自動(dòng)控制原理試題的庫(kù)含答案

1、自動(dòng)控制原理試題的庫(kù)(含答案) 自 動(dòng) 控 制 理 論 2011年7月23日星期六 課程名稱:自動(dòng)控制理論 (a/b卷閉卷)一、填空題(每空 1 分,共15分) 1、反饋控制又稱偏差控制,其控制作用是通過(guò)與反饋量的差值進(jìn)行的。 2、復(fù)合控制有兩種基本形式:即按 的前饋復(fù)合控制和按 的前饋復(fù)合控制。 3、兩個(gè)傳遞函數(shù)分別為g1s與g2s的環(huán)節(jié),以并聯(lián)方式連接,其等效傳遞函數(shù)為,則gs為 (用g1s與g2s 表示)。 4、典型二階系統(tǒng)極點(diǎn)分布如圖1所示,則無(wú)阻尼自然頻率,阻尼比,該系統(tǒng)的特征方程為,該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線為 。 5、若某系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為,則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)gs為 。 6、根軌

2、跡起始于,終止于。 7、設(shè)某最小相位系統(tǒng)的相頻特性為,則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 。 8、pi控制器的輸入-輸出關(guān)系的時(shí)域表達(dá)式是 ,其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為 ,由于積分環(huán)節(jié)的引入,可以改善系統(tǒng)的 性能。二、選擇題(每題 2 分,共20分)1、采用負(fù)反饋形式連接后,則 a、一定能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定;b、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能一定會(huì)提高; c、一定能使干擾引起的誤差逐漸減小,最后完全消除; d、需要調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù),才能改善系統(tǒng)性能。2、下列哪種措施對(duì)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有效果 。 a、增加開環(huán)極點(diǎn); b、在積分環(huán)節(jié)外加單位負(fù)反饋; c、增加開環(huán)零點(diǎn);d、引入串聯(lián)超前校正裝置。3、系統(tǒng)特征方程為 ,則系統(tǒng) a、穩(wěn)定;

3、b、單位階躍響應(yīng)曲線為單調(diào)指數(shù)上升; c、臨界穩(wěn)定; d、右半平面閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)。4、系統(tǒng)在作用下的穩(wěn)態(tài)誤差,說(shuō)明 a、 型別; b、系統(tǒng)不穩(wěn)定; c、 輸入幅值過(guò)大;d、閉環(huán)傳遞函數(shù)中有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。 5、對(duì)于以下情況應(yīng)繪制0°根軌跡的是 a、主反饋口符號(hào)為“-” ; b、除外的其他參數(shù)變化時(shí); c、非單位反饋系統(tǒng); d、根軌跡方程(標(biāo)準(zhǔn)形式)為。6、開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對(duì)應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo) 。a、超調(diào) b、穩(wěn)態(tài)誤差 c、調(diào)整時(shí)間 d、峰值時(shí)間7、已知開環(huán)幅頻特性如圖2所示, 則圖中不穩(wěn)定的系統(tǒng)是 。 系統(tǒng) 系統(tǒng)系統(tǒng)圖2a、系統(tǒng) b、系統(tǒng)c、系統(tǒng)d、都不穩(wěn)定8、若某最小相位系統(tǒng)的相

4、角裕度,則下列說(shuō)法正確的是 。 a、不穩(wěn)定;b、只有當(dāng)幅值裕度時(shí)才穩(wěn)定; c、穩(wěn)定; d、不能判用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。9、若某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為,則該校正裝置屬于 。 a、超前校正 b、滯后校正 c、滯后-超前校正 d、不能判斷10、下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中,能在處提供最大相位超前角的是: a、 b、 c、d、三、8分試建立如圖3所示電路的動(dòng)態(tài)微分方程,并求傳遞函數(shù)。圖3四、(共20分)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示: 1、寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式;(4分) 2、要使系統(tǒng)滿足條件:,試確定相應(yīng)的參數(shù)和;(4分) 3、求此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo);(4分) 4、時(shí),求系統(tǒng)由產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差;(4分

5、) 5、確定,使干擾對(duì)系統(tǒng)輸出無(wú)影響。(4分)五、共15分已知某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為: 1、繪制該系統(tǒng)以根軌跡增益kr為變量的根軌跡(求出:漸近線、分離點(diǎn)、與虛軸的交點(diǎn)等);(8分) 2、確定使系統(tǒng)滿足的開環(huán)增益的取值范圍。(7分)六、(共22分)某最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖5所示: 1、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù);(8分) 2、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、開環(huán)幅頻特性及開環(huán)相頻特性。(3分) 3、求系統(tǒng)的相角裕度。(7分) 4、若系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度不夠大,可以采用什么措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度?(4分) 試題二一、填空題(每空 1 分,共15分) 1、在水箱水溫控制系統(tǒng)中,受控對(duì)象為

6、 ,被控量為 。 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種基本控制方式,當(dāng)控制裝置與受控對(duì)象之間只有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系時(shí),稱為;當(dāng)控制裝置與受控對(duì)象之間不但有順向作用而且還有反向聯(lián)系時(shí),稱為;含有測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng),屬于 。 3、穩(wěn)定是對(duì)控制系統(tǒng)最基本的要求,若一個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線為衰減振蕩,則該系統(tǒng)。判斷一個(gè)閉環(huán)線性控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定,在時(shí)域分析中采用 ;在頻域分析中采用 。 4、傳遞函數(shù)是指在 初始條件下、線性定?？刂葡到y(tǒng)的 與 之比。 5、設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,則其開環(huán)幅頻特性為 ,相頻特性為 。 6、頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)有著對(duì)應(yīng)關(guān)系,開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的幅值穿越頻率對(duì)應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo)

7、,它們反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的 。二、選擇題(每題 2 分,共20分)1、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。2、下列哪種措施對(duì)改善系統(tǒng)的精度沒(méi)有效果 。 a、增加積分環(huán)節(jié)b、提高系統(tǒng)的開環(huán)增益k c、增加微分環(huán)節(jié)d、引入擾動(dòng)補(bǔ)償3、高階系統(tǒng)的主導(dǎo)閉環(huán)極點(diǎn)越靠近虛軸,則系統(tǒng)的 。 a、準(zhǔn)確度越高 b、準(zhǔn)確度越低 c、響應(yīng)速度越快 d、響應(yīng)速度越慢4、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,則該系統(tǒng)的開環(huán)增益為 。 a、 50 b、

8、25 c、10 d、5 5、若某系統(tǒng)的根軌跡有兩個(gè)起點(diǎn)位于原點(diǎn),則說(shuō)明該系統(tǒng) 。 a、含兩個(gè)理想微分環(huán)節(jié) b、含兩個(gè)積分環(huán)節(jié) c、位置誤差系數(shù)為0 d、速度誤差系數(shù)為0 6、開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對(duì)應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo) 。 a、超調(diào) b、穩(wěn)態(tài)誤差c、調(diào)整時(shí)間 d、峰值時(shí)間7、已知某些系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下,屬于最小相位系統(tǒng)的是a、b 、c 、 d、8、若系統(tǒng)增加合適的開環(huán)零點(diǎn),則下列說(shuō)法不正確的是 。 a、可改善系統(tǒng)的快速性及平穩(wěn)性;b、會(huì)增加系統(tǒng)的信噪比; c、會(huì)使系統(tǒng)的根軌跡向s平面的左方彎曲或移動(dòng); d、可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。9、開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的低頻段決定了系統(tǒng)的 。 a、穩(wěn)態(tài)精度 b

9、、穩(wěn)定裕度 c、抗干擾性能 d、快速性10、下列系統(tǒng)中屬于不穩(wěn)定的系統(tǒng)是 。 a、閉環(huán)極點(diǎn)為的系統(tǒng) b、閉環(huán)特征方程為的系統(tǒng)c、階躍響應(yīng)為的系統(tǒng)d、脈沖響應(yīng)為的系統(tǒng)三、8分寫出下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn),梅遜公式均可)。四、(共20分)設(shè)系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) ,試求: 1、; ;時(shí)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間及峰值時(shí)間。(7分) 2、;和;時(shí)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和峰值時(shí)間。(7分) 3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果,討論參數(shù)、對(duì)階躍響應(yīng)的影響。(6分)五、共15分已知某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,試: 1、繪制該系統(tǒng)以根軌跡增益kr為變量的根軌跡(求出:分離點(diǎn)、與虛軸的交點(diǎn)等);(8分) 2

10、、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開環(huán)增益k的取值范圍。(7分)六、(共22分)已知反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ,試: 1、用奈奎斯特判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性;(10分) 2、若給定輸入rt 2t+2時(shí),要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25,問(wèn)開環(huán)增益k應(yīng)取何值。(7分) 3、求系統(tǒng)滿足上面要求的相角裕度。(5分)試題三一、填空題(每空 1 分,共20分) 1、對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求可以概括為三個(gè)方面,即: 、快速性和。2、控制系統(tǒng)的 稱為傳遞函數(shù)。一階系統(tǒng)傳函標(biāo)準(zhǔn)形式是 ,二階系統(tǒng)傳函標(biāo)準(zhǔn)形式是 。3、在經(jīng)典控制理論中,可采用 、根軌跡法或 等方法判斷線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。 4、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,取決于系統(tǒng)

11、和 , 與外作用及初始條件無(wú)關(guān)。 5、線性系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性,縱坐標(biāo)取值為 ,橫坐標(biāo)為 。6、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)中,z p - r ,其中p是指 ,z是指,r指 。7、在二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)圖中,定義為。是 。 8、pi控制規(guī)律的時(shí)域表達(dá)式是 。p i d 控制規(guī)律的傳遞函數(shù)表達(dá)式是 。9、設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,則其開環(huán)幅頻特性為 ,相頻特性為 。二、判斷選擇題每題2分,共 16分1、關(guān)于線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差,正確的說(shuō)法是: a、 一型系統(tǒng)在跟蹤斜坡輸入信號(hào)時(shí)無(wú)誤差 ; b、 穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算的通用公式是; c、 增大系統(tǒng)開環(huán)增益k可以減小穩(wěn)態(tài)誤差; d、 增加積分環(huán)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差,而且不會(huì)影響

12、系統(tǒng)穩(wěn)定性。 2、適合應(yīng)用傳遞函數(shù)描述的系統(tǒng)是 。a、單輸入,單輸出的線性定常系統(tǒng); b、單輸入,單輸出的線性時(shí)變系統(tǒng);c、單輸入,單輸出的定常系統(tǒng); d、非線性系統(tǒng)。3、若某負(fù)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)4、非單位負(fù)反饋系統(tǒng),其前向通道傳遞函數(shù)為gs,反饋通道傳遞函數(shù)為hs,當(dāng)輸入信號(hào)為rs,則從輸入端定義的誤差es為 a、 b 、 c 、d、5、已知下列負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù),應(yīng)畫零度根軌跡的是 。 a、b 、 c 、 d、6、閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能主要取決于開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的: a、低頻段 b、開環(huán)增益 c、高頻段d

13、、中頻段7、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,當(dāng)輸入信號(hào)是時(shí),系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是 a、 0 ; b、 ;c、10;d、 208、關(guān)于系統(tǒng)零極點(diǎn)位置對(duì)系統(tǒng)性能的影響,下列觀點(diǎn)中正確的是 a 、 如果閉環(huán)極點(diǎn)全部位于s左半平面,則系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的。穩(wěn)定性與閉環(huán)零點(diǎn)位置無(wú)關(guān); b、 如果閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)零點(diǎn),且閉環(huán)極點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)極點(diǎn),則時(shí)間響應(yīng)一定是衰減振蕩的; c 、 超調(diào)量?jī)H取決于閉環(huán)復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點(diǎn)的衰減率,與其它零極點(diǎn)位置無(wú)關(guān); d、 如果系統(tǒng)有開環(huán)極點(diǎn)處于s右半平面,則系統(tǒng)不穩(wěn)定。 三、16分已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示,其中,輸入信號(hào)為單位斜坡函數(shù),求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差8分。分析能否通過(guò)調(diào)節(jié)增益 ,使穩(wěn)態(tài)

14、誤差小于 0.2 8分。 四、16分設(shè)負(fù)反饋系統(tǒng)如圖2 ,前向通道傳遞函數(shù)為,若采用測(cè)速負(fù)反饋,試畫出以為參變量的根軌跡10分,并討論大小對(duì)系統(tǒng)性能的影響6分。 五、已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為均大于0 ,試用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。 16分 第五題、第六題可任選其一六、已知最小相位系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性如圖3所示。試求系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。16分七、設(shè)控制系統(tǒng)如圖4,要求校正后系統(tǒng)在輸入信號(hào)是單位斜坡時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.05,相角裕度不小于40o ,幅值裕度不小于 10 db,試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。 16分試題四一、填空題(每空 1 分,共15分) 1、對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方

15、面,即: 、和,其中最基本的要求是 。 2、若某單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的前向傳遞函數(shù)為,則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。 3、能表達(dá)控制系統(tǒng)各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式或表示方法,叫系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,在古典控制理論中系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型有 、 等。 4、判斷一個(gè)閉環(huán)線性控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定,可采用 、 、 等方法。5、設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,則其開環(huán)幅頻特性為 ,相頻特性為 。6、pid控制器的輸入-輸出關(guān)系的時(shí)域表達(dá)式是 ,其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為 。 7、最小相位系統(tǒng)是指 。二、選擇題(每題 2 分,共20分)1、關(guān)于奈氏判據(jù)及其輔助函數(shù) fs 1 + gshs,錯(cuò)誤的說(shuō)法是 a、 fs的零點(diǎn)就是開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn) b、

16、 fs的極點(diǎn)就是開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn) c、 fs的零點(diǎn)數(shù)與極點(diǎn)數(shù)相同 d、 fs的零點(diǎn)就是閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)2、已知負(fù)反饋系統(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)3、一階系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)越靠近s平面原點(diǎn),則 。 a、準(zhǔn)確度越高b、準(zhǔn)確度越低c、響應(yīng)速度越快d、響應(yīng)速度越慢4、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,則該系統(tǒng)的開環(huán)增益為 。 a、 100b、1000c、20 d、不能確定5、若兩個(gè)系統(tǒng)的根軌跡相同,則有相同的: a、閉環(huán)零點(diǎn)和極點(diǎn) b、開環(huán)零點(diǎn) c、閉環(huán)極點(diǎn) d、階躍響應(yīng)6、下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中,能在處提供最大相位超前角的是 。 a、

17、b、 c、 d、7、關(guān)于p i 控制器作用,下列觀點(diǎn)正確的有 a、 可使系統(tǒng)開環(huán)傳函的型別提高,消除或減小穩(wěn)態(tài)誤差; b、 積分部分主要是用來(lái)改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的; c、 比例系數(shù)無(wú)論正負(fù)、大小如何變化,都不會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性; d、 只要應(yīng)用p i控制規(guī)律,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。8、關(guān)于線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定,下列觀點(diǎn)正確的是 。 a、 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是:系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的各項(xiàng)系數(shù)都為正數(shù); b、 無(wú)論是開環(huán)極點(diǎn)或是閉環(huán)極點(diǎn)處于右半s平面,系統(tǒng)不穩(wěn)定; c、 如果系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)特征方程某項(xiàng)系數(shù)為負(fù)數(shù),系統(tǒng)不穩(wěn)定; d、 當(dāng)系統(tǒng)的相角裕度大于零,幅值裕度大于1時(shí),系統(tǒng)不穩(wěn)定。9、關(guān)于系統(tǒng)頻

18、域校正,下列觀點(diǎn)錯(cuò)誤的是 a、 一個(gè)設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng),相角裕度應(yīng)為45度左右; b、 開環(huán)頻率特性,在中頻段對(duì)數(shù)幅頻特性斜率應(yīng)為; c、 低頻段,系統(tǒng)的開環(huán)增益主要由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求決定; d、 利用超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正,是利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性。10、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,當(dāng)輸入信號(hào)是時(shí),系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是 a、 0 b、 c、 10 d、 20三、寫出下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn),梅遜公式均可)。 四、共15分已知某單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡圖如下圖所示 1、寫出該系統(tǒng)以根軌跡增益k*為變量的開環(huán)傳遞函數(shù);(7分) 2、求出分離點(diǎn)坐標(biāo),并寫出該系統(tǒng)臨界阻尼時(shí)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。

19、(8分) 五、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示,求系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。(12分)六、已知最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和串聯(lián)校正裝置的對(duì)數(shù)幅頻特性如下圖所示,原系統(tǒng)的幅值穿越頻率為:(共30分)1、 寫出原系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù),并求其相角裕度,判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性;(10分)2、 寫出校正裝置的傳遞函數(shù);(5分)3、寫出校正后的開環(huán)傳遞函數(shù),畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性,并用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(15分) 答案試題一一、填空題每題1分,共15分1、給定值2、輸入;擾動(dòng); 3、g1s+g2s;4、; ;衰減振蕩5、;6、開環(huán)極點(diǎn);開環(huán)零點(diǎn)7、8、; 穩(wěn)態(tài)性能二、判斷選擇題每題2分,共 20分1、d 2

20、、a 3、c 4、a 5、d 6、a 7、b 8、c9、b 10、b三、8分建立電路的動(dòng)態(tài)微分方程,并求傳遞函數(shù)。解:1、建立電路的動(dòng)態(tài)微分方程根據(jù)kcl有 2分即 2分2、求傳遞函數(shù)對(duì)微分方程進(jìn)行拉氏變換得 2分得傳遞函數(shù) 2分四、共20分解:1、(4分)2、(4分) 3、(4分) 4、(4分) 5、(4分)令: 得:五、共15分1、繪制根軌跡 (8分)1系統(tǒng)有有3個(gè)開環(huán)極點(diǎn)(起點(diǎn)):0、-3、-3,無(wú)開環(huán)零點(diǎn)(有限終點(diǎn));(1分) 2實(shí)軸上的軌跡:(-,-3)及(-3,0);(1分)3 3條漸近線: (2分)4 分離點(diǎn): 得: (2分) 5與虛軸交點(diǎn): (2分)繪制根軌跡如右圖所示。 2、

21、(7分)開環(huán)增益k與根軌跡增益kr的關(guān)系: 得 (1分)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)根軌跡增益kr的取值范圍:, (2分)系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)根軌跡增益kr的取值范圍:, (3分) 系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開環(huán)增益k的取值范圍: (1分)六、(共22分) 解:1、從開環(huán)波特圖可知,原系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、一個(gè)積分環(huán)節(jié)、兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)。 故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式 2分由圖可知:處的縱坐標(biāo)為40db, 則, 得 2分(2分)故系統(tǒng)的開環(huán)傳函為 (2分)2、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、開環(huán)幅頻特性及開環(huán)相頻特性:開環(huán)頻率特性 (1分)開環(huán)幅頻特性 (1分)開環(huán)相頻特性: (1分)3、求系統(tǒng)的相角裕度:求幅值穿越頻率,令

22、得(3分) (2分)(2分)對(duì)最小相位系統(tǒng) 臨界穩(wěn)定4、(4分)可以采用以下措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度:增加串聯(lián)超前校正裝置;增加串聯(lián)滯后校正裝置;增加串聯(lián)滯后-超前校正裝置;增加開環(huán)零點(diǎn);增加pi或pd或pid控制器;在積分環(huán)節(jié)外加單位負(fù)反饋。 試題二答案一、填空題每題1分,共20分1、水箱;水溫2、開環(huán)控制系統(tǒng);閉環(huán)控制系統(tǒng);閉環(huán)控制系統(tǒng)3、穩(wěn)定;勞斯判據(jù);奈奎斯特判據(jù)4、零; 輸出拉氏變換;輸入拉氏變換5、;或:6、調(diào)整時(shí)間;快速性二、判斷選擇題每題2分,共 20分1、b 2、c 3、d 4、c 5、b 6、a 7、b 8、b 9、a 10、d三、8分寫出下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn),

23、梅遜公式均可)。解:傳遞函數(shù)gs:根據(jù)梅遜公式(1分)4條回路:, , 無(wú)互不接觸回路。(2分)特征式:(2分)2條前向通道:; (2分)(1分)四、共20分 解:系統(tǒng)的閉環(huán)傳函的標(biāo)準(zhǔn)形式為:,其中 1、當(dāng)時(shí), (4分) 當(dāng)時(shí), (3分) 2、當(dāng)時(shí), (4分) 當(dāng)時(shí), (3分) 3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果,討論參數(shù)、對(duì)階躍響應(yīng)的影響。(6分) 1系統(tǒng)超調(diào)只與阻尼系數(shù)有關(guān),而與時(shí)間常數(shù)t無(wú)關(guān),增大,超調(diào)減小; (2分) 2當(dāng)時(shí)間常數(shù)t一定,阻尼系數(shù)增大,調(diào)整時(shí)間減小,即暫態(tài)過(guò)程縮短;峰值時(shí)間增加,即初始響應(yīng)速度變慢; (2分) 3當(dāng)阻尼系數(shù)一定,時(shí)間常數(shù)t增大,調(diào)整時(shí)間增加,即暫態(tài)過(guò)程變長(zhǎng);峰值時(shí)間增加,

24、即初始響應(yīng)速度也變慢。 (2分)五、共15分1系統(tǒng)有有2個(gè)開環(huán)極點(diǎn)(起點(diǎn)):0、3,1個(gè)開環(huán)零點(diǎn)(終點(diǎn))為:-1; (2分) 2實(shí)軸上的軌跡:(-,-1)及(0,3); (2分)3求分離點(diǎn)坐標(biāo) ,得 ; (2分) 分別對(duì)應(yīng)的根軌跡增益為 4求與虛軸的交點(diǎn)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為,即令 ,得 (2分)根軌跡如圖1所示。 圖1 2、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開環(huán)增益k的取值范圍系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)根軌跡增益kr的取值范圍:,(2分)系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)根軌跡增益kr的取值范圍:, (3分) 開環(huán)增益k與根軌跡增益kr的關(guān)系:(1分)系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開環(huán)增益k的取值范圍: (1分)六、(共22分) 解

25、:1、系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為 (2分)幅頻特性:, 相頻特性:(2分) 起點(diǎn): ;(1分)終點(diǎn): ;(1分) ,曲線位于第3象限與實(shí)軸無(wú)交點(diǎn)。(1分)開環(huán)頻率幅相特性圖如圖2所示。 判斷穩(wěn)定性: 開環(huán)傳函無(wú)右半平面的極點(diǎn),則, 極坐標(biāo)圖不包圍(-1,j0)點(diǎn),則根據(jù)奈氏判據(jù),z=p-2n=0 系統(tǒng)穩(wěn)定。(3分) 2、若給定輸入rt 2t+2時(shí),要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25,求開環(huán)增益k: 系統(tǒng)為1型,位置誤差系數(shù)k p ,速度誤差系數(shù)kv k , (2分)依題意: , (3分)得 (2分) 故滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求的開環(huán)傳遞函數(shù)為 3、滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求系統(tǒng)的相角裕度:令幅頻特性:,得,(2分), (1

26、分)相角裕度:(2分) 試題三答案一、填空題每題1分,共20分1、穩(wěn)定性或:穩(wěn),平穩(wěn)性;準(zhǔn)確性或:穩(wěn)態(tài)精度,精度2、輸出拉氏變換與輸入拉氏變換在零初始條件下的比值; ;或: 3、勞斯判據(jù)或:時(shí)域分析法; 奈奎斯特判據(jù)或:頻域分析法4、結(jié)構(gòu); 參數(shù)5、或:;或:按對(duì)數(shù)分度6、開環(huán)傳函中具有正實(shí)部的極點(diǎn)的個(gè)數(shù),或:右半s平面的開環(huán)極點(diǎn)個(gè)數(shù); 閉環(huán)傳函中具有正實(shí)部的極點(diǎn)的個(gè)數(shù)或:右半s平面的閉環(huán)極點(diǎn)個(gè)數(shù),不穩(wěn)定的根的個(gè)數(shù);奈氏曲線逆時(shí)針?lè)较虬鼑?-1, j0 整圈數(shù)。7、系統(tǒng)響應(yīng)到達(dá)并保持在終值誤差內(nèi)所需的最短時(shí)間或:調(diào)整時(shí)間,調(diào)節(jié)時(shí)間;響應(yīng)的最大偏移量與終值的差與的比的百分?jǐn)?shù)。(或:,超調(diào))8、

27、或: ;或:9、; 二、判斷選擇題每題2分,共 16分1、c 2、a 3、b 4、d 5、a 6、d 7、d 8、a三、16分解:型系統(tǒng)在跟蹤單位斜坡輸入信號(hào)時(shí),穩(wěn)態(tài)誤差為 (2分)而靜態(tài)速度誤差系數(shù) (2分) 穩(wěn)態(tài)誤差為 。(4分) 要使 必須 ,即要大于5。(6分) 但其上限要符合系統(tǒng)穩(wěn)定性要求?？捎蓜谒古袚?jù)決定其上限。 系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程是 (1分) 構(gòu)造勞斯表如下 為使首列大于0, 必須 。 綜合穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性要求,當(dāng)時(shí)能保證穩(wěn)態(tài)誤差小于0.2。(1分)四、16分解:系統(tǒng)的開環(huán)傳函 ,其閉環(huán)特征多項(xiàng)式為,(1分)以不含的各項(xiàng)和除方程兩邊,得 ,令 ,得到等效開環(huán)傳函為 (2分)參數(shù)根

28、軌跡,起點(diǎn):,終點(diǎn):有限零點(diǎn) ,無(wú)窮零點(diǎn) (2分)實(shí)軸上根軌跡分布: -,0 (2分)實(shí)軸上根軌跡的分離點(diǎn): 令 ,得 合理的分離點(diǎn)是 ,(2分)該分離點(diǎn)對(duì)應(yīng)的根軌跡增益為,對(duì)應(yīng)的速度反饋時(shí)間常數(shù) (1分)根軌跡有一根與負(fù)實(shí)軸重合的漸近線。由于開環(huán)傳函兩個(gè)極點(diǎn),一個(gè)有限零點(diǎn)且零點(diǎn)不在兩極點(diǎn)之間,故根軌跡為以零點(diǎn)為圓心,以該圓心到分離點(diǎn)距離為半徑的圓周。根軌跡與虛軸無(wú)交點(diǎn),均處于s左半平面。系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定。根軌跡如圖1所示。(4分) 討論大小對(duì)系統(tǒng)性能的影響如下:(1)、當(dāng) 時(shí),系統(tǒng)為欠阻尼狀態(tài)。根軌跡處在第二、三象限,閉環(huán)極點(diǎn)為共軛的復(fù)數(shù)極點(diǎn)。系統(tǒng)阻尼比隨著由零逐漸增大而增加。動(dòng)態(tài)響應(yīng)為阻尼振蕩

29、過(guò)程,增加將使振蕩頻率減小(),但響應(yīng)速度加快,調(diào)節(jié)時(shí)間縮短()。(1分)(2)、當(dāng),為臨界阻尼狀態(tài),動(dòng)態(tài)過(guò)程不再有振蕩和超調(diào)。(1分)(3)、當(dāng),為過(guò)阻尼狀態(tài)。系統(tǒng)響應(yīng)為單調(diào)變化過(guò)程。(1分)圖1 四題系統(tǒng)參數(shù)根軌跡五、16分解:由題已知: , 系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為 (2分) 開環(huán)頻率特性極坐標(biāo)圖 起點(diǎn): ;(1分) 終點(diǎn): ;(1分) 與實(shí)軸的交點(diǎn):令虛頻特性為零,即 得 (2分) 實(shí)部 (2分) 開環(huán)極坐標(biāo)圖如圖2所示。(4分) 由于開環(huán)傳函無(wú)右半平面的極點(diǎn),則 當(dāng) 時(shí),極坐標(biāo)圖不包圍 (-1,j0)點(diǎn),系統(tǒng)穩(wěn)定。(1分) 當(dāng) 時(shí),極坐標(biāo)圖穿過(guò)臨界點(diǎn) (-1,j0)點(diǎn),系統(tǒng)臨界穩(wěn)定。(1

30、分) 當(dāng) 時(shí),極坐標(biāo)圖順時(shí)針?lè)较虬鼑?(-1,j0)點(diǎn)一圈。 按奈氏判據(jù),z=p-n=2。系統(tǒng)不穩(wěn)定。2分閉環(huán)有兩個(gè)右平面的極點(diǎn)。 六、16分解:從開環(huán)波特圖可知,系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、兩個(gè)積分環(huán)節(jié)、一個(gè)一階微分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。 故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式 8分由圖可知:處的縱坐標(biāo)為40db, 則, 得 2分又由 的幅值分貝數(shù)分別為20和0,結(jié)合斜率定義,有 ,解得 rad/s 2分同理可得 或 , 得 rad/s 2分故所求系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 2分七、 16分 解:(1)、系統(tǒng)開環(huán)傳函 ,輸入信號(hào)為單位斜坡函數(shù)時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差為 ,由于要求穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.05,取 故 (5分) (2)、校正前系

31、統(tǒng)的相角裕度 計(jì)算: 得 rad/s ; 而幅值裕度為無(wú)窮大,因?yàn)椴淮嬖凇?2分)(3)、根據(jù)校正后系統(tǒng)對(duì)相位裕度的要求,確定超前環(huán)節(jié)應(yīng)提供的相位補(bǔ)償角 (2分) (4)、校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算 (2分) (5)、超前校正環(huán)節(jié)在處的幅值為: 使校正后的截止頻率發(fā)生在處,故在此頻率處原系統(tǒng)的幅值應(yīng)為-5.31db 解得 (2分) (6)、計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò) 在放大3.4倍后,超前校正網(wǎng)絡(luò)為 校正后的總開環(huán)傳函為: (2分) (7)校驗(yàn)性能指標(biāo) 相角裕度 由于校正后的相角始終大于-180o,故幅值裕度為無(wú)窮大。 符合設(shè)計(jì)性能指標(biāo)要求。 (1分)試題四答案一、填空題每空1分,共15分1、穩(wěn)定性快速性 準(zhǔn)確性 穩(wěn)定性2、; 3、微分方程 傳遞函數(shù) (或結(jié)構(gòu)圖 信號(hào)流圖)(任意兩個(gè)均可)4、勞思判據(jù)根軌跡 奈