2017年北京交通大学07106,电气工程综合之自动控制原理复试实战预测五套卷
● 摘要
一、简答题
1． 自动控制系统为什么要采用闭环形式？
【答案】对于一个控制系统，可能存在各种内、外扰动影响系统的输出，使被控量偏离期望值而出现偏差。闭环控制方式是按偏差进行控制的，其特点：是无论什么原因，当使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于一致。按闭环控制方式组成的反馈控制系统，具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力，有较高的控制精度。
2． 传递函数为的控制器具有哪种控制规律？某参数选择一般有什么特点？加入系统 后，对系统的性能有哪些改善？
【答案】传递函数为的控制器为PID 控制器，在低频段具有改变低频段的起始高度（P 作用）及系统低频特性的斜率（I 作用）；在中频段，可以改变剪切频率，从而改变中频段的长度，影响系统的快 速性（D 作用）；在高频段，能改变高频段的斜率，増加系统的抗高频噪声干扰的能力。
比例（P ）调节作用及参数选择：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作 用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。
积分（I ）调节作用及参数选择：使系统消除稳态误差，提高无差度。有误差，积分调节就进行，直至无误 差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数T , T 越小，积分作用就越强。 反之T 大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降、动态响应变慢。积分作用常与另外两种调节规律 结合，组成PI 调节器或PID 调节器。
微分（D ）调节作用及参数选择：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态 性能。在微分时间选择合适的情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过 强的微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反映的是变化率，当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分 作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD 或PID 控制器。
如果PID 控制器的参数选择恰当的话，可以改善系统的稳态误差，动态特性和高频抗噪声能力。
3． 局部反馈校正在控制系统的设计过程中起什么作用？
【答案】局部反馈校正在控制系统中的应用可以减小系统的惯性，加快系统的反映速度，从而提高系统的调节品质。
二、分析计算题
4． 线性定常系统的状态空间方程式为
（1）求传递函数
（2）设 求离散化的状态空间方程式；
（3）分析离散化前、后，该系统的能控性有何变化或联系。 【答案】（1）〔2）
（3）离散前. 系统的能控性判别矩阵为
说明系统完全可控。
离散后，系统的能控性判别矩阵为
说明离散后系统完全可控。
5． 电冰箱的制冷系统原理如图1所示。继电器的输出电压为压缩机上的工作电压。绘制控制系统框图，简述工作原理。若出现压缩机频繁启动，请提出相应的改进措施。
图1
【答案】控制系统框图如图2所示。
图2
工作原理为：设定温度后为
若与反馈回的温度进行比较产生偏差信号，偏差信号经放大器放大压缩使继电器闭合，则压缩机启动，驱动冷凝器进行制冷，偏差信号减小至
机停止工作，保证实际温度总在设定温度的范围内。若压缩机频繁启动，说明很小偏差信号都会使继电器闭合，解决的办法是减小放大器的增益，或者増加继电器的闭环门限值。
6． 电冰箱制冷系统工作原理如图1所示。继电器的输出电压就是加在压缩机上的电压。简述工作原理，指出控制对象、执行元件、测量元件、被控变量、参考输入，绘出系统元件框图。
图1电冰箱制冷系统原理图
【答案】工作原理为：当冰箱内温度高于设定值时，放大器输出电压
压缩机电压使继电器动作，接通压缩机运行并从蒸发器中吸入低温低压气态制冷剂，同时送出高温高压气态制冷剂至冷凝器。冷凝器送出高压常温液态制冷剂。在蒸发器中制冷剂由液态变成低压气态，同时吸收大量热量使冰箱内部变冷。
控制对象是冰箱箱体；执行元件包括压缩机、冷凝器、蒸发器；测量元件是温度传感器；被控变量是冰箱内的温度，参考输入是电位器动端电压。
系统元件框图见图2所示。
图2冰箱制冷系统元件框图