自動(dòng)控制原理期末考試題.doc

自動(dòng)控制原理B 試題A卷答案一、單項(xiàng)選擇題（本大題共5小題，每小題2分，共10分） 1若某負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為 ( )。A B. C. D.與是否為單位反饋系統(tǒng)有關(guān)2梅遜公式主要用來(lái)（ ）。A.判斷穩(wěn)定性 B.計(jì)算輸入誤差 C.求系統(tǒng)的傳遞函數(shù) D.求系統(tǒng)的根軌跡3關(guān)于傳遞函數(shù)，錯(cuò)誤的說(shuō)法是 ( )。 A.傳遞函數(shù)只適用于線性定常系統(tǒng)；B.傳遞函數(shù)不僅取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，給定輸入和擾動(dòng)對(duì)傳遞函數(shù)也有影響；C.傳遞函數(shù)一般是為復(fù)變量s的真分式；D.閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)（ ）。 A當(dāng)時(shí)間常數(shù)較大時(shí)有超調(diào) B有超調(diào) C無(wú)超調(diào) D當(dāng)時(shí)間常數(shù)較小時(shí)有超調(diào) 5. 如果輸入信號(hào)為單位斜坡函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為無(wú)窮大，則此系統(tǒng)為（ ）A 0型系統(tǒng) B. I型系統(tǒng) C. II型系統(tǒng) D. III型系統(tǒng)得分二、填空題（本大題共7小題，每空1分，共10分） 1一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方面：_、快速性、_。2.對(duì)控制系統(tǒng)建模而言，同一個(gè)控制系統(tǒng)可以用不同的 來(lái)描述。3. 控制系統(tǒng)的基本控制方式為 和 。4. 某負(fù)反饋控制系統(tǒng)前向通路的傳遞函數(shù)為，反饋通路的傳遞函數(shù)為，則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 ，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 。5 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，其根軌跡的起點(diǎn)為 6. 當(dāng)欠阻尼二階系統(tǒng)的阻尼比減小時(shí)，在單位階躍輸入信號(hào)作用下，最大超調(diào)量將 。7.串聯(lián)方框圖的等效傳遞函數(shù)等于各串聯(lián)傳遞函數(shù)之 。穩(wěn)定性 _準(zhǔn)確性 數(shù)學(xué)模型開(kāi)環(huán)控制 閉環(huán)控制 增大 積 三、簡(jiǎn)答題（本題10分） 圖1為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定溫度的熱水。冷水流量變化用流量計(jì)測(cè)量。試?yán)L制系統(tǒng)方框圖，并說(shuō)明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作的？系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制裝置各是什么？圖1 水溫控制系統(tǒng)原理圖 解 工作原理：溫度傳感器不斷測(cè)量交換器出口處的實(shí)際水溫，并在溫度控制器中與給定溫度相比較，若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門開(kāi)大，進(jìn)入熱交換器的蒸汽量加大，熱水溫度升高，直至偏差為零。如果由于某種原因，冷水流量加大，則流量值由流量計(jì)測(cè)得，通過(guò)溫度控制器，開(kāi)大閥門，使蒸汽量增加，提前進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)按冷水流量進(jìn)行順饋補(bǔ)償，保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動(dòng)。 其中，熱交換器是被控對(duì)象，實(shí)際熱水溫度為被控量，給定量（希望溫度）在控制器中設(shè)定；冷水流量是干擾量。系統(tǒng)方塊圖如圖解1所示。這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。得分圖1 水溫控制系統(tǒng)方框圖 四、計(jì)算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）1. 一階系統(tǒng)如圖2所示，要求系統(tǒng)閉環(huán)增益，調(diào)節(jié)時(shí)間（秒） （）。試確定參數(shù)的值。圖2 一階系統(tǒng)方塊圖1. 解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為： （4分）令閉環(huán)增益， 得： （3分）令調(diào)節(jié)時(shí)間，得：。 （3分）2.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，求閉環(huán)傳遞函數(shù)。圖3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖2.解：法一：梅森增益公式圖中有1條前向通路，3個(gè)回路 （4分） （6分）法二：結(jié)構(gòu)圖的等效化簡(jiǎn) 所以： 3. 已知二階系統(tǒng) ，定性畫出當(dāng)阻尼比和時(shí)，系統(tǒng)在平面上的階躍響應(yīng)曲線。 解： 五、綜合應(yīng)用（本大題共3小題，共40分）1. （本題15分）已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，（1）試?yán)L制系統(tǒng)的根軌跡圖（計(jì)算漸近線的坐標(biāo)、分離點(diǎn)、與虛軸交點(diǎn)等）;（2）為使系統(tǒng)的階躍響應(yīng)呈現(xiàn)衰減振蕩形式，試確定K的取值范圍。解：（1）系統(tǒng)有三個(gè)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)：, （1分） 實(shí)軸上的根軌跡：, （1分） 漸近線： （2分） 分離點(diǎn)： （2分）解之得：，(舍去)。 與虛軸的交點(diǎn)：特征方程為 令 解得 （3分） 與虛軸的交點(diǎn)（0，）。根軌跡如圖解 (a)所示。 （3分）（2） 因?yàn)榉蛛x點(diǎn)對(duì)應(yīng)的呈現(xiàn)衰減振蕩形式，K的取值范圍為 （3分） 2. （本題10分）已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為， 試求：（1） 利用Routh判據(jù)確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍；（2） 當(dāng)輸入分別為單位階躍響應(yīng)、單位斜坡函數(shù)和單位拋物線函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分別為多少？解： 這是一個(gè)I型系統(tǒng)，則，即有， 單位階躍輸入 單位斜坡輸入 單位拋物線輸入 3（本題15分）電子心臟起博器心律控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，其中模仿心臟的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一純積分環(huán)節(jié)。 圖5 電子心律起搏器系統(tǒng) （1） 若對(duì)應(yīng)最佳響應(yīng)，問(wèn)起博器增益應(yīng)取多大？（2）