2017年兰州理工大学871控制工程基础(同等学力加试)复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、简答题
1． 在二阶系统中加入比例微分控制后，使系统的自然振荡频率生了什么变化，对系统性能有哪些改善？
【答案】
设二阶系统校正前的开环传递函数为为为
开环増益变为
校正后的开环传递函数为
加入的比例微分控制，校正后的闭环传递函数
阻尼比变为
阻尼系数和开环增益K 发
可见校正后系统的自然振荡频率变为
系统的超调量变小。
2． 什么是反馈控制原理? 反馈控制系统的主要特点是什么？
【答案】反馈控制原理即按偏差控制的原理。系统的输出量通过反馈通道引入输入端，并与输入信号进行比较产生偏差信号，利用所得的偏差信号产生控制作用调节被控对象，达到减小偏差或消除偏差的目的。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，但结构复杂。
3． 试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。
【答案】（1）开环控制一一半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。
工作原理：被控制量为衣服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。系统输出量（即衣服的干净度）的信息没有通过任何装置反馈到输入端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。
（2）闭环控制一一卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。 工作原理：以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位（反，控制供水量，形应蓄水量）。水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），系统处于成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比例）
平衡状态。一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门，下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再次处于平衡状态。
二、分析计算题
4． 试求下列非线性系统判别这些平衡点是否稳定。
【答案】令
可得
的平衡点，并对各平衡点进行线性化，然后
对非线性方程进行线性化可得
其中
为的平衡点。
线性化后为
写成状态空间形式即为
可知系统在这些平衡点附近不稳定。 （2）当k 为偶数时，
线性化后
写成状态空间形式即为
可知系统在这些
平衡点附近稳定。
5． 设系统的状态方程为
（1）当k 为奇数时，
试确定状态反馈矩阵F , 将系统的闭环极点配置在
【答案】由题意可得
A
状态空间表达式为Jordan 标准型，对应于每个Jordan 块的b 阵最后一行不全为零，说明系统完全可控，可任意配置极点。设状态反馈矩阵为
由于只能得到4个方程，而未知数有8个，解不唯一，因此不妨假设
有
代入
由可得
期望的特征多项式为
对照可得到
用试探法得其一组解为
状态反馈矩阵F 为
（注：本题的答案不唯一）
6． 已知系统的状态空间描述为
分析系统的状态能控性、状态能观性及输出的能控性。 【答案】系统的状态可控性判别矩阵为
当当
时，时，
系统状态完全可控。 系统状态不完全可控。