1、1.7習(xí)題與解答11工程控制論的研究對(duì)象和任務(wù)是什么？解:工程控制理論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。具體地說(shuō)，研究的是工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件（即輸入或激勵(lì)，包括外加控制與外加干擾）作用下，從系統(tǒng)一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的有其內(nèi)部的固有特性（即系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性）所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程：同時(shí)研究這一系統(tǒng)、輸入和輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。工程控制理論的研究?jī)?nèi)容就系統(tǒng)、輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系而言，工程

2、控制論的研究?jī)?nèi)容大致可以歸納為如下五個(gè)方面：（1）當(dāng)系統(tǒng)已定、輸入已知時(shí)，求系統(tǒng)的輸出，并且通過(guò)輸出研究系統(tǒng)本身有關(guān)的問(wèn)題，即系統(tǒng)分析問(wèn)題。（2）當(dāng)系統(tǒng)已定時(shí)，求系統(tǒng)的輸入，并且所確定的輸入應(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即最優(yōu)控制問(wèn)題；（3）當(dāng)輸入已知時(shí)，確定系統(tǒng)，并且所確定的系統(tǒng)應(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題；（4）當(dāng)輸出已知時(shí)，系統(tǒng)已定時(shí)，識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)信息，即濾波與預(yù)測(cè)問(wèn)題；（5）當(dāng)輸入與輸出均已知時(shí)

3、，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即系統(tǒng)識(shí)別或者系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題。12組成典型控制系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)有那些？它們各起到什么作用？典型反饋控制系統(tǒng)的基本組成：給定環(huán)節(jié)、測(cè)量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大運(yùn)算環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)，組成了這一控制系統(tǒng)的控制部分，目的是對(duì)被控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制。給定環(huán)節(jié)：作用是給出輸入信號(hào)的環(huán)節(jié)，用于確定被控制對(duì)象的“目標(biāo)值”（或成為給定值），給定環(huán)節(jié)可以用各種形式（電量、非電量、數(shù)字量、模擬量等）發(fā)出信號(hào)。測(cè)量環(huán)節(jié)：用于測(cè)量被

4、控量，并把被控制量轉(zhuǎn)換為便于傳送的另外一個(gè)物理量。如電位計(jì)將機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。比較環(huán)節(jié)：輸入信號(hào)和測(cè)量環(huán)節(jié)測(cè)量的被控制量的反饋量相比較，得到偏差信號(hào)，其中比較包括幅值比較、相位比較和位移比較等。放大運(yùn)算環(huán)節(jié)：對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行必要運(yùn)算，然后進(jìn)行功率的放大，推動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)。常用的放大類型有電流放大、液壓放大等。執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)送來(lái)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控制對(duì)象按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。執(zhí)行環(huán)節(jié)一般是一個(gè)有源的功率放大裝置，工作中要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換

5、。如把電能通過(guò)直流電機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控制對(duì)象進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)。13自動(dòng)控制系統(tǒng)按照輸出變化規(guī)律如何分類？按照反饋規(guī)律分為哪幾類？1、按反饋情況分類（1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：是最簡(jiǎn)單的一種控制方式，特點(diǎn)是控制系統(tǒng)的控制量與被控制量之間只有前向通道，即只有從輸入端到輸出端的單方向通道，而無(wú)反向通道。系統(tǒng)中只有輸入信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生控制作用，輸出信號(hào)不參與系統(tǒng)的控制。（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)不僅有一條從輸入端到輸出端的前向通道，還有一條從

6、輸出端到輸入端的反饋通道。參與系統(tǒng)控制的不只是系統(tǒng)的輸入信號(hào)，還有輸出信號(hào)，控制作用的傳遞路徑是閉合的。2按輸出變化規(guī)律分類因此：要想干擾引起的輸出為零，214)(kksksG?38分別求出所示的閉環(huán)系統(tǒng)以、為輸入，以、、、為輸)(sR)(sN)(sC)(sB)(sE)(sY出的傳遞函數(shù)。解:先求為輸入的傳遞函數(shù)，這時(shí))(sR0)(?sNHGGsGsGsRsC21211)()()()(??HGGHGGsRsB21211)()(??HGG

7、sRsE2111)()(??HGGGsRsY2111)()(??求以為輸入的函數(shù)，這時(shí))(sN0)(?sRHGGsGsNsC2121)()()(??HGGHGsNsB2121)()(??HGGHGsNsE2121)()(???HGGHGGsNsY21211)()(???四章41什么是系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)？解：控制系統(tǒng)在外界作用的激勵(lì)下，其輸出量是隨時(shí)間變化的函數(shù)。通過(guò)對(duì)輸出量的分析，可揭示系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性。42什么是動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)？動(dòng)態(tài)性能指

8、標(biāo)有哪些？工程上為了定量評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的好壞，必須給出控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)的準(zhǔn)確定義和定量計(jì)算方法。穩(wěn)定是控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本條件。一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)的典型單位階躍響應(yīng)如圖所示，由于響應(yīng)過(guò)程分為動(dòng)態(tài)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)過(guò)程，因此系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)就是分別針對(duì)這兩個(gè)階段而定義的。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)通常有如下幾項(xiàng)：（1）延遲時(shí)間(DeleyTime)（2）上升時(shí)間（RiseTime）（3）峰值時(shí)間（PeakTime）pt（4）調(diào)節(jié)時(shí)間（Sett