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一、2020年北京理工大学兵器科学与技术专业考研复试核心题库之自动控制原理简答题精编
1．位置随动控制系统如图所示。试分析系统的工作原理并画出该系统原理方框图。
图
【答案】工作原理：当工作机械转角与手柄转角一致时，两个环形电位计组成的桥式电路处于平衡状态，输出电压，电机不转动，系统相对静止。如果手柄转角变化，而工作机械处于原位，这时，桥式电路的输出，经放大器放大后驱动电机转动，经减速器拖动工作机械向要求的方向偏转。当时，电机停转，系统达到新的平衡状态，从而实现角位移随动目的。
根据上述分析，得出系统的原理方框图如图所示。
图
2．何谓串级控制系统？串级控制系统主要用于什么样的被控对象？它是如何克服扰动对控制系统性能的影响的？
【答案】串级控制系统是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。串级控制系统主要应用于:对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合；由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响。
3．已知线性定常系统：
(1)写出系统的传递函数；
(2)判别系统的能控性和能观性，并指明每个状态变量的能控性、能观性。
【答案】(1)
(2)由于状态空间表达式已经是Jordan标准型，可直接进行判断。对于第一个Jordan块，对应于该块的b阵最后一行不为零，故可控；对于第二个Jordan块，对应于该块的b阵最后一行不为零，故可控；于是，系统的所有状态均可控；对于第一个Jordan块，对应于该块的c阵第一列为零，故不可观；对于第二个Jordan块，对应于该块的c阵最后一列为零，故不可观；于是，系统的状态不可观。
4．下图1所示自动调速系统。
(1)分析(a)与(b)的工作原理，画出功能方框图。
(2)假设空载时，(a)与(b)的工作机械转速均为，当工作机械受到同样大的负载阻力矩时，哪个系统能保持输出转速不变？
图1
【答案】对于题图(a)：
(1)工作原理：闭环控制方式。
在电动机D稳定的输出转速下，系统带上负载后，输出的转速会下降。测速发电机cs会将输出转速的变化反馈到输入端与给定值进行比较，当偏差加大时，其偏差电压会直接经放大器放大使发电机的激磁电流增大，从而使发电机F的端电压增大，致使电动机D的转速回升，从而使偏差电压减小，但偏差电压始终不能为零，因为若偏差电压为零时，励磁电流也会为零，发电机F
将不能工作，所以保持一定的偏差电压是维持控制作用的基础。因此，当空载时的工作机械转速为时，带上负载后自动调速输出转速会低于。该系统称为有差系统。
(2)被控对象是电动机D，被控量是电动机输出转速，给定量是电位器设定的输入电压。主扰动是负载阻力矩。
系统的方框图如下图2所示。
图2
对于题图(b):
(1)工作原理：闭环控制方式。
系统带上负载后，输出的转速会下降，测速发电机cs会将输出转速的变化反馈到输入端与给定值进行比较，当反馈电压低于给定电压时，其偏差电压会被自动检测出来并经放大器放大使伺服电机转动，带动电位器电刷移动，使发电机F的激磁电流增大，从而使发电机F的端电压增大，致使电动机的转速回升，从而使偏差电压减小，直至偏差电压减小为零，此时伺服电机停转，电动机的转速保持在指定数值。因此，当空载时的工作机械转速为时，带上负载后自动调速系统能保持输出转速不变。该系统称为无差系统。
(2)被控对象是电动机，被控量是电动机输出转速，给定量是电位器设定的输入电压。主扰动是负载阻力矩。
系统的方框图如下图3所示。
图3
5．列举反映系统动态性能的五项指标。如果单纯增大反馈控制系统的开环增益，这些指标将如何变化？
【答案】增大开环增益后自然振荡频率增大，阻尼比变小，但阻尼比与自然振荡频率的乘积保持不变，动态响应变快，上升时间和峰值时间变小，超调量变大，振荡次数变大，调节时间保持不变。