自動控制原理期末考試題A卷

1、一、填空題（每空1分，共10分）1、在水箱水溫控制系統(tǒng)中，受控對象為,被控量為O2、對自動控制的性能要求可歸納為、快速性和準(zhǔn)確性三個方面，在階躍響應(yīng)性能指標(biāo)中，調(diào)節(jié)時間體現(xiàn)的是這三個方面中的，而穩(wěn)態(tài)誤差體現(xiàn)的是。3、閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡起始于開環(huán)傳遞函數(shù)的，終止于開環(huán)傳遞函數(shù)的或無窮遠(yuǎn)。4、PID控制器的輸入一輸出關(guān)系的時域表達(dá)式是,其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為:5、香農(nóng)采樣定理指出：如采樣器的輸入信號e（t）具有有限寬帶，且有直到3h的頻率分量，則使信號e（t）完滿地從采樣信號e*（t）中恢復(fù)過來的采樣周期T要滿足下列條件：o二、選擇題（每題2分，共20分）1、設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G （S） =J則系統(tǒng)的阻

2、尼比為（）。25“+5s + 1A. B 1C. D 25252、非單位負(fù)反饋系統(tǒng)，其前向通道傳遞函數(shù)為G，反饋通道傳遞函數(shù)為WS丿，當(dāng)輸入信號為R,則從輸入端定義的誤差E為（A、 E(S) = /?(S)G(S)B、E(S) = R(S)G(S)H(S)C、E(S) = /?(S)G(S) H(S)D、E(S) = R(S)-G(S)H(S)3、伯徳圖中的低頻段反映了系統(tǒng)的（)o4、5、A穩(wěn)態(tài)性能B.動態(tài)性能C抗高頻干擾能力已知某些系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下，屬于最小相位系統(tǒng)的是（A、K(2 s)5(5 + l)K($ + l)s(s + 5)K5(52 5 + 1)D.以上都不是)oD、K(l

3、-s)5(2-5)已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為100(0.15 + 1)(5 4-5)則該系統(tǒng)的開環(huán)增益為（A、 100B、 1000C、20D、不能確定三、（6分）系統(tǒng)方框圖如圖所示，畫出其信號流圖，并求出傳遞函數(shù)器。K(s + 1)52(5+ 3)(5+ 6)四、（8分）已知反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G（$） =1）試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K的取值范圍。（4分）2）若要求系統(tǒng)對于輸入r（t）= t2作用下的靜態(tài)誤差ess0.5,試確定K的取值范圉。（4分）五、（14分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（滬荷二冇1）確定閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡的出射角。（2分）2）確定閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡與虛軸的交點(diǎn)。（3分）3）繪制閉環(huán)系統(tǒng)

4、的根軌跡圖。（6分）4）從圖上確定 = 0.5時，閉環(huán)系統(tǒng)復(fù)數(shù)極點(diǎn)的位置。（3分）六、（14分）某最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線厶）（"）如圖所示:1）、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)Go（$）； （5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)的相角裕度卩。（3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？（3分）七、（14分）一最小相位系統(tǒng)傳遞函數(shù)的漸近對數(shù)幅頻曲線如下圖所示。1）求其傳遞函數(shù)。（3分）2）概略繪制系統(tǒng)的奈氏曲線圖及用奈氏判據(jù)分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（8分）3）說明能否直接山該漸近對數(shù)幅頻曲線判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定

5、性。（3分）八、（14分）設(shè)控制系統(tǒng)如圖所示，要求：單位斜坡輸入時，位置輸出穩(wěn)態(tài)誤差Ssrad ,開環(huán)剪切頻率©上4.4 rad/s,相角裕度/' >45w，幅值裕度h clb） > Odb .設(shè)計串聯(lián)超前校正網(wǎng) 絡(luò)。R(s)九、(10分)以下(a), (b)、(c)、(d)四圖中的G曲線與負(fù)倒函數(shù)曲線的交點(diǎn)為NO, N10, N20, 判斷各圖中N10, 20對應(yīng)的周期運(yùn)動是否穩(wěn)定。P-0(b)A卷答秦一、填空題(每空1分，共10分)1、水箱：水溫2、穩(wěn)能性：快速性：穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。3、極點(diǎn)：零點(diǎn) 4、加(/) = * + 牛 J： MM + K/ 讐Gc (s

6、) = Kp (1 + 右 + :5、丁 < :疋-二 28“、二、選擇題(每題2分，共10分)A：D：A：B：C；三、(6分)解:恥）R(s,G(s)GqG)CG)（2分）P = G3G2 Pi= GGi Ai = A: = lL、=-G,H 廠 L 產(chǎn)-GG：H、（4分）Cs)_ G、G 廣 G G 帀 zGEGGH四. （8分）G（s） =解：開環(huán)傳遞函數(shù)K(s + 1)52 (5+ 3)(5+ 6)特征方程：廠+ 3)(s + 6) + K(s + 1) = 0S4118KS39KS2162- K9KS1K2-81KSO9K系統(tǒng)穩(wěn)左的K取值范圍0<K<81.由 eSS

7、=2* (1/K*) =36/KW05, 72WK得：72WKQ1（2分）（2分）（4分）五、（14分）解1）圖中標(biāo)岀開環(huán)零極點(diǎn)&2 =90°（2分）0 = 0-(135° + 90°)±180° = ±452)令 s = js代入+ 25" +2s + Kr =0則有 一。'+2。= 03 = 土近;« = 4所以0=0； Kr=0（3分）3）每條根軌跡各2分（6分）（3分）畫出60度角的矢量線與根軌跡的交點(diǎn)六.（14分）解：1、從開環(huán)波特圖可知，原系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié).一個積分環(huán)節(jié).兩個慣性環(huán)節(jié)。G

8、(y) =故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式Ks(丄 $ + 1)(丄$ + 1)co &)2由圖可知：血=1處的縱坐標(biāo)為40dB,則厶（1） = 20lgK = 40,得K = 100（2分）=10 和 6?2=100（2分）故系統(tǒng)的開環(huán)傳函為G()(s) =（1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:100(0 tY° 八 ICO +1/ + 1開環(huán)頻率特性（1分）J l；10100人0)=開環(huán)幅頻特性開環(huán)相頻特性:%(y) = -90 -/g“O.ley-rg°0.010（1分）（1分）3、求系統(tǒng)的相角裕度了：兒（°）=求幅值穿越頻率，令

9、=1得a 3.6rad/s（1分）（1分）（1分）)= _90 -fg“O0 -仗"0010. =-90 -/g36-儀0316總一180 丫 = 180 +%(q) = 180 180 = 0對最小相位系統(tǒng)z=0 臨界穩(wěn)泄4、可以采用以下措施提髙系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度：增加串聯(lián)超前校正裝置；增加串聯(lián)滯后校正裝宜：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。（3分）七、（14分）(1)依圖可寫岀G(s) =( + !)( + !)所以(2)201gK = E(e) = 40b,宀、 100gg)= j（2分）（1分）( 5+1)(5+1

10、) ® 0)2-12051因?yàn)镻=o, N二0, Z=0,所以系統(tǒng)穩(wěn)定。.O.42£aue4u（3 分）（3）可以直接由該漸近對數(shù)幅頻曲線判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3分）八、（14分）解：1）診斷由 G°（s）=（E pf（.$ +1）當(dāng)KR10時，可滿足穩(wěn)態(tài)要求。 取K=10,繪出厶o（a»和（） 可求出：儀0 =廊心8°知,0.11 "i"i t n I| I I I 111KV10! ：10厶顯然,/> /0 >（）且從段（勁下降不制烈J - 1 -'JJ1綜合以上因索，適宜釆用G（$）=；"斗

11、a > 1門+ 1I I I 11 II I一| -1 t nt-180° ；（4分）希望指標(biāo):r>4.4 / >45°T 一丨一11 TI I I 11 II I|-| T m j"T T -1 -IHII1111aT 0.456f=Hi4 = 8-8- 8.8 10 , 倍厶（Q）1 2.2J10I | 111 |v .2）計算參數(shù)初選獲） 基本出發(fā)點(diǎn)：使% = Q 由£（0）=厶（乞）+厶（皺）=仏（化）+10 lg a = 0A （歐）=一101厘由圖，厶（Q）= -401g竺%44 =一40覽一7=J Vio=-lOlga4u 3.75 * 4T =f=0.114ia（oc丁44.4th 廠 aTs +10.456s+ 1于是，（.（$丿=八丿 75+10.114S + 1（6分）3）校驗(yàn):寫出校正后的傳遞函數(shù):G（滬K" +