目录

1. 什么是“纹波”现象？原因为何？

2. 如何解决最小拍控制器的“纹波”问题？

3. 解释“阻尼因子法”？

4. 大林算法控制器设计时，给定闭环系统传递函数模型离散化时为何要加入零阶保持器？

5. 何为“振铃”现象？原因为何？

6. 消除或者削弱“振铃”现象有哪些方法？各方法有何特点？

7. 如何理解“分数时滞”问题？

8. 什么是极点配置设计方法？

9. 为何研究状态反馈，而不是输出反馈？

10. 什么是系统能控性和能观性？

11. 建立离散系统的状态空间模型有何途径？

12. 连续系统能控能观，对应的离散系统特性如何？

13. 差分方程、脉冲传递函数与离散状态空间模型的对应关系为何？

14. 开环观测器存在什么问题？

15. 为何要研究降阶观测器？

16. 三种观测器的选择条件为何？

17. 简述控制极点和观测器极点的作用。

18. 什么是分离性原理？

19. 随动系统控制器的设计思路是什么？

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1. 什么是“纹波”现象？原因为何？

答案：

“纹波”是指当控制系统到达稳态后，系统的输出在采样点之间围绕参考输入波动的现象。

造成纹波现象的原因是：控制系统到达稳态后，控制器的输出不稳定，仍然呈现出一种衰减震荡的现象。 

2. 如何解决最小拍控制器的“纹波”问题？

答案：

在被控对象模型中包含足够多积分环节的前提下， 将被控对象所有的零点都放在在给定的闭环系统传递函数模型的零点因子式中， 从而使系统达到稳态后使控制器的输出为常值。

3. 解释“阻尼因子法”？

答案：

阻尼因子法的基本思路是：在最小拍控制系统设计的基础上，通过在系统的闭环脉冲传递函数中，引入附加的极点因子，又称为阻尼因子，使系统输出偏差不立即为 0，而是呈现一定的阻尼衰减特性，逐渐归 0。这样的话，系统输出响应的过渡过程时间将会有一定程度的增加， 但整个系统的输出响应特性显得比较平稳，对不同输入信号的适应性也会有所改善。 

4. 大林算法控制器设计时，给定闭环系统传递函数模型离散化时为何要加入零阶保持器？

答案：

（1）加入零阶保持器，能够保证离散前后的闭环系统的阶跃响应相等
（2）不加零阶保持器，只能保证离散前后的闭环系统的脉冲响应相等

5. 何为“振铃”现象？原因为何？

答案：

“振铃”现象指数字控制器的输出以 1/2 采样频率大幅度衰减振荡的现象。造成纹波现象的原因是：闭环系统的控制量传递函数模型 Wu(z)有或有接近于 z=-1 的极点，将引起输出序列 u(k)的振荡。

6. 消除或者削弱“振铃”现象有哪些方法？各方法有何特点？

答案：

（1）找出控制器模型中的振铃因子，并令其中的 z=1，使该振铃因子式变成一个常值项。该方法可以消除振铃现象，但是改变了控制器的结构，引起系统动态性能的变化；

（2）合理选择给定的闭环系统传递函数模型中的时间常数和系统的采样周期，可以达到削弱振铃现象的目的。该方法不改变系统的动态性能，但是不能消除振铃现象。

7. 如何理解“分数时滞”问题？

答案：

课程中的“分数时滞”问题是指：按照经典大林算法所设计的控制器模型，是基于纯滞后时间是采样周期整数倍的前提条件的； 当被控对象的纯滞后时间发生变化，是采样周期的非整数倍时，整个闭环系统的稳定性将会变差，甚至使系统不稳定。

分数时滞影响系统稳定性的原因在于闭环系统的特征根是分数时滞的函数，分数时滞的变化将会使闭环系统特征根的位置发生变动， 从而影响了系统的稳定性能。

解决方法是通过合理选择给定的闭环系统的时间常数与系统采样周期， 保证闭环系统的决定稳定性。 

8. 什么是极点配置设计方法？

答案：

根据给定的闭环系统极点得到性能期望的特征方程， 再根据闭环系统的结构推导得到实际的闭环系统特征方程，脉冲传递函数模型，然后令二者恒等，即可实现极点配置的目的。

9. 为何研究状态反馈，而不是输出反馈？

答案：

状态反馈可以实现闭环极点的任意配置，而输出反馈不能，一般来说，输出反馈是是状态反馈的特例。

10. 什么是系统能控性和能观性？

答案：

能控性: 是系统控制作用对系统行为控制影响的可能性；

能观性: 指由系统输出量能否完全确定系统状态的可能性。

系统的能控性和能观性是系统的一种内在行为， 分别反映系统控制作用和系统状态以及系统输出量之间的特征关系，都是由系统本身的结构和参数决定的。 

11. 建立离散系统的状态空间模型有何途径？

答案：

有三种途径：

（1）由连续系统状态空间模型求取；

（2）由差分方程求取；

（3）由脉冲传递函数求取。

12. 连续系统能控能观，对应的离散系统特性如何？

答案：

受采样周期的影响，一个能控能观的连续系统，其对应的离散系统不一定能控能观；反之，一个能控能观的离散系统，其对应的连续系统一定能控能观。

13. 差分方程、脉冲传递函数与离散状态空间模型的对应关系为何？

答案：

一般来说，差分方程与脉冲传递函数是一一对应的关系，而二者与离散状态空间模型不一一对应；一种形式的差分方程和脉冲传递函数模型，可以有无数种形式的离散状态空间模型与之对应。 

14. 开环观测器存在什么问题？

答案：

（1）系统本身不稳定时无法使用；

（2）估计状态逼近真实状态的速度无法调整。

15. 为何要研究降阶观测器？

答案：

由于系统的状态变量中， 有一部分可以测量得到， 因此对于该部分状态变量，不必再进行状态估计，在系统无测量噪声的条件下，可以直接使用。

16. 三种观测器的选择条件为何？

答案：

无测量噪声时，选用降阶观测器，否则选用全阶观测器。对于全阶观测器，若计算时间与采用周期处于同一数量级，则选用预报观测器，否则选用现时观测器。 

17. 简述控制极点和观测器极点的作用。

答案：

闭环系统的性能主要取决于控制极点， 亦即控制极点应是闭环系统的主导极
点；而观测器极点的引入通常将使系统性能变差。

18. 什么是分离性原理？

答案：

调节系统控制器包括控制规律和状态观测器两部分，二者可以分开设计，合起来使用，闭环系统的稳定性不变。

19. 随动系统控制器的设计思路是什么？

答案：

在调节系统控制器设计的基础上，设计随动系统的控制器。具体步骤为：
（1）设计调节系统控制器：控制规律和观测器；
（2）在调节系统控制器中以适当的方式引入参考输入，构成随动系统控制器。其中适当的方式是指：调节系统与随动系统的闭环系统特征方程相同。