考研851 自动控制原理
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5) 环节对应 s 左半面的开环零点或极点。

15、频率特性分析时,有哪些常用参数,说明参数的定义和作用。

解析:对于稳定性的判定会有两个参数,那就是幅值裕度 h 和相角裕度 r,通常情况下,利用后者进行判定,即相角裕度大于零,系统是稳定的,反之不稳定,但是对于幅值裕度,指的是相角为-180 度时对应的幅值(这里是 dB )。

16、什么是开环频率和穿越频率?什么是闭环系统带宽

解析:开环截止频率 \(\omega_c\):也称剪切频率,是开环幅频特性 \(|G(j\omega)| = 1\) 时对应的频率,即奈奎斯特曲线与单位圆交点处的 \(\omega\) 值,也是幅频特性曲线穿越零分贝线的频率。

穿越频率 \(\omega_x\):是 \(\varphi(\omega_x) = \angle G(j\omega_x)H(j\omega_x) = (2k+1)\pi\),即奈奎斯特曲线与负实轴的交点处的 \(\omega\) 值,也是相频特性曲线穿越 -180 度线的频率。

闭环系统带宽:闭环幅频特性 \(M(\omega)\) 降低到其零频值 \(M(0)\)\(\dfrac{\sqrt{2}}{2}\) 倍时所对应的带宽频率 \(\omega_b\),而闭环系统带宽为 \([0,\omega_b]\)

17、对于一个正弦函数 sinwt,通过一个二阶系统 \(\dfrac{w_s^2}{s^2+2w_s\xi s+w_s^2}\)\(0<\xi<1\)),输出依然是一个同频率的正弦信号 \(A\sin(\omega t+\phi)\),试确定当 w 取多少时,A 可以取最大值。

\[G(j\omega)=\dfrac{\omega_s^2}{-\omega^2+j2\zeta\omega_s\omega+\omega_s^2}\]
\[A(\omega)=\dfrac{\omega_s^2}{\sqrt{\omega^4+(4\zeta^2\omega_s^2-2\omega_s^2)\omega^2+\omega_s^4}}\]

\(\omega^2=\dfrac{\omega_s^2(4\zeta^2-2)}{2}\) 时,\(A(\omega)\) 最大

\[\Rightarrow \omega=\begin{cases}\omega_s\sqrt{2\xi^2-1}, & \dfrac{\sqrt{2}}{2}<\xi<1 \\[2mm] \omega_s\sqrt{1-2\xi^2}, & 0<\xi<\dfrac{\sqrt{2}}{2}\end{cases}\]

系统输出有最大值 \(\dfrac{1}{2\zeta(1-\zeta^2)}\)

18、设计反馈系统时,分为低频,中频、高频段的大概标准,低频段高增益,高频段低增益实现什么控制目的,中频段设计考虑因素?

标准:低频段通常是指开环对数幅频特性曲线的渐进线的第一个转折频率之前的频段,且 \(L(\omega)>0\);中频段在穿越频率 \(\omega_c\) 前后,\(-30dB<L(\omega)<30dB\);高频段 \(\omega>10\omega_c,L(\omega)<-20dB\)

控制目的:低频高增益可以减小稳态误差,提高快速性;高频低增益可以减小噪声干扰。