2017年湖南科技大学信息与电气工程学院自动控制原理复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、简答题
1． 对于最小相位系统而言，采用频率特性法实现控制系统的动静态校正的基本思路是什么？静态校正的理论依据是什么？动态校正的理论依据是什么？
【答案】设校正装置的形式为，根据开环传递函数的形式以及对系统静态指标
的取值；然后再根据对系统的的具体要求，确定校正装置中积分环节P 的个数，以及比例环节
网络，实施动态校正。 动态指标的要求，根据受控对象的结构特征，选择超前校正网络、滞后校正网络或滞后超前校正
静态校正的理论依据：通过改变低频特性，提高系统型别和开环增益，以达到满足系统静态性能指标要求的目的。
动态校正的理论依据：通过改变中频段特性，使穿越频率和相角裕量足够大，以达到满足系统动态性能要求的目的。
2． 系统校正方法通常有哪几种？它们各有什么特点？请简单分析叙述之。
【答案】按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统的校正可以分为串联校正，反馈校正和复合校正。
串联校正环节和原系统直接连接，其频率特性直接和原系统的频率特性相加，串联校正对参数变化敏感、简单易用。
反馈校正利用反馈校正装置包围待校正系统中极不利于系统性能的环节，形成局部反馈回路，在局部反馈回 路的开环幅值远大于1的条件下，局部反馈回路的特性主要取决于反馈校正装置，可以忽略被包围的部分，从而 使校正后系统的性能满足要求。反馈校正装置可以削弱系统非线性特性的影响，降低系统的时间常数，提高系统 的鲁棒性，抑止系统噪声。
复合校正主要是为了减小误差，在反馈回路中加入前馈通路，前馈控制主要用于下列场合：①干扰幅值大且频繁、对被控变量影响剧烈、单纯反馈控制达不到要求时；②主要干扰是可测不可控的变量；③对象的控制通道 滞后大、反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈一反馈控制系统，以提高控制质量。
3． 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
；在中频段，可以改变剪切频率，从而改的起始高度（P 作用）及系统低频特性的斜率（I 作用）
；在高频段，能改变高频段的斜率，増加系统的变中频段的长度，影响系统的快 速性（D 作用）
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。
二、分析计算题
4． 某最小相位系统，由实验求得其开环频率特性曲线如图（A ）所示，并已用渐近线表示。
试求：（1）系统的开环传递函数; .
（2）绘制出系统的开环对数相频特性曲线；
（3）判断闭环系统的稳定性；若系统稳定，求出系统的相角稳定裕度Y 。
【答案】（1）系统的开环传递函数为
（2）系统的开环对数相频特性曲线如图（B ）所示。
图
（3）系统是稳定的，相角稳定裕度为17°。
5． 试设计一串联控制器【答案】设计使时闭环系统都稳定，并画出校正后系统的完整奈氏图。 则
当画出校正后的完整奈氏图如图所示
图
可知，对
6． 设正反馈系统的开环传递函数为试绘制从的闭环根轨迹图，并由此系统均稳定。 确定使系统稳定的值范围。（要求出分离点的坐标。）
【答案】
系统的根轨迹方程为
开环零点数m=l
，
根轨迹渐近线与实轴的交点为
倾角为
实轴上的根轨迹分布为
解得不在根轨迹上，故舍去；
代入可得当系统稳定时，
得到综合以上可得系统的根轨迹如图所示。计算根轨迹的分离点，由
为0°根轨迹。系统的开环极点数为n=2
，计算根轨迹与虚轴的交点，系统的特征方程为
图