一一、简答题（共8小题）48 分#
思路
- 8个小题分别考控制系统三大要求、维纳控制论思想、前馈与反馈及复合系统、串级控制特点、积分饱和、频域典型输入、描述函数法、经典方法处理MIMO。
自动控制系统的基本组成与控制方式
基本概念与信号
本卷考法
- 指出设计控制系统时必须兼顾的三个方面
本卷实例
- 关键一步：从稳定性、准确性与快速性三个维度归纳
- 中间结果：三者相互制约，需按具体任务折中取舍
- 卡点：只答其中一个方面；把快速性归入准确性
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 闭环系统按给定、比较、放大、执行、对象、检测六个环节串联成环
- 按有无反馈分为开环、闭环与复合控制；按给定信号分为恒值、随动与程序控制
- 检测变送元件把被控量转换成可比较的信号，是反馈通道的入口
- 控制系统的基本要求是稳、准、快三条
步骤
- 从工艺或物理描述里找出被控量与操纵量
- 逐个指认给定、比较、控制、执行、对象与检测六个环节对应的实物
- 按信号流向把环节串成闭环方框图
- 说明系统靠什么维持被控量等于给定量
通用考法
- 本卷考过指出设计控制系统时必须兼顾的三个方面
- 指出系统的被控对象、被控量与操纵量
- 说明检测变送元件在闭环系统中的作用
- 画出给定系统的闭环方框图并说明工作过程
常见易错
- 把被控量与操纵量搞反
- 只画方框图而不指认环节，或反之，漏答一半
自动控制系统的基本组成与控制方式
基本概念与信号
本卷考法
- 概括维纳控制论以反馈与自我调节为核心的思想
本卷实例
- 关键一步：把控制论的核心落在反馈与信息传递上
- 中间结果：系统借反馈实现自我调节，适用于机器与生物
- 卡点：把控制论等同于自动控制；漏掉反馈这一核心
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 闭环系统按给定、比较、放大、执行、对象、检测六个环节串联成环
- 按有无反馈分为开环、闭环与复合控制；按给定信号分为恒值、随动与程序控制
- 检测变送元件把被控量转换成可比较的信号，是反馈通道的入口
- 控制系统的基本要求是稳、准、快三条
步骤
- 从工艺或物理描述里找出被控量与操纵量
- 逐个指认给定、比较、控制、执行、对象与检测六个环节对应的实物
- 按信号流向把环节串成闭环方框图
- 说明系统靠什么维持被控量等于给定量
通用考法
- 本卷考过概括维纳控制论以反馈与自我调节为核心的思想
- 指出系统的被控对象、被控量与操纵量
- 说明检测变送元件在闭环系统中的作用
- 画出给定系统的闭环方框图并说明工作过程
常见易错
- 把被控量与操纵量搞反
- 只画方框图而不指认环节，或反之，漏答一半
反馈校正与复合控制
系统校正
本卷考法
- 说明前馈与反馈各自特点及复合系统改善品质的原因
本卷实例
- 关键一步：前馈按扰动预测补偿，反馈按偏差纠正
- 中间结果：前馈补偿已知扰动提高精度，反馈弥补模型误差
- 卡点：把前馈说成闭环；认为前馈能抑制未知扰动
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 反馈校正可改变被包围环节的特性，抑制参数波动
- 局部反馈能降低时间常数、提高响应速度
- 复合控制通过前馈补偿实现给定或扰动不变性
- 前馈不改变闭环稳定性，可与反馈叠加使用
步骤
- 确定被包围的环节与反馈通道传递函数
- 写出等效后的传递函数
- 按不变性原理列写前馈补偿器条件
- 求解补偿器并校验可实现性
通用考法
- 本卷考过说明前馈与反馈各自特点及复合系统改善品质的原因
- 设计反馈校正装置改善被包围环节
- 求前馈补偿器实现不变性
- 分析复合控制对稳态误差的作用
常见易错
- 前馈补偿器求出的表达式含高阶微分，不可实现却直接采用
- 忽略反馈校正可能引起的高频噪声放大
公式
串级控制系统
过程控制与检测仪表
本卷考法
- 简述串级控制系统的特点与副回路的作用
本卷实例
- 关键一步：副回路先抑制进入副环的扰动
- 中间结果：主副回路分工提高抗扰能力与响应速度
- 卡点：把副变量选成对主变量影响很小的量
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 主回路完成主要指标，副回路快速抑制进入副回路的扰动
- 副变量应包含尽可能多的剧烈扰动，且对主变量影响要大
- 副回路要响应快于主回路，一般取主、副时间常数比大于 3
- 可等效为改善了对象特性，提高了抗扰能力与响应速度
步骤
- 判断扰动是否需要副回路专门抑制
- 确定主变量与副变量
- 说明主、副调节器的型式（一般主回路 PI、副回路 P 或 PI）
- 画方框图并说明主副回路的信号关系
通用考法
- 本卷考过简述串级控制系统的特点与副回路的作用
- 设计串级控制系统并确定主、副变量
- 说明副回路的作用与适用场合
- 分析串级相比单回路的优越性
常见易错
- 把副变量选成对主变量影响很小的量
- 主副回路的时间常数不匹配，出现共振
PID 控制器与参数整定
系统校正
本卷考法
- 从物理上解释积分饱和现象产生的原因
本卷实例
- 关键一步：执行机构限幅使积分器持续累加偏差
- 中间结果：输出饱和后偏差不能反向消除，退出迟缓
- 卡点：把积分饱和说成比例增益过大所致
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 比例项提高快速性但存在稳态误差
- 积分项消除稳态误差但降低稳定性、增大超调
- 微分项提供超前相位改善动态性能但对噪声敏感
- PD 相当于超前校正，PI 相当于滞后校正
步骤
- 按误差类型选择需要引入的环节
- 先调比例再调积分最后调微分
- 用稳定裕度或性能指标校验并微调
通用考法
- 本卷考过从物理上解释积分饱和现象产生的原因
- 设计 PID 控制器满足给定指标
- 分析各参数变化对系统性能的影响
- 说明微分项对噪声的影响
常见易错
- 把 PI 的相位影响说成超前
- 积分增益过大导致系统振荡甚至不稳定
公式
典型输入信号
基本概念与信号
本卷考法
- 指出频域分析的典型输入信号并说明选用原因
本卷实例
- 关键一步：选正弦信号，其频率特性与传函一一对应
- 中间结果：正弦输入下稳态输出仍为正弦，便于扫描频段
- 卡点：误答阶跃信号；混淆时域与频域典型输入
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 常用典型输入有冲激、阶跃、斜坡、抛物线（加速度）与正弦五类
- 阶跃信号用于考查快速性与稳定性，斜坡与抛物线用于考查稳态精度
- 正弦信号用于频域分析，冲激响应就是系统的传递函数
- 各典型信号的拉氏变换是分析全响应的起点
步骤
- 按题意写出输入信号的时域表达式
- 对输入取拉氏变换得到该信号的复域形式
- 由输入类型判断考查的是动态性能还是稳态精度
- 把输入代入误差或响应公式计算
通用考法
- 本卷考过指出频域分析的典型输入信号并说明选用原因
- 写出典型输入信号的拉氏变换
- 说明某一典型输入信号用于考查哪类性能
- 由输入类型判断稳态误差是否为有限值
常见易错
- 把斜坡与抛物线信号的阶次写错
- 阶跃的拉氏变换漏掉系数（幅度不为 1 时）
公式
描述函数法基础
非线性系统
本卷考法
- 说明描述函数法如何产生及其适用条件
本卷实例
- 关键一步：对非线性环节输入正弦，取输出基波近似
- 中间结果：用描述函数代替非线性环节再套频率法判自振
- 卡点：把描述函数当成频率的函数
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 描述函数是非线性环节在正弦输入下的等效复放大倍数
- 描述函数是输入幅值的函数，与频率无关
- 只适用于非线性环节输入近似为正弦、线性部分具有低通滤波特性的系统
- 描述函数法用来判断自振的存在与参数
步骤
- 写出非线性环节在正弦输入下的输出表达式
- 取输出的一次谐波分量求基波幅值与相位
- 按定义求描述函数 N(A)
- 与线性部分特性联立判断自振
通用考法
- 本卷考过说明描述函数法如何产生及其适用条件
- 求饱和、死区、继电特性等典型非线性的描述函数
- 说明描述函数法的适用条件
- 指出描述函数与频率特性的区别
常见易错
- 把描述函数当成频率的函数
- 忽略一次谐波近似带来的误差条件
公式
自动控制系统的基本组成与控制方式
基本概念与信号
本卷考法
- 说明经典控制理论处理MIMO系统的思路（借位 bc_01）
本卷实例
- 关键一步：把多变量系统解耦成若干单回路再分别设计
- 中间结果：或用状态空间等现代控制方法统一处理
- 卡点：直接用SISO结论套MIMO；漏掉解耦环节
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 闭环系统按给定、比较、放大、执行、对象、检测六个环节串联成环
- 按有无反馈分为开环、闭环与复合控制；按给定信号分为恒值、随动与程序控制
- 检测变送元件把被控量转换成可比较的信号，是反馈通道的入口
- 控制系统的基本要求是稳、准、快三条
步骤
- 从工艺或物理描述里找出被控量与操纵量
- 逐个指认给定、比较、控制、执行、对象与检测六个环节对应的实物
- 按信号流向把环节串成闭环方框图
- 说明系统靠什么维持被控量等于给定量
通用考法
- 本卷考过说明经典控制理论处理MIMO系统的思路（借位 bc_01）
- 指出系统的被控对象、被控量与操纵量
- 说明检测变送元件在闭环系统中的作用
- 画出给定系统的闭环方框图并说明工作过程
常见易错
- 把被控量与操纵量搞反
- 只画方框图而不指认环节，或反之，漏答一半