西工大、西交大自動(dòng)控制原理期末及考研試卷匯總

1、西工大、西交大自動(dòng)控制原理期末及考研試卷匯總1、（8分）化簡(jiǎn)下圖所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，求傳遞函數(shù)C(s)R(s)2、（9分）下圖是倉(cāng)庫(kù)大門自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖，試畫出系統(tǒng)方框圖，并說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門開閉的工作原理。3、（10分）設(shè)具有單位負(fù)反饋的隨動(dòng)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=150s(s+10)(s+5)（1）試求系統(tǒng)的靜態(tài)誤差系數(shù)Kp、Kv、Ka；（2）試求當(dāng)輸入信號(hào)為r(t)=1(t)+2t+t2時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。4、（12分）某控制系統(tǒng)如下圖：（1）=0時(shí)，求調(diào)節(jié)時(shí)間ts、最大超調(diào)量%；（2）確定值，使得閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼比=0.6，并確定此時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間ts，最大超調(diào)量%。5、（12分）已知

2、系統(tǒng)特征方程為s3+2s2+3s+Ks+2K=0，試?yán)L制其根軌跡。（確定實(shí)軸上的根軌跡、漸近線、起始角）6、（12分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=20s(s+2)(s+4)，（1）試?yán)L制其頻率特性奈氏曲線草圖；（2）試判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3）試確定其穩(wěn)定的臨界開環(huán)增益K。7、（13分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=200(s+3)(s+5)2(s+1)(s+0.8)，（1）試畫出此開環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性的近似曲線，并求出截止頻率c；（2）求出系統(tǒng)的相角穩(wěn)定裕度。8、（14分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，其中非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)N(A)=4MA，試用描述函數(shù)法確定：（1）根據(jù)-1N(A)

3、和G(j)的曲線特點(diǎn)，判斷周期運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性；（2）若M=1，計(jì)算穩(wěn)定周期運(yùn)動(dòng)的振幅和頻率。9、（10分）簡(jiǎn)答題：系統(tǒng)校正的目的是什么？串聯(lián)校正包括哪幾種方式？幾種不同形式的串聯(lián)校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響有哪些？1、（8分）求圖中電路網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)Uc(s)Ur(s)。2、（10分）化簡(jiǎn)下圖所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，求傳遞函數(shù)C(s)R(s)。3、（14分）單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K'(s+1)s2(s+3)(s+6)（1）求系統(tǒng)的開環(huán)增益K；（2）系統(tǒng)的靜態(tài)誤差系數(shù)Kp,Kv,Ka；（3）為使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，求K'的取值范圍；（4）當(dāng)系統(tǒng)的輸入信號(hào)為r(t)=2t2時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差

4、ess<1，確定K'的取值范圍。4、（10分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，（1）試求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；（2）試求系統(tǒng)的超調(diào)量%和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。5、（10分）已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K(s+2)s3+2s2+3s試?yán)L制其根軌跡。（確定實(shí)軸上的根軌跡、漸近線、起始角）6、（15分）（1）已知系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性下圖所示，試分別判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（9分）（2）在某非線性系統(tǒng)中，已知負(fù)倒描述函數(shù)-1N(A)與開環(huán)頻率特性曲線G(j)如下圖所示，試分析-1N(A)曲線與G(j)曲線的交點(diǎn)M、N哪個(gè)為穩(wěn)定的自振點(diǎn)。（要有具體分析過程）（6分）7、（16分）設(shè)校正前單位反饋系統(tǒng)的

5、開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖a所示，校正后開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖b所示：圖 a圖 b（1）寫出校正前系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G0(s)；（2）寫出校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)；（3）寫出校正系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Gc(s);（4）求校正后系統(tǒng)的截止頻率c和相角裕度。（5）這是什么校正方法？這種校正方法的優(yōu)點(diǎn)是什么？8、（9分）已知非線性系統(tǒng)微分方程為x+0.5x+2x+x2=0，試求系統(tǒng)的奇點(diǎn)，并確定奇點(diǎn)的類型。9、（8分）簡(jiǎn)答：系統(tǒng)的頻率特性如何定義？常用的頻率特性曲線有哪些？、（10分）電爐溫控系統(tǒng)原理圖如圖1所示圖1電爐溫控系統(tǒng)原理圖（）指出系統(tǒng)的被控量、被控對(duì)象、控制裝置；（）分析系統(tǒng)的工作原理；（）畫出

6、系統(tǒng)方塊圖。、（10分）化簡(jiǎn)圖2所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，求傳遞函數(shù)C(s)R(s)。圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、（9分）設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=Ks(1+13s)(1+16s)（）若要求系統(tǒng)穩(wěn)定，則K的取值范圍是什么？（）若要求閉環(huán)特征方程式的根的實(shí)部均小于-1，問K應(yīng)該在什么范圍內(nèi)取值？、（10分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其單位階躍響應(yīng)曲線如圖4所示， 圖 3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖 4 控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)（）求系統(tǒng)超調(diào)量；（）確定系統(tǒng)參數(shù)K,T1,T2；（）確定調(diào)節(jié)時(shí)間ts(=0.05)。、（7分）設(shè)具有單位負(fù)反饋的隨動(dòng)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=150s(s+10)(s+5)（）試求系統(tǒng)的靜態(tài)誤差

7、系數(shù)Kp、Kv、Ka；（）試求當(dāng)輸入信號(hào)為r(t)=1(t)+2t+t2時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。、（14分）設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K*(s+1)(s+5)(s2+6s+13)試?yán)L制系統(tǒng)的概略根軌跡圖；（要求必要參數(shù)計(jì)算完備，例如漸近線、分離點(diǎn)坐標(biāo)、與虛軸的交點(diǎn)坐標(biāo)等參數(shù)如有必要就應(yīng)當(dāng)計(jì)算出結(jié)果，根軌跡圖繪制清楚。）、（12分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=100s(s+2)(s+8)，（）試?yán)L制其頻率特性奈氏曲線草圖；（）試判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（）試確定其穩(wěn)定的臨界開環(huán)增益KL；、（13分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=200(s+3)(s+5)2(s+1)(s+0.8

8、)，試畫出此開環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性的近似曲線，并求出截止頻率c；、（15分）已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線L()（即待校正系統(tǒng)或不可變部分的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線L()）如圖所示，為了使其滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，若采用串聯(lián)校正，且已知校正裝置的傳遞函數(shù)為：Gc(s)=s3+1s10+1s0.3+1s100+1圖 開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線（）寫出校正前系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G0(s)；（）在原圖上繪制校正后系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線L()；（）求校正后系統(tǒng)的截止頻率c和相角裕度；（）此串聯(lián)校正方案屬于哪種形式的串聯(lián)校正？采用此串聯(lián)校正對(duì)系統(tǒng)的性能有哪些影響？1、（12分）如圖1所示電路，設(shè)電源內(nèi)阻為零，

9、電路的輸入量為電壓ur(t)，輸出量為電壓uc(t)，圖 1（1）列寫出電路的微分方程式；（2）確定電路的傳遞函數(shù)；（3）求系統(tǒng)阻尼比，無(wú)阻尼振蕩頻率n。2、（12分）已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K(0.6s+1)(s+1)(2s+1)（1）使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍；（2）當(dāng)r(t)=t時(shí)，要求ess<0.1，求K的取值范圍。3、（10分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，（1）試求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；（2）試求系統(tǒng)的超調(diào)量%和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。圖 4、（12分）化簡(jiǎn)圖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，求出系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。圖 、（8分）設(shè)某控制系統(tǒng)如圖所示，試用勞斯穩(wěn)定判據(jù)確定使閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)全部位于s=-1垂

10、線之左，K1取值范圍。圖、（12分）單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K*s(s+3)(s+4)（1）繪制K*=0時(shí)的系統(tǒng)根軌跡（確定漸近線，分離點(diǎn)，與虛軸交點(diǎn)）；（2）確定使系統(tǒng)滿足0<<1的K*取值范圍。、（分）若系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Gks=10(s+1)s(s2+5s+2)（）若要繪制由0變化時(shí)系統(tǒng)的參數(shù)根軌跡，試寫出其等效開環(huán)傳遞函數(shù)。（只寫等效開環(huán)傳遞函數(shù)，不需要繪出根軌跡）（）試說(shuō)明參數(shù)根軌跡與零度根軌跡的相角條件有什么不同？、（17分）某最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖所示，圖 開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線（1）求出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）繪制Nyquist曲線，根

11、據(jù)曲線判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3）計(jì)算系統(tǒng)的截止頻率c和系統(tǒng)的相角裕度。9、（12分）簡(jiǎn)答題（1）系統(tǒng)校正的目的是什么？常用的校正方法包括哪幾種？串聯(lián)滯后校正和串聯(lián)超前校正的區(qū)別有哪些？（2）簡(jiǎn)述線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。一、選擇題(在每小題的四個(gè)備選答案中選擇一個(gè)正確答案，每小題3分，共15分)得 分1、關(guān)于控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，以下說(shuō)法正確的是A、和初始條件有關(guān)； B、只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)；C、可以描述所有的線性系統(tǒng)；D、與擾動(dòng)作用下系統(tǒng)輸出的幅值有關(guān)。2、系統(tǒng)的特征方程為 Ds=s4+s3+2s2+3s+6=0，則系統(tǒng) A. 穩(wěn)定； B. 臨界穩(wěn)定；C. 在s右半平面閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)Z=2；D.

12、系統(tǒng)型別v=1。3、一階慣性環(huán)節(jié)的閉環(huán)極點(diǎn)離s平面原點(diǎn)越遠(yuǎn)，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、積分環(huán)節(jié)的幅頻特性，其幅值與頻率成：A、指數(shù)關(guān)系 B、反比關(guān)系 C、正比關(guān)系 D、不定關(guān)系5、閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)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、中頻段 C、高頻段 D、穩(wěn)態(tài)性能與開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性無(wú)關(guān)二、填空題(每空1分，共5分)得 分1、最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：半閉合曲線GH 。2、典型二階系統(tǒng)的極點(diǎn)分布如圖1所示，則自然頻率n= ； 阻尼比= 。3、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=10(4s+1)s2(s+3)(s+6)，則開環(huán)

13、根軌跡增益K*= ；靜態(tài)加速度誤差系數(shù)Ka= 。圖1三、分析計(jì)算題（共80分）得 分1 (15分) 已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，求傳遞函數(shù)CsRs、EsRs。圖22 (15分) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，(1) 求系統(tǒng)的超調(diào)量%和調(diào)節(jié)時(shí)間ts；(2) 當(dāng)輸入為rt=3+6t時(shí)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。圖33(15分) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。試問：(1)為確保系統(tǒng)穩(wěn)定，如何取K值？ (2)為使系統(tǒng)特征根全部位于s平面s=-1的左側(cè)，K應(yīng)取何值？ (3)若rt=2t+2時(shí)，要求系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差ess0.25，K應(yīng)取何值？ 圖44 (10分) 某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為GsHs=K*ss+1s+3(1) 繪制K*從0

14、 +變化時(shí)的概略根軌跡；(2) 繪制系統(tǒng)的開環(huán)幅相曲線并用奈氏判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5 (10分) 已知某最小相位單位反饋系統(tǒng)，其校正前、后系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖4所示(實(shí)線、虛線分別對(duì)應(yīng)校正前、后)(1) 寫出校正前、后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G0s與Gs的表達(dá)式；(2) 寫出校正裝置的傳遞函數(shù)GCs，并畫出其對(duì)數(shù)幅頻特性曲線；(可在原圖中直接畫)(3) 求校正前、后系統(tǒng)的相角裕度。圖56（10分）已知非線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示圖6 圖中非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)為，試用描述函數(shù)法確定：(1)使該非線性系統(tǒng)穩(wěn)定、不穩(wěn)定以及產(chǎn)生周期運(yùn)動(dòng)時(shí)，線性部分的K值范圍；(2)判斷周期運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，并計(jì)算穩(wěn)定周期

15、運(yùn)動(dòng)的振幅和頻率。7 (5分) 給定典型二階系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)：超調(diào)量%5%，調(diào)節(jié)時(shí)間ts<3s，峰值時(shí)間tp<1s，試確定該二階系統(tǒng)極點(diǎn)可配置的區(qū)域，以獲得期望的響應(yīng)特性。一、（8分）圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。在谷物磨粉的生產(chǎn)過程中，有一個(gè)出粉最多的濕度，因此磨粉之前要給谷物加水以得到給定的濕度。圖中，谷物用傳送裝置按一定流量通過加水點(diǎn)，加水量由自動(dòng)閥門控制。加水過程中，谷物流量、加水前谷物濕度以及水壓都是對(duì)谷物濕度控制的擾動(dòng)作用。為了提高控制精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控制，試畫出系統(tǒng)方塊圖。二、（10分）飛機(jī)俯仰角控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，試求閉環(huán)傳遞函數(shù)Qc(s)Qr(s)

16、。三、（10分）機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。試確定參數(shù)K1,K2值，使系統(tǒng)階躍響應(yīng)的峰值時(shí)間tp=0.5（s），超調(diào)量 %=2%。（公式oo=e-1-2，tp=1-2n） 四、（10分）宇航員機(jī)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，其中控制器可以用增益K2來(lái)表示。宇航員及其裝備的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I=25kgm2。當(dāng)輸入為斜坡信號(hào)r(t)=t（m）時(shí)，試確定K3的取值，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差ess=1（cm）。五、（10分）已知系統(tǒng)的特征方程，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定在右半s平面根的個(gè)數(shù)及純虛根。D(s)=s5+2s4+2s3+4s2+11s+10=0六 （12分）單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試概略繪出系統(tǒng)根軌跡。G(s)=K*(s+5)s(s+2)(s+3)七、（10分）已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性G(j)的奈氏曲線如圖所示，試確定其穩(wěn)定的臨界開環(huán)增益KL。（圖中K=10；p=0,v=1，奈氏曲線與實(shí)