案例分析题

带有继电非线性的控制系统如图所示。

已知当M=1，K=5，τ=0时，系统存在ω=0.5，X=16/π的自激振荡，试求T₁、T₂得值。

问答题为消除自振，在综合点后串入比例微分调节器1+τs，试确定τ的最小取值是多少？

问答题试确定系统自激振荡的幅值和频率。

问答题有滞环继电器特性的非线性系统如图所示，试用描述函数法分析系统周期运动的稳定性，确定它的振幅和频率。

问答题将图（a）、（b）所示非线性系统转化成便于用描述函数法进行分析的典型形式，写出线性部分的传递函数。

问答题大多数控制系统的控制器后面都带有限幅器。对图（a）所示PI调节器输出带有限幅器的情况，在输入信号发生大的阶跃变化时，系统输出将出现比较大的退饱和超调。所谓退饱和超调是指，在大的误差信号e作用下，PI调节器的输出将很快到达饱和值，经限幅器限幅后控制作用u维持在最大值umax。在umax的作用下，输出c逐渐增大，误差e逐渐减小，但只要误差未改变符号，PI调节器的积分项就将继续增大，0e 时积分项的值一般要远大于限幅器的限幅值umax。当输出超调以后，误差的符号变负，调节器积分项的值开始下降，但在一段时间内仍将维持在很大的数值上，因此会导致很大的超调。 为降低或消除上述系统的退饱和超调，可以有图（b）或图（c）所示的限幅器设计方案，可以保证调节器的积分项被限制在限幅值附近，试分别说明它们的工作原理。

问答题设非线性元件的输入、输出特性为 证明该非线性元件的描述函数为 式中A为非线性元件输入正弦信号的幅值。

问答题非线性系统线性部分的频率特性曲线与非线性元件的负倒描述函数曲线相交时，系统一定能产生稳定的自激振荡吗？

问答题线性元件的传递函数与非线性元件的描述函数，有什么是相同的？有什么是不同的？线性元件可以有描述函数吗？非线性元件可以有传递函数吗？

问答题什么样的非线性元件是无记忆的？什么样的非线性元件是有记忆的？它们的描述函数各有什么特点？

问答题在确定非线性元件的描述函数时，要求非线性元件不是时间的函数，并要求有斜对称性，这是为什么？

问答题（a）试设计数字调节器D（z）使闭环脉冲传递函数Φ（z）=1 z. （b）对（a）中得到的设计，求脉冲传递函数，说明系统响应阶跃输入是有纹波的。 （c）重新设计D（z），使系统响应阶跃输入是无纹波的。

问答题采样控制系统如图所示，采样周期T=1秒，试设计数字调节器D（z），实现 （a）阶跃输入下的最小拍控制。 （b）斜坡输入下的最小拍控制。 （c）抛物线输入下的最小拍控制。 （d）最小拍设计只适用于被控对象的脉冲传递函数为最小相位的情况，用根轨迹方法解释其原因。

问答题脉冲传递函数 分母多项式的阶次与分子多项式的阶次之差n-m称为它的相对阶次。一个离散环节如果它当前拍的输出只是当前拍和过去拍输入，以及过去拍输出的函数，这个环节就称为是因果的。显然，当脉冲传递函数的相对阶数n-m≥0，它代表的环节就是因果的。实际中被控对象的脉冲传递函数都是因果的。在如图所示的采样控制系统中，设串联调节器G（z）和反馈调节器H（z）都是因果的，试证明系统闭环脉冲传递函数的相对阶数总大于等于被控对象 G0（z）=Z[G0（s）] 的相对阶数。

问答题（a）试写出被控对象的脉冲传递函数和系统的开环脉冲传递函数。 （b）为使z1，2=0.7±j0.4成为系统闭环的一对共轭极点，给出应满足的条件。 （c）应用（b）中给出的条件求出kp和ki的取值。

问答题为使系统的阶跃响应是单调无振荡的，K的取值范围等于多少？