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清华大学822

根据所提供的文件内容,我们可以提取出以下控制工程基础知识点:1. 磁悬浮列车控制系统分析:在控制系统中,磁悬浮列车问题是一个涉及动力学、电磁学以及控制理论的复杂问题。在给定的真题中,需要建立从水平磁场驱动力F到乘客相对于地面速度的传递函数。这涉及对列车动力学模型的理解,考虑质量M、空气阻力和乘客质量m以及弹簧和阻尼器对系统行为的影响。在这个问题中,需要运用拉普拉斯变换将物理系统的微分方程转化为传递函数形式,这是控制系统分析中的基础技能。2. 开环传递函数和系统稳态性能:文档提到了一个具有特定开环传递函数的控制系统,并询问在单位阶跃输入下,没有反馈时系统的稳态输出值以及达到稳态值95%所需时间。这需要对系统进行时域分析,求解最终值定理来得到稳态值,并使用一阶或二阶系统的响应特性来估算时间。此外,还提及了反馈对系统稳态值的影响,这部分内容涉及到闭环系统性能的分析。3. PI控制器设计:文档要求设计一个PI控制器,使得闭环系统对于单位斜坡输入具有指定的稳态误差。这需要使用频率响应法和根轨迹法等设计方法,依据系统的开环传递函数Gc(s),计算出比例增益KP和积分增益KI。这个过程包括分析系统的开环幅频特性,并对其进行适当的校正以满足系统性能指标。4. 系统稳定性和频率响应:通过奈氏图和Bode图来判断系统的稳定性并求解剪切频率和相位裕量,这些都是控制工程中对系统稳定性分析的重要工具。奈氏图基于开环传递函数的极点和零点布局,判断闭环系统是否稳定,而Bode图则显示了系统增益和相位随频率变化的情况,从而能够判断系统的稳定性和性能指标。5. 数字控制器设计:文档提到了使用双线性变换法来求得数字控制器的传递函数,并进一步给出了数字差分方程的形式。这涉及到连续时间系统到离散时间系统的转换,对于现代数字控制系统的实现是一个重要步骤。6. 控制系统实验题:文档中还包含一个实验题,要求求解电机和速度环的传递函数,并分别采用比例调节和比例-积分调节来计算稳态输出转速。这要求学生对电机控制系统有一定的了解,并能将理论应用于实验场景。通过上述内容的分析,我们可以看出这些真题覆盖了控制工程基础的多个重要领域,包括系统的数学建模、稳定性分析、控制器设计、频率域分析、数字控制以及实验分析等。学生需要掌握扎实的理论知识,并能够应用这些知识解决实际问题。这些知识点不仅适用于清华大学的控制工程基础课程,也是控制工程领域的核心内容。

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