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自动化考研复试资料.pdf

发布时间：2022-06-12 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.55M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    【自控】 （1）对控制系统的基本要求： ①稳定性：系统扰动消失后，由偏差状态恢复到平衡状态的性能。只取决于系统的结构 参数 ②瞬态性能：快速性和平稳性。快速性是指系统过渡时间的长短，平稳性是指输出震荡 的幅度和波形。 ③稳态性能：稳态误差。当控制系统达到稳态时，系统输出的实际值与希望值之间的差 值，即为稳态误差，稳态误差是衡量系统稳态性能的重要指标。 （2）几个概念 ①传递函数：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉式变换和输入量的拉式变换之 比。（只取决于系统的结构和参数，与输入量的大小和形式无关） ②频率特性：输出信号傅里叶变换和输入信号傅里叶变换之比。 ③脉冲传函：线性定常离散系统在零初始条件下，输出脉冲序列的 z 变换和输入脉冲序 列的 z 变换之比。 （3）几个改善措施 ①改善二阶系统的响应： A. 加入比例微分控制 B. 输出量的速度反馈控制 加大等效阻尼比，抑制震荡，减小超 调量，改善系统平稳性 ②改善不稳定结构：（闭环特征方程缺项） A. 改变积分性质（用反馈包围积分环节） B. 引入比例微分控制 ③改善系统稳态精度 为了补上特征方程缺项 A. 加大扰动作用点以前的前向通道增益（降低扰动引起的稳态误差） B. 增加前向通道中积分环节的数目（是系统型别提高，消除不同输入信号的稳态 误差，但是积分环节数目的增加，也改变了闭环传函的极点，系统的稳定性会受到影响） C. 采用复合控制（按干扰补偿和按输入补偿） ④消除扰动误差 A. 加大扰动作用点以前的前向通道增益（能减小不能消除） B. 扰动作用点之前引入微分环节 C. 采用前馈补偿 （4）几个概念 主导极点：距离虚轴最近的一个闭环极点，并且其他闭环极点远离虚轴。 偶极子：一对靠的很近的闭环零极点。 奇点：相平面的平衡点。可通过 x 所有阶的导数都为零求取。通过奇点的相轨迹不止 一条，斜率不变，相轨迹在该点相交。 （5）校正 串联超前校正 （ 高 通 滤 波 器） 串联滞后校正 （ 低 通 滤 波 器） 原理 利用超前校正网络的相角超前特性去增大系统 的相角裕度 挖掘原系统相角裕度存储 作用 A.相角裕度↑，稳定性↑ B.剪切频率↑；过渡过程加快 A.低频响应的增益↑，稳态误差 ↓，稳态精度↑ B.高频响应增益↓，剪切频率 wc↓，相角裕度↑，平稳性↑
    滞后超前校正 超前校正：快速性↑，平稳性↑，稳态精度↓ 滞后校正：平稳性↑，稳态精度↑，快速性↓ （6）滞后超前是不是一定比滞后校正好？ 同时改善瞬态特性和稳态特性 不一定，滞后超前对高频噪声的抑制能力不如滞后校正，当滞后校正已经满足系统要求 的时候，滞后超前就没有必要了。 （7）PID 控制 ①P 比例控制：提高 P 控制器的增益，可以降低系统的稳态误差，但是会降低系统的稳 定性。 ②I 积分控制：可以提高系统的型别，消除或者减弱系统的稳态误差，但会降低系统的 稳定程度，甚至会造成不稳定。（积分作用的强弱取决于积分时间常数 Ti，Ti 越大，积分作用越弱，反之越强） ③D 微分控制：增加系统阻尼比，增加相角裕量，对于高阶不明显，低阶明显。（能反 应偏差信号的变化趋势） ④PI 比例积分控制：可以在保证系统稳定的前提下，提高系统型别，降低稳态误差。 ⑤PD 比例微分控制：大偏差采用 PD 控制。具有预见信号变化趋势的优点，增加系统阻 尼程度，提高系统稳定性，但易于放大噪声。 ⑥PID 控制：小偏差采用 PID 控制。提高比例可以降低稳态误差，提高响应速度。 提高系统型别；增加阻尼比改善动态性能；增加相位裕度提高稳定性。 （8）低中高频段的作用 低频段：决定系统稳态误差。 中频段：决定超调量、调节时间，动态性能。 高频段：抑制高频噪声。 （9）离散信号和连续信号 ①连续信号：自变量是连续的 采样 采样定理 ②离散信号：自变量是离散的（精度可以是无限的） A. 数字信号：自变量是离散的，值是离散的。（精度是有限的） B. 抽样信号：自变量是离散的，值是连续的。 （10）采样定理 ①对一个具有有限频谱（  w max  ww  max ）的连续信号进行采样，当采样角 ws  2w max 频率 时，由采样得到的离散信号能无失真地恢复到原来的连续信 号。 ②采样定理给出了采样信号无失真地再现原连续信号所必需的最大采样周期，最 小采样频率，但信号的恢复需要一个理想的滤波器，但是零阶保持器不理想，即使满足 采样定理也无法不失真的复现原信号，所以在工程实践中一般是 ws  2w max 。 （11）为什么选用零阶保持器？ ①为什么选用保持器—解码后信号转变为幅值上连续，时间上离散的系统，要使其成为 可用的模拟信号，必须保证信号在时间上也连续，故采用保持器。 ②零阶保持器虽然附加了滞后的相位移，增加了系统的不稳定因素，但是和一阶和高阶 保持器相比，他有最小的相位滞后，而且反应快，对稳定性影响较小，再加上容易实现，所
    以实际系统中经常采用零阶保持器。 （12）最小相位和非最小相位 ①最小相位环节：具有相同幅频特性的一些环节，相角位移有最小可能值的称为最小相 位环节。（最小相位环节幅频特性和相频特性一一对应） ②非最小相位环节：相角位移大于最小可能值的环节称为非最小相位环节。 传递函数中存在正实部的零点或极点称为非最小相位环节。 ③非最小相位系统：含有非最小相位环节的系统称为非最小相位系统。 开环传递函数有正实部的零点或者极点或者延迟环节的系统是非 最小相位系统。（延迟环节可以由零点和极点形式近似） （13） 判断稳定性的方法 A.线性定常系统（系统的特征方程根具有负实部，或者说都位于 s 平面左半部分） ①劳斯判据 ②赫尔维茨判据 ③根轨迹法 ④频率稳定判据 ⑤奈氏判据 劳斯表的第一列元素值都大于零，那么系统稳定 构造一个 n 阶行列式，对角线从 a1 到 an 然后各列上下对齐，如 果各阶顺序主子式大于零，系统稳定。 在已知开环传递函数的零极点分布上，研究某个或者某些参数的 变化对特征方程根的影响。 相角裕度：系统达到临界稳定状态时开环频率特性的相角尚可减 少的数值。数值大于 0 系统才稳定。 幅值裕度：系统达到临界稳定状态时开环频率特性的幅值尚可增 大的倍数。倍数大于 1 系统才稳定。 W 由 0 到无穷变化时，开环幅频特性曲线绕（-1，j0）点转 pπ角， 则系统稳定。P 是系统开环特征方程中实部为正的根的个数。 B.离散系统（系统的特征方程根都在 z 平面单位圆内） ①w 域中的劳斯判据 通过使用双线性变换，最终把 Z 域单位圆内的部分映射到 w 域的 左半平面，在使用劳斯判据判稳 ②z 域中的朱利判据 C.非线性系统 ①线性近似法 ②相平面法 ③描述函数法 ④李雅普诺夫第一法 （间接法） ⑤李亚普诺夫第二法 （直接法） 类似于连续系统的赫尔维茨判据 基于小偏差线性化的方法近似为线性系统 保留非线性特性，将高阶的线性部分近似为二阶分析。只适用于 一阶二阶。 系统的非线性环节在正弦信号作用下的输出可以用一次谐波分量 来近似，由此导出非线性环节的近似等效频率特性，即描述函数， 又称谐波线性化方法。系统阶数不受限制。 通过系统状态方程的解来判断系统的稳定性。 对于线性定常系统，求解出特征方程的根就可以做出稳定性判断。 对于非线性不是很严重的系统，通过线性化处理近似得到线性化 方程，然后根据特征根来判断系统稳定性。 通过一个叫做李雅普诺夫函数的标量函数来直接判定系统的稳定 性。适用于难以求解的非线性系统和时变系统。 从能量的观点进行稳定性分析：如果一个系统被激励后，储存的 能量随时间推移逐渐衰减，到达平衡时，能量将达到最小值，那 么这个状态是渐近稳定的。反之如果系统不断从外界吸收能量， 储能越来越大，那么平衡状态就是不稳定的。如果既不储能也不
    耗能，那么这个状态就是李雅普诺夫下的稳定。 （14）系统的型别，反馈环节上加上积分环节会怎么样？ ①开环传递函数分母有几个纯积分环节就是几型。 ②系统型别越高，跟踪典型输入信号的误差能力就越强。 ③反馈回路增加一个积分环节，闭环就会增加一个闭环零点，减小系统阻尼比，增加系 统震荡，对稳定性不利。 （15）几个定义 截止频率 wc：系统开环频率特性与单位圆相交交点处频率。 带宽频率 wb：系统闭环频率特性幅值从初始值 M（0）减小到 0.707M（0）时的频率。 带宽频率越大，上升时间越短，但对高频干扰的过滤能力越差。 （16）开环零极点和闭环零极点 ①增加开环零点——根轨迹左偏，系统动态性能提高，增大稳定性。 ②增加开环极点——根轨迹右偏，系统动态性能降低，降低稳定性。 ③增加闭环零点——减小系统阻尼，增大超调量，减小峰值时间。 ④增加闭环极点——增大系统阻尼，减小超调量，增大峰值时间。 （17）极限环 非线性系统中，除发散状态或者收敛于平衡状态外，往往即使没有外部激励，系统也可 能产生具有一定振幅和频率的持久的等幅震荡，这种震荡叫做极限环。 极限环的自振荡幅值与初始条件无关，而临界稳定的线性系统的振荡幅值由初始条件决 定。 （18）z 变换 ①z 变换的方法：级数求和法、部分分式法、留数计算法 ②z 反变换的方法：长除法、部分分式法、留数计算法 ③z 变换之前做什么：z 变换之前，需要将连续函数离散化，然后计算出离散输出序列， 在进行 z 变换，或者将时域函数转到复数域，在进行 z 变换。 （19）稳定的线性系统离散后还稳定吗？ 不一定。离散后的系统是否稳定取决于采样频率高低。采样频率越高，越接近连续系统。 采样频率越低，离散系统越有可能不稳定。 （20）几个要求 ①系统稳定的要求：所有特征根具有负实部。 ②系统快速性好的要求：特征根远离虚轴。 ③系统平稳性好的要求：特征根在与负实轴成正负 45 度夹角附近. 【现控】 （21）现代控制理论与经典控制理论的差异 研究对象 研究方法 研究工具 分析方法 设计方法 其他 经典控制理论 单输入单输出系统（SISO） 高阶微分方程 现代控制理论 多输入多输出系统（MIMO） 一阶微分方程 传递函数法（外部描述） 状态空间法（内部描述） 拉普拉斯变化 线性代数矩阵 频域、频率响应和根轨迹法 PID 控制和校正网络 频率法的物理意义直观、实用 复域、实域，可控和可观测 状态反馈和输出反馈 易于实现实时控制和最优
    （22）状态空间分析法相对于传递函数方法的优点 难于实现最优控制 控制 传递函数法 状态空间分析法 系统模型为单输入单输出系统 便于在数字计算机上求解 忽略初始条件的影响 不包含系统所有的信息 容易考虑初始条件 能了解并利用处于系统内部的状态信息 （23）对于现代控制理论和经典控制理论正确的态度： 虽然现代控制理论的适用范围更多，但不能说现代控制理论优于经典控制理论。无论哪 一种理论都有它解决不了的问题。我们要根据具体的研究对象，选择合适的理论进行分析。 （24）状态变量 状态变量：足以完全表征系统运动状态的最小个数的一组变量为状态变量。 状态变量个数=微分方程阶数=独立储能元件个数 （25）能控性定义和能控性判别 能控性（控制信号对状态的控制能力）：如果存在一个分段连续的输入，能在有限时间 区间内，使系统由某一初始状态，转移到任一终端状态，则称此状态是能控的。若系统的所 有状态都是能控的，或简称系统是能控的。 判别：①将系统进行状态变换，把状态方程化为约旦标准型，再根据 B 阵，确 定系统的能控性 ②直接根据状态方程的 A 阵和 B 阵，确定其能控性。 （26）能观性定义和能观性判别 能观性（输出反映状态变量的能力）：对于任意给定的输入，在有限观测时间期间的输 出能 唯一的确定系统在初始时刻的状态，则称状态是能观 测的。若系统的每一个状态都是 能观的，则称系统是 能观的。 判别：①对系统进行坐标变换，将系统的状态空间表达式变换成约旦标准型，然后根据 标准型下的 C 阵，判别其能观性 ②直接根据 A 阵和 C 阵进行判别。 （27）对偶原理 ①R 维输入 m 维输出的 n 阶系统的对偶系统是 m 维输入 r 维输出的 n 阶系统。 ②互为对偶的的两个系统，输入端与输出端互换，信号传递方向相反，对应矩阵转置。 ③系统 A 和 B 互为对偶，则 A 的能控性等价于 B 的能观性，A 的能观性等价于 B 的能 控性。 （28）几个标准型 ①约旦标准型——便于状态转移矩阵计算，可控性和可观性分析方便。 ②能控标准型——便于状态反馈。 ③能观标准型——便于状态观测器设计。 （29）内部稳定性和外部稳定性（BIBO） ①内部稳定：内部稳定关心的是系统内部状态的自由运动，这种运动必须满足渐进稳定 条件。 ②外部稳定性：对系统输入量和输出量的约束。 ③线性定常系统，如果内部稳定，外部一定稳定。
    ④线性定常系统，如果外部稳定，内部不一定稳定。 （任何一个线性定常系统通过线性变换，可以分解为四个子系统：能控能观、能控不 能观、不能控能观、不能控不能观。系统的输入输出特性仅能反映能控能观部分， 其余三部分不能反映出来。外部稳定仅意味能控能观子系统渐近稳定，其余子系统 是否稳定表现不出来。） ⑤线性定常系统如果是完全能控能观的，内部稳定性和外部稳定性是等价的。 （30）最小实现 ①传递函数阵只能反映系统中能控能观的子系统，一个可实现的传递函数阵有无穷多个 状态空间表达式与之对应。最小实现就是其维数最小的一类实现。 ②某一实现是最小实现的充要条件是该系统能控且能观。 ③对于单入单出系统：可以判断传递函数是否存在零极点对消。 ④对于多入多出系统：没有零极点对消只是实现最小实现的充分条件。多入多出系统有 零极点对消，仍可能是能控能观的。 （31）找不到李雅普诺夫函数判断的话系统就不稳定吗？ 不一定，因为很难找到对任何系统都普遍适用的李雅普诺夫函数的方法，有的时候并非 不稳定而是很难找到这样一个函数。 （32）几个稳定性的定义 ①李雅普诺夫意义下的稳定：使系统偏离平衡工作点的初始偏差和引起的扰动始终不超 过域。 ②渐进稳定：输出在初始偏差的作用下，状态始终能回到平衡状态。 ③大范围渐近稳定：系统在任意初始条件下都具有渐近稳定性。 ④在经典控制里，只有渐近稳定的系统才称做稳定系统。只在李雅普诺夫意义下稳定， 但不是渐进稳定的系统称为临界稳定系统。工程上属于不稳定系统。 （33）状态反馈： ①将系统的每一个状态变量乘以相应的反馈系数，然后反馈到输入端与参考输入相加作 为控制输入。 ②状态反馈使闭环极点配置在任意位置上的充要条件是：对象能控。 （若对象可控，引入状态反馈表示增加一条反馈通路，它能改变反馈所包围环节的传递 特性，即通过改变局部回路的极点来改变闭环极点控制。） ③状态反馈不改变受控系统能控性，不保证能观性不变。 （当任意配置极点导致零极点相消，会改变系统的能观性。） （34）输出反馈 ①系统的输出变量通过比例环节传送到输入端的反馈方式。 ②单入单出的能控系统输出反馈不能实现闭环极点的任意配置。 ③输出反馈不改变系统的能控性和能观性。 （35）状态反馈和输出反馈的比较： 状态反馈通过引入矩阵 K，不增加系统的维数就可以自由的改变闭环系统特征值，从而 更有效的改善系统性能。但是要求原系统必须完全能控，状态变量往往不能从系统外部直接 测量得到，这就使状态反馈的技术比输出反馈复杂。 输出反馈技术上比较简单，但是选择氛围没有状态反馈大，必须要求系统完全能观才行。 （36）镇定问题 ①系统采用状态反馈能镇定的充要条件：不能控的子系统渐进稳定。 ②系统采用输出反馈能镇定的充要条件：能控能观子系统能镇定，其余子系统渐进稳定。 ③系统采用输出到 x 一阶导反馈能镇定的条件是：不能观子系统渐进稳定。
    （37）状态观测器 ①系统的状态变量不易于检测，或者输出只能得到部分状态变量，未测的变量影响着系 统分析，状态观测器的引入帮助我们确定了系统各变量状态。 ②线性定常系统：状态观测器存在的充要条件是系统不能观子系统渐进稳定。 ③分离定律：状态反馈的设计和状态观测器的设计可以相互独立的进行，既可以分别设 计系统的状态反馈矩阵 K 和状态观测器的反馈矩阵 G。 （38）降维观测器 系统有 n 个状态变量，q 个输出变量，观测器只需估计 n-q 个状态变量，称降维观测器。 【微机原理】 （39）微型计算机系统组成 （40）数值转换 ①十进制转化成二进制：整数除二取余，小数乘二取整。 ②十进制转化成十六进制：十进制转化成二进制在转化成六进制。 ③二进制/十六机制转化成十进制：按公式计算累加和。 ④二进制转化成八进制：将二进制的整数和小数部分每三位分为一组，不足三位的用 0 补足，然后每组用等值的八进制码替代。 ⑤二进制转化成十六进制：将二进制的整数和小数部分每四位分为一组，不足四位的用 0 补足，然后每组用等值的十六进制码替代。 （41）8086 的内部结构 从功能上 8086 分为两部分：总线接口单元（BIU）和执行单元（EU） 总线接口单元（BIU）（功能：形成访问存储器的物理地址、访问存储器并取指令暂存到指令 队列中等待执行，访问存储器或 IO 端口读取操作数参加 EU 运算或存放运算结果等。） ①4 个 16 位的段地址寄存器 CS 代码段寄存器 DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器 ES 附加段寄存器 存放段基址 ②16 位的指令指针寄存器 IP 存放将要执行的下一条指令的偏移地址 ③20 位的地址加法器 20 位物理地址=段基址×16+16 位偏移地址
    ④6 字节的指令队列缓冲器 按照 8086CPU 的设计要求，指令执行部件（EU）在执行指令 时，不是直接通过访问存储器取指令，而是从指令队列中取 得指令代码，并分析执行它。EU 执行指令时，BIU 可以取出 多条指令，放进指令队列中排队。EU 仅仅从 BIU 的指令队列 中不断地取指令并且执行指令，省去了访问内存的时间，加 速了程序运行，可以实现一个时钟周期内执行一条或多条指 令的操作。（流水线方式） 执行部件 EU（功能：执行指令） ①4 个通用寄存器 ②4 个专用寄存器 ③标识寄存器 FR AX 累加器 BX 基址寄存器 CX 计数器 DX 数据寄存器 SP 堆栈指针寄存器 BP 基址指针寄存器 SI 源地址寄存器 DI 目的变址寄存器 CF 进位/借位标志 PF 奇偶标志 AF 辅助进位标志 ZF 零标志 SF 符号标志 OF 溢出标志 IF 中断允许标志 DF 方向标志 TF 单步标志 存放堆栈段栈顶偏移地址 存放堆栈段某一存储单元偏移地 址 存放串操作源操作数的偏移地址 （存于 DS） 存放串操作目的操作数的偏移地 址（存于 ES） 最高位进位或者借位，CF=1 低 8 位有偶数个 1，PF=1 D3 有进位或者借位，AF=1 结果为 0，ZF=1 与运算结果最高有效位相同 溢出，OF=1 IF=1，允许 CPU 响应可屏蔽中断 IF=0，禁止中断响应 DF=0，地址指针自动增量 DF=1，地址指针自动减量 TF=1，cpu 为单步方式 TF=0，cpu 正常执行程序 ④算数逻辑部件 ALU （42）8086 系统中的存储器为什么要采用分段结构？有什么好处？ 答：8086CPU 中的寄存器都是 16 位的，16 位的地址只能访问 64KB 的内存。8086 系统 中的物理地址是由 20 根地址总线形成的，要做到对 20 位地址空间进行访问，就需要两部分 地址，在 8086 系统中，就是由段基址和偏移地址两部分构成。这两个地址都是 16 位的，将 这两个地址采用相加的方式组成 20 位地址去访问存储器。 在 8086 系统的地址形成中，当段地址确定后，该段的寻址范围就已经确定，其容量不 大于 64KB。同时，通过修改段寄存器内容，可达到逻辑段在整个 1MB 存储空间中浮动。各 个逻辑段之间可以紧密相连，可以中间有间隔，也可以相互重叠（部分重叠，甚至完全重叠）。 采用段基址和偏移地址方式组成物理地址的优点是：满足对 8086 系统的 1MB 存储空间的访 问，同时在大部分指令中只要提供 16 位的偏移地址即可。 （43）8086 存储器中存放数据字时有“对准字”和“非对准字”之分，请说明它们的差别。
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