武汉科技大学《自动控制原理》期末考试试题解析

"武汉科技大学《自动控制原理》期末考试试卷，包含了自动驾驶相关的自动控制理论知识，包括反馈控制系统的标准、线性系统稳定性条件、校正方法、采样定理、脉冲传递函数等内容，以及实际应用如家用冰箱温度控制系统的分析。试卷中还涉及了传递函数的计算、系统结构图的分析、根轨迹绘制与系统性能指标的求解等题目。" 这篇资料主要涵盖了自动控制领域的多个核心知识点： 1. **反馈控制系统的基本要求**：反馈控制系统是一种能够根据输出信号调整其行为的系统，其基本要求包括准确性（误差最小）、稳定性（系统不会自我崩溃或振荡）、快速性（响应速度快）和抗干扰能力（能抵消外部扰动的影响）。 2. **线性系统稳定的充分必要条件**：对于线性时不变系统，其稳定性的判断通常基于劳斯判据、赫尔维茨判据或者根轨迹法。系统稳定的充分必要条件是所有闭环极点位于复平面上的左半平面，即所有闭环增益的实部都小于零。 3. **串联校正**：串联超前校正能改善系统的相位裕度，提高系统的快速性；串联滞后校正可以增加系统的稳定性，减小超调；串联滞后-超前校正是两者的结合，既能改善相位又能改善幅度特性。 4. **采样定理**：奈奎斯特定理指出，为了无失真地恢复一个连续信号，采样频率至少应是原始信号最高频率的两倍，即采样频率fs > 2fmax。 5. **脉冲传递函数**：在离散控制系统中，脉冲传递函数描述了系统在单位阶跃输入下的输出与输入之间的关系，它是离散时间域内的频率响应。 6. **家用冰箱温度控制系统**：这是一个典型的负反馈控制系统实例，通过传感器检测冰箱内温度并与设定值比较，然后通过控制器调整压缩机的工作状态来维持温度恒定，可以通过建立数学模型并画出方块图进行分析。 7. **传递函数的计算**：试卷中的题目要求求解不同的传递函数，这是控制理论的基础，涉及拉普拉斯变换和微分方程的求解。 8. **系统性能分析**：包括开环和闭环传递函数的求解，阻尼比ξ、自然谐振频率ωn、超调量δ%、调节时间t_s和稳态误差e(∞)的计算，这些都是评估系统动态性能的重要指标。 9. **根轨迹**：根轨迹是系统开环传递函数的根（即特征根）在复平面上的轨迹，它的绘制可以帮助分析系统的稳定性、振荡性和响应速度。 试卷中的这些题目旨在检验学生对自动控制原理的理解和应用能力，涵盖了理论与实践的多个层面，是学习和掌握自动控制系统的良好参考资料。