自動控制原理期末考試題.doc

自動控制原理B 試題A卷答案一、單項選擇題（本大題共5小題，每小題2分，共10分） 1若某負反饋控制系統(tǒng)的開環(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（ ）。A.判斷穩(wěn)定性 B.計算輸入誤差 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)，錯誤的說法是 ( )。 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)，給定輸入和擾動對傳遞函數(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)時間常數(shù)較大時有超調(diào) B有超調(diào) C無超調(diào) D當(dāng)時間常數(shù)較小時有超調(diào) 5. 如果輸入信號為單位斜坡函數(shù)時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為無窮大，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） 1一個自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面：_、快速性、_。2.對控制系統(tǒng)建模而言，同一個控制系統(tǒng)可以用不同的 來描述。3. 控制系統(tǒng)的基本控制方式為 和 。4. 某負反饋控制系統(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)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 。5 開環(huán)傳遞函數(shù)為，其根軌跡的起點為 6. 當(dāng)欠阻尼二階系統(tǒng)的阻尼比減小時，在單位階躍輸入信號作用下，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)模型開環(huán)控制 閉環(huán)控制 增大 積 三、簡答題（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測量。試?yán)L制系統(tǒng)方框圖，并說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：溫度傳感器不斷測量交換器出口處的實際水溫，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大，進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，則流量值由流量計測得，通過溫度控制器，開大閥門，使蒸汽量增加，提前進行控制，實現(xiàn)按冷水流量進行順饋補償，保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動。 其中，熱交換器是被控對象，實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。這是一個按干擾補償?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)時間，得：。 （3分）2.系統(tǒng)動態(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個回路 （4分） （6分）法二：結(jié)構(gòu)圖的等效化簡 所以： 3. 已知二階系統(tǒng) ，定性畫出當(dāng)阻尼比和時，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)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，（1）試?yán)L制系統(tǒng)的根軌跡圖（計算漸近線的坐標(biāo)、分離點、與虛軸交點等）;（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)有三個開環(huán)極點：, （1分） 實軸上的根軌跡：, （1分） 漸近線： （2分） 分離點： （2分）解之得：，(舍去)。 與虛軸的交點：特征方程為 令 解得 （3分） 與虛軸的交點（0，）。根軌跡如圖解 (a)所示。 （3分）（2） 因為分離點對應(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）已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(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，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分別為多少？解： 這是一個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） 若對應(yīng)最佳響應(yīng)，問起博器增益應(yīng)取多大？（2）