知系统开环截止频率 C=5rad/s，若希望保持零阶保持器在该频率处所产生的相位滞后小于 50，试问采样周期 T 应取多大。解： 由零阶保持器相频特性知道： ，shjG由题意要求相位滞后小于 50，所以： ，其中1805s 5解得： ，符合采样定理要求。18s因此： sT7已知串联校正环节的渐近对数幅频特性曲线如图所示，试写出其传递函数，并说明其为何种校正。解：此环节明显为比例-积分环节。 ， 51T20logK所以： ，其传递函数为： 1. ssG2.01比例积分环节控制提供一个位于坐标原
12、点的极点和一个位于负实轴上的零点，它相当于 积分环节和一阶微分环节的合成，它使幅值减小，相位滞后。 8. 已知系统的结构图如图所示，试求 E(s)/R(s)。解： ，sHGsRE21NEsHG219已知复合控制系统的动态结构图如图所示，利用双通逆原理求 GC(s)=？，被控量 C(t)对干扰 n(t)具有不变性。解：根据双通道相消的条件，应取12sGc故可得 sc2110.已知系统的开环渐近对数幅频特性曲线如图所示(1)试问 C=？(2)该系统为几型系统？解：典型环节渐进对数幅频特性。比例环节的对数幅频特性是平行于 轴的直线；积分环节的对数幅频特性是斜率为-20dB/dec 的直线，惯性环节的
13、渐进对数幅频特性为折线，转折频率前是 0DB ,转折频率后是斜率为-20dB/dec 的直线；一节微分环节的渐进对数幅频特性为一折线，转折频率前是 0dB，转折频率后是斜率为+20dB/dec 的直线。开环渐进对数幅频特性与 0dB 线的交点频率即是剪切频率或称为穿越频率 C，所以， = 根据上述内容容易写出开环传递函数： ，所以c3 1142sskG可以看出为一型系统。11试画出图中 S 平面上线段 AB、BC 在 z 平面上的映射位置。解：12. 请将下述结构图中的分岔点 C 移到 A 点处，试画出等效结构图。13试在下述单位阶跃响应曲线上标出 tP,%及 tS。参考课本图形。14.试写出
14、下图所示两个系统的传递函数 G(z)。解： zGsZzRCG212115已知系统开环幅相特性曲线如下图所示， 其中 p 为开环不稳定极点个数， 为开环积分环节个数，试判闭环系统的稳定性。解：因为 所以闭环系统稳0,2PN定。16. 已知系统的单位脉冲响应函数为:g(t)=1-e -t/T (t0) 请问它的传递函数 G(s)=? TsG117已知系统结构图如下所示，试问 R(s)或 N(s)分别为 1/s2 时，系统的稳态误差分别为多少？解：第一步，判断系统的稳定性。由于系统的闭环特征方程为 因为是一阶系0ks统，所以只要系统就是稳定的。0k第二步，求稳态误差：由图可知，系统开环传递函数只有一
15、个积分环节，即对输入信号来说属于一型系统，所以在 作用下， ，所以 trkKvkesr1其次，求干扰信号产生的稳态误差 。由于 ，sneNE2所以，干扰信号作用下的稳态误差为 0120limskesn故系统的稳态误差为 kesnrs1三计算题1已知系统结构如图示，求： 、)(sRC)(N解： ，messmesCRJRC1messmesCRJN12.已知系统变换方程为R1(s)=K1R(s)E(s)=R1(s)-T2G(s)X2(s)= (s)sEX1(s)=X2(s)-N(s)+K2R(s)C(s)= X1Ts式中 r(t)为输入，n(t)为干扰，C(t)为输出，设系统初始状态为零，画出系统动态结构图。3. 已知两个单位负反馈系统的开环传递函数为A： )5(10)(ssGB： 2.2(1)判断闭环系统的稳定
