貴州大學(xué)2009自動(dòng)控制原理考試試題A

1、貴州大學(xué)2009-2010學(xué)年第一學(xué)期考試試卷 A選礦自動(dòng)化參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、計(jì)算題（共60分）1、已知二階控制系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為，求其自然振蕩角頻率和阻尼比，并求上升時(shí)間、峰值時(shí)間、回復(fù)時(shí)間，超調(diào)量。（6分）解：二階控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式為(1分)對(duì)比得：，解得：（1分）所以自然振蕩角頻率為5 rad/s,阻尼比為0.6.上升時(shí)間（1分）峰值時(shí)間（1分）回復(fù)時(shí)間；（1分）超調(diào)量（1分）2、簡(jiǎn)化下列自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖，并寫出簡(jiǎn)化后的傳遞函數(shù)。（10分）轉(zhuǎn)換：(2分)(2分)(2分)(2分)因此，其傳遞函數(shù)為： (2分)3、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，求取K的取值范圍并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定

2、性。（10分）解：，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：(2分）特征方程為列寫勞斯判據(jù)：（1分） （1分）（1分）（1分） 若使系統(tǒng)穩(wěn)定，則（2分）解得：，沒有交集，解矛盾，因此沒有適合的使系統(tǒng)穩(wěn)定。(2分）4、 單位負(fù)反饋的開環(huán)傳遞函數(shù)為,試?yán)L制其根軌跡。（10分）解：（1）系統(tǒng)有三個(gè)開環(huán)極點(diǎn)沒有開環(huán)0點(diǎn)，根軌跡起于點(diǎn)，終止于無窮遠(yuǎn)處，共有三條根軌跡。(1分)（2）由法則4可知道，實(shí)軸上的根軌跡區(qū)間為：。(1分)（3）根軌跡漸進(jìn)線與正實(shí)軸的夾角：(1分) 有（4）根軌跡漸進(jìn)線與正實(shí)軸的交點(diǎn)(1分)(5)分離點(diǎn)(1分) 解得，根據(jù)實(shí)軸上的根軌跡區(qū)間可以知道，并不在根軌跡上，故舍去，是分離點(diǎn)。實(shí)軸上的分離點(diǎn)的分離

3、角為。 （6）根軌跡與虛軸的交點(diǎn)令帶入特征方程，并令實(shí)部虛部為0，有：解得：(1分)根據(jù)以上條件，繪制根軌跡如下圖：(4分)5、已知一反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求相位裕量為50°時(shí)的的值，并求此時(shí)的幅值裕量。（10分）解：令，帶入得（1分）根據(jù)上式，幅值，相頻（2分）根據(jù)題意有： ，此時(shí)，（2分）聯(lián)立兩式解得：（1分）此時(shí)，（2分）所以有：，。（2分）6、已知換熱器出口溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝要求熱物料出口溫度保持為某一設(shè)定值。流程圖見圖1。圖1中，TT為溫度測(cè)量變送器，TC為溫度調(diào)節(jié)控制器。(14分) 此系統(tǒng)是前饋控制系統(tǒng)還是反饋控制系統(tǒng)？是開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)？ 請(qǐng)畫出

4、自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖,并分析圖中每一個(gè)環(huán)節(jié)的作用。TT冷物料熱物料蒸汽TC 方框圖中各環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)是什么？整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)是什么？偏差信號(hào)，控制信號(hào)，操縱變量又是什么？ 當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí),本系統(tǒng)是怎樣進(jìn)行調(diào)節(jié)的? 圖1 換熱器溫度控制流程圖解：此控制系統(tǒng)是反饋控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)。(2分)系統(tǒng)自動(dòng)控制的方框圖見圖2。 （3分） TCTT換熱器電動(dòng)閥x0y（溫度）比較+-xeuQ給定值實(shí)測(cè)值反饋系統(tǒng)執(zhí)行器控制對(duì)象干擾圖2 溫度控制系統(tǒng)方框圖 圖中，TT環(huán)節(jié)為測(cè)量溫度，并把溫度的非電量信號(hào)變成電量信號(hào)。比較環(huán)節(jié)把溫度的電量信號(hào)和設(shè)定值相比較。TC環(huán)節(jié)計(jì)算溫度調(diào)節(jié)的信號(hào)并把它傳

5、給執(zhí)行器。執(zhí)行器和一個(gè)變速電動(dòng)機(jī)相連，推動(dòng)閥門的開啟和關(guān)閉。（2分）如圖2的方框圖中，檢測(cè)環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)是熱物料的實(shí)際溫度，輸出信號(hào)是這一溫度變成的電流信號(hào)；調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)是和溫度有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的電流信號(hào)和給定值信號(hào)，輸出值為兩種信號(hào)相減的偏差信號(hào)，執(zhí)行器吸收調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)為輸入信號(hào)，輸出為推動(dòng)閥門開閉的電流信號(hào)或電壓信號(hào)。（2分）整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)為給定值信號(hào)和干擾信號(hào)，輸出信號(hào)為實(shí)際的溫度信號(hào)。（1分）偏差信號(hào)為給定值信號(hào)和實(shí)際測(cè)量值信號(hào)的差值信號(hào)；控制信號(hào)為經(jīng)過控制器計(jì)算而得的信號(hào)，它是閥門開閉的推動(dòng)信號(hào)；操縱變量是指閥門的開閉大小的信號(hào)。（2分） 當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)，溫度測(cè)量變送器將檢測(cè)到變化的值