自控基礎

1.什么是最小相位系統？
連續系統最小相位系統是所有極點和零點都位于s左半平面的系統。離散系統最小相位系統是零極點都位于z平面單位圓內。

2.什么是放大器的頻率響應？
放大器頻率響應是給系統一個正弦信號，在輸出也會得到一個同頻率的正弦信號輸出，但是在幅值和相位上會不同于輸入信號。

3.傳遞函數的概念
在零初始條件下，線性定常系統輸出的拉普拉斯變換與輸入的拉普拉斯變換之比，定義為線性定常系統的傳遞函數。傳遞函數表示了系統的內在特性，只與系統的結構有關，而與輸入輸出無關。

4.簡述PID控制器的特點，分別說明比例、積分、微分環節對系統的影響，PID控制器各參數的設計？
PID控制不需要精確的模型，適用范圍廣泛，魯棒性強。PID分別對應比例、積分、微分控制。
比例系數增大，能減小穩態誤差，加快系統響應，但是不能消除誤差，若比例系數增大到增益裕度再增大，穩定系統將會發散。
積分控制有利于消除穩態誤差，產生一個滯后的相位，增大積分比例系數，系統振蕩加劇。
加入微分環節有利于改善動態性能，微分環節引入了零點，因此會改變閉環系統的阻尼比，提高系統頻帶，加快響應速度，減少超調。
PID參數整定一般通過經驗：先調節比例至臨界震蕩，然后調節積分至4：1，再調節微分。

5.二階系統在階躍輸入的情況下，動態特性？
超調量僅與阻尼比ξ有關，欠阻尼情況下，阻尼比越小，響應越快，超調越大，震蕩越明顯，平穩性越差，過阻尼情況下，阻尼比越大，響應越慢，但平穩性越好。最佳阻尼比為0.707，此時快速性和平穩性綜合最佳。

6.系統穩定的條件？BIBO穩定？漸進穩定？
對于線性系統來說，系統穩定要求所有極點均在s左半平面。BIBO穩定不一定是漸進穩定，漸進穩定一定是BIBO穩定。
對于非線性系統來說，穩定性分析還與輸入有關，一般用相平面法分析

7.一階慣性環節的特點
無震蕩、無超調

8.穩定性的概念？穩態誤差的概念？兩者關系？在某個輸入信號下穩態誤差為無限大，是否意味著系統不穩定？
穩定性是指擾動消失后，系統由初始偏差狀態恢復到平衡狀態的能力。系統穩定才有穩態誤差。穩態誤差無窮大，說明系統無法追蹤上輸入信號，并不能說明不穩定
追加問題：一個系統的階躍響應是穩定的，那這個系統是穩定系統嗎？
對于線性定常系統，穩定性的定義是輸入為理想脈沖時，系統輸出最后能回到平衡點。我的理解是線性定常系統滿足疊加原理，階躍響應可以看作無數個脈沖響應的疊加，脈沖響應如果產生一個脈沖之后趨于0，單位階躍響會產生穩定在1的輸出，如果脈沖響應不收斂到0，單位階躍響應一定會發散，故單位階躍要是穩定的，則系統也是穩定的。對于非線性系統，穩定性與輸入有關。

9.滯后/超前串聯校正能夠改善系統性能的原因？
滯后校正作用在低頻段，能減小截至頻率，增大相位裕度，充分挖掘了系統的相位裕度，；超前校正能提高截至頻率，加快系統響應，提高相位裕度，提高系統穩定性。

10.控制系統開環幅頻特性的各個頻段分別影響控制系統的哪些性能？
低頻段：影響系統是否產生誤差和穩態誤差的大小（這是因為低頻段多是一些積分環節，積分環節影響著穩態誤差）
中頻段：影響系統穩定性，斜率為-20dB/dec穩定，-40dB/dec可能穩定可能不穩定，-60dB/dec不穩定
高頻段：影響系統抗干擾能力

11.非線性系統與線性系統特性的不同之處
1）是否滿足疊加原理
2）是否可能產生自激振蕩
3）系統的穩定是否與初始態有關
Ans:There are three differences,linear system meets the principle of superposition,nonlinear system’s stability is related to initial state and self-oscillation may occure in nonlinear system

12.真實系統具有一定程度的非線性特性和時變特性，但是理論分析和設計常采用線性時不變模型的原因
1）通常系統工作在平衡點附近的小范圍內
2）近似精度滿足工程需求
3）線性系統的分析與設計方法成熟
4）非線性明顯的情況必須用非線性的方法分析

13.什么是可控、可觀性
有限時間內轉移到任意狀態稱為可控；根據輸入信號$u(t)$和輸出信號$y(t)$能確定初始時刻的狀態向量中的每一個分量，則稱系統完全可觀。

14.什么是分離定理？
若系統是可控、可觀測的，通過反饋增益陣配置期望閉環極點和配置觀測器極點可分開進行，它們之間互不影響。

15.說一下現代控制理論和經典控制的特點、背景、對比
1）研究對象
經典控制理論一般研究單輸入單輸出、線性定常系統。
現代控制理論不僅可以研究單輸入單輸出系統，還能研究多輸入多輸出系統，不僅可以分析線性系統，還可以分析非線性系統，不僅可以分析時不變系統還可以分析時變系統。
2）數學模型
經典控制的時域分析方法微分方程、差分方程，頻域分析方法有根軌跡法、頻率域方法，數學模型是傳遞函數表示
現代控制理論用狀態空間來表示模型
3）應用領域
經典控制發展較早，應用廣泛
4）研究內容
經典控制研究動態性能，關注穩態準
現代控制理論研究線性系統理論、最優控制、隨機系統理論和最優估計、系統辨識、自適應控制、非線性系統理論、魯棒性分析和魯棒控制、分布參數控制、離散事件控制、智能控制。

16.控制精度和反饋檢測裝置精度的關系？
控制器精度和反饋檢測裝置精度決定控制精度

17.已知反饋影響極點，問反饋對零點的影響
可能會增加了零點。引入反饋，開環零點還是零點，反饋的極點也會變成閉環零點，閉環零點一般會影響系統的動態性能(比如PD控制會引入零點)

18.微分環節的拉氏變換是什么？物理可實現嗎？
s,物理不可實現，由于自然界所有系統都是有限帶寬的，而微分環節是無限的帶寬。

19.一階系統的時間常數T的意義是什么？對階躍信號而T越大越好還是越小越好？
T表示響應達到終值的63.2%所需要的時間，對于階躍信號來說T越小越好

20.穩定性判據有哪些？
1）赫爾維茲判據：所有赫爾維茲行列式大于0
2）林納德-奇帕特判據：閉環特征方程所有系數大于0，奇數階或偶數階赫爾維茲行列式大于0
3）勞思判據：勞思表第一列數正負變換的次數即為右半平面閉環極點的個數
4）對數頻率判據：Z = P - 2N(N是大于截止頻率時，相頻曲線穿越-180度的次數)
5）奈奎斯特判據：Z = P - 2N(N是小于-1部分穿越負實軸的次數)
6）狀態方程中，A陣的特征根全部位于s左半平面
7）相平面法

21.閉環系統的組成部分
1）給定元件
2）比較元件
3）校正元件
4）放大元件
5）執行元件
6）測量元件

22.一個內部結構未知的物理系統，如何確定他的傳遞函數
通過頻率響應繪制波的圖，根據波的圖可寫出傳遞函數

23.如果只給一個輸入信號，如何確定其傳遞函數
根據階躍響應，近似成一階或者二階系統

24.不穩定系統，能否加以控制使得系統一定穩定呢？
不一定。如果是可控系統，則可以配置極點使得系統穩定，如果系統不可控，對于不穩定極點則無法配置，使得系統穩定。

25.高階系統怎么近似處理？
1）選取主導極點
2）閉環增益相等

26.在微分方程、傳遞函數、狀態空間方程三種形式下，二階系統的固有頻率分別由什么量給出？
$s^2+2\xi {\omega }_{n}s+{\omega }_n^2=0$，微分方程中，零階項即固有頻率的平方，傳遞函數中為${\omega }_n$,狀態空間中為$\sqrt{{\lambda }_1{\lambda }_2}$

27.舉例非線性
飽和、繼電、滯環、間隙

28.初值定理和終值定理
$f(0)={\lim }_{s\to \infty }sF(s)$，$f(\infty )={\lim }_{s\to 0}sF(s)$
$f(0)={\lim }_{z\to \infty }F(z)$，$f(\infty )={\lim }_{z\to 1}(1?z^{?1})F(z)$

29.反饋控制的特點
控制精度高，抗干擾能力強，只要被控量偏離給定值，系統就會自行糾偏

30.根軌跡的定義
開環傳遞函數參數對閉環極點的影響

31.根軌跡繪制法則
幅值原理和相角原理

32.負反饋的作用
減小非線性失真、擴展頻帶，增加系統穩定性

總結

以上是生活随笔為你收集整理的自动控制原理基础的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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