自動控制原理試卷含答案4套

1、. z.課程名稱: 自動控制理論A/B卷閉卷試卷A一、填空題每空 1 分，共15分 1、反應(yīng)控制又稱偏差控制，其控制作用是通過與反應(yīng)量的差值進(jìn)展的。2、復(fù)合控制有兩種根本形式：即按的前饋復(fù)合控制和按的前饋復(fù)合控制。3、兩個傳遞函數(shù)分別為G1(s)與G2(s)的環(huán)節(jié)，以并聯(lián)方式連接，其等效傳遞函數(shù)為，則G(s)為用G1(s)與G2(s)表示。4、典型二階系統(tǒng)極點(diǎn)分布如圖1所示，則無阻尼自然頻率，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、假設(shè)*系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為，則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)為。6、根軌跡起始于，終止于。7、設(shè)*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。

2、8、PI控制器的輸入輸出關(guān)系的時域表達(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)反應(yīng)形式連接后，則 ( )A、一定能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；B、系統(tǒng)動態(tài)性能一定會提高；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)的構(gòu)造參數(shù)，才能改善系統(tǒng)性能。2、以下哪種措施對提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有效果 ( )。A、增加開環(huán)極點(diǎn)； B、在積分環(huán)節(jié)外加單位負(fù)反應(yīng)；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； 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

3、統(tǒng)在作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，說明 ( )A、 型別； B、系統(tǒng)不穩(wěn)定；C、 輸入幅值過大； D、閉環(huán)傳遞函數(shù)中有一個積分環(huán)節(jié)。5、對于以下情況應(yīng)繪制0根軌跡的是( )A、主反應(yīng)口符號為- ； B、除外的其他參數(shù)變化時；C、非單位反應(yīng)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)中的相角裕度對應(yīng)時域性能指標(biāo)( ) 。A、超調(diào) B、穩(wěn)態(tài)誤差C、調(diào)整時間D、峰值時間7、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、假設(shè)*最小相位系統(tǒng)的相角裕度，則以下說法正確的選項(xiàng)是 ( )。A、不穩(wěn)定； B、只有當(dāng)幅值裕度時才穩(wěn)定；C、穩(wěn)定； D、不

4、能判用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。9、假設(shè)*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、以下串聯(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所示電路的動態(tài)微分方程，并求傳遞函數(shù)。圖3四、共20分系統(tǒng)構(gòu)造圖如圖4所示：圖4圖41、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、求此時系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)；4、時，求系統(tǒng)由產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差；4分5、確定，使干擾對系統(tǒng)輸出無影響。4分五、(共15分)*單位反應(yīng)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

5、益Kr為變量的根軌跡求出：漸近線、別離點(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*圍。7分六、共22分*最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(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、假設(shè)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分試題一答案一、填空題(每題1分，共15分)1、給定值2、輸入；擾動； 3、G1(s)+G2(s)；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、D2、A3、C4、A5、D6、A7、

6、B8、C 9、B10、B三、(8分)建立電路的動態(tài)微分方程，并求傳遞函數(shù)。解：1、建立電路的動態(tài)微分方程根據(jù)KCL有 (2分)即 (2分)2、求傳遞函數(shù)對微分方程進(jìn)展拉氏變換得 (2分)得傳遞函數(shù) (2分) 第1 頁 共 2 頁 第1 頁 共 2 頁解：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個開環(huán)極點(diǎn)起點(diǎn)：0、-3、-3，無開環(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) 別離點(diǎn)： 得： 2分(5)與虛軸交點(diǎn)：2分繪制根軌跡如右圖所示。2、7分開環(huán)增益K與根軌跡增益Kr的

7、關(guān)系：得 1分系統(tǒng)穩(wěn)定時根軌跡增益Kr的取值*圍：， 2分系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時根軌跡增益Kr的取值*圍：， 3分系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時開環(huán)增益K的取值*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)、一個積分環(huán)節(jié)、兩個慣性環(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，令得3分 2分 2分對最小相位系統(tǒng) 臨界穩(wěn)定4、4分可以采用以下措施提高系統(tǒng)

8、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)反應(yīng)。試卷B一、填空題每空 1 分，共15分 1、在水箱水溫控制系統(tǒng)中，受控對象為，被控量為。2、自動控制系統(tǒng)有兩種根本控制方式，當(dāng)控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系時，稱為；當(dāng)控制裝置與受控對象之間不但有順向作用而且還有反向聯(lián)系時，稱為；含有測速發(fā)電機(jī)的電動機(jī)速度控制系統(tǒng)，屬于。3、穩(wěn)定是對控制系統(tǒng)最根本的要求，假設(shè)一個控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線為衰減振蕩，則該系統(tǒng)。判斷一個閉環(huán)線性控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定，在時域分析中采用；在頻域分析中采用。4、傳

9、遞函數(shù)是指在初始條件下、線性定常控制系統(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)與時域性能指標(biāo)有著對應(yīng)關(guān)系，開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的幅值穿越頻率對應(yīng)時域性能指標(biāo)，它們反映了系統(tǒng)動態(tài)過程的。二、選擇題每題 2 分，共20分1、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)的構(gòu)造參數(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(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、以下哪種措施對改善系統(tǒng)的精度沒有效果 ( )。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

10、微分環(huán)節(jié) D、引入擾動補(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、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、25 C、10 D、5、假設(shè)*系統(tǒng)的根軌跡有兩個起點(diǎn)位于原點(diǎn)，則說明該系統(tǒng)( ) 。 A、含兩個理想微分環(huán)節(jié) B、含兩個積分環(huán)節(jié) C、位置誤差系數(shù)為0 D、速度誤差系數(shù)為06、開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對應(yīng)時域性能指標(biāo)( ) 。A、超調(diào) B、穩(wěn)態(tài)誤差C、調(diào)整時間D、峰值時間7、*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、假設(shè)系統(tǒng)增加適宜的開

11、環(huán)零點(diǎn)，則以下說法不正確的選項(xiàng)是 ( )。 A、可改善系統(tǒng)的快速性及平穩(wěn)性； B、會增加系統(tǒng)的信噪比；C、會使系統(tǒng)的根軌跡向s平面的左方彎曲或移動； D、可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。9、開環(huán)對數(shù)幅頻特性的低頻段決定了系統(tǒng)的( )。A、穩(wěn)態(tài)精度 B、穩(wěn)定裕度 C、抗干擾性能 D、快速性10、以下系統(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)寫出以下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)構(gòu)造圖化簡，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、；時單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間及峰值時間。7分 2、；和；時單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量

12、、調(diào)節(jié)時間和峰值時間。7分3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論參數(shù)、對階躍響應(yīng)的影響。6分五、(共15分)*單位反應(yīng)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：別離點(diǎn)、與虛軸的交點(diǎn)等；8分2、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時開環(huán)增益K的取值*圍。7分六、共22分反應(yīng)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、假設(shè)給定輸入r(t) = 2t2時，要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25，問開環(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

13、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)整時間；快速性二、判斷選擇題(每題2分，共 20分)1、B2、C3、D4、C5、B6、A7、B8、B 9、A10、D三、(8分)寫出以下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)構(gòu)造圖化簡，梅遜公式均可。解：傳遞函數(shù)G(s):根據(jù)梅遜公式 1分4條回路:, ，無互不接觸回路。2分特征式： 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， 4分當(dāng) 時， 3分2、當(dāng) 時， 4分當(dāng) 時， 3分3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論參數(shù)、對階躍響應(yīng)的影響。6分(1)系統(tǒng)超調(diào)只與阻尼系數(shù)有關(guān)，而與時間常數(shù)T無關(guān)，增大，超調(diào)減

14、小；2分(2)當(dāng)時間常數(shù)T一定，阻尼系數(shù)增大，調(diào)整時間減小，即暫態(tài)過程縮短；峰值時間增加，即初始響應(yīng)速度變慢； 2分(3)當(dāng)阻尼系數(shù)一定，時間常數(shù)T增大，調(diào)整時間增加，即暫態(tài)過程變長；峰值時間增加，即初始響應(yīng)速度也變慢。 2分五、(共15分)(1)系統(tǒng)有有2個開環(huán)極點(diǎn)起點(diǎn)：0、3，1個開環(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)求別離點(diǎn)坐標(biāo)，得 ； 2分分別對應(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12、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時開環(huán)增益K的取值*圍系統(tǒng)穩(wěn)定時根軌跡增益Kr的取值*圍：， 2分系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠

15、阻尼狀態(tài)時根軌跡增益Kr的取值*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)時開環(huán)增益K的取值*圍： 1分六、共22分解：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 ，圖2曲線位于第3象限與實(shí)軸無交點(diǎn)。1分圖2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)，ZP2N0 系統(tǒng)穩(wěn)定。3分2、假設(shè)給定輸入r(t) = 2t2時，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

16、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分相角裕度： 2分試卷C一、填空題每空 1 分，共20分 1、對自動控制系統(tǒng)的根本要求可以概括為三個方面，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)和, 與外作用及初始條件無關(guān)。5、線性系統(tǒng)的對數(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。

17、8、PI控制規(guī)律的時域表達(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，正確的說法是：( ) A、 一型系統(tǒng)在跟蹤斜坡輸入信號時無誤差 ；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，而且不會影響系統(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、假設(shè)*負(fù)反應(yīng)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系

18、統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為 ( )。A、 B、C、D、與是否為單位反應(yīng)系統(tǒng)有關(guān)4、非單位負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)，其前向通道傳遞函數(shù)為G(S)，反應(yīng)通道傳遞函數(shù)為H(S)，當(dāng)輸入信號為R(S)，則從輸入端定義的誤差E(S)為 ( )A、 B 、C 、D、5、以下負(fù)反應(yīng)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)的動態(tài)性能主要取決于開環(huán)對數(shù)幅頻特性的：A、低頻段 B、開環(huán)增益 C、高頻段 D、中頻段 7、單位反應(yīng)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，當(dāng)輸入信號是時，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)位置對系統(tǒng)性能的影響，以下觀點(diǎn)中正確的選項(xiàng)

19、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)位置無關(guān)；B、 如果閉環(huán)系統(tǒng)無零點(diǎn)，且閉環(huán)極點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)極點(diǎn)，則時間響應(yīng)一定是衰減振蕩的；C 、 超調(diào)量僅取決于閉環(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)系統(tǒng)的構(gòu)造如圖1 所示，其中，輸入信號為單位斜坡函數(shù)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差(8分)。分析能否通過調(diào)節(jié)增益 ，使穩(wěn)態(tài)誤差小于 0.2 (8分)。一一G(s)R(s)C(s)圖 1 四、(16分)設(shè)負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)如圖2 ，前向通道傳遞函數(shù)為，假設(shè)采用測速負(fù)反應(yīng)，試畫出以為參變量的根軌跡(10分)，

20、并討論大小對系統(tǒng)性能的影響(6分)。圖2 圖2 H (s)一G(s)R(s)C(s)五、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、最小相位系統(tǒng)的對數(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)L(L()1110202-20-40-40圖 3 -10dBC(s)R(s)C(s)R(s)一一圖4 圖4 七、設(shè)控制系統(tǒng)如圖4，要求校正后系統(tǒng)在輸入信號是單位斜坡時的穩(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)試卷C答案一、填空題(每題1分，共20分)1、穩(wěn)定性(或

21、：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：時域分析法)； 奈奎斯特判據(jù)(或：頻域分析法)4、構(gòu)造； 參數(shù)5、(或：)；(或：按對數(shù)分度)6、開環(huán)傳函中具有正實(shí)部的極點(diǎn)的個數(shù)，(或：右半S平面的開環(huán)極點(diǎn)個數(shù))； 閉環(huán)傳函中具有正實(shí)部的極點(diǎn)的個數(shù)(或：右半S平面的閉環(huán)極點(diǎn)個數(shù)，不穩(wěn)定的根的個數(shù))；奈氏曲線逆時針方向包圍 (-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)所需的最短時間(或：調(diào)整時間，調(diào)節(jié)時間)；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、 (或：)； (或：)9、；二、判斷

22、選擇題(每題2分，共 16分)1、C2、A3、B4、D5、A6、D7、D8、A三、(16分)解：型系統(tǒng)在跟蹤單位斜坡輸入信號時，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)根軌跡，起點(diǎn)：，終點(diǎn)：有限零點(diǎn)，無窮零點(diǎn)2分實(shí)軸上根軌跡分布：，02分實(shí)軸上根軌跡的別離點(diǎn)：令，得合理

23、的別離點(diǎn)是，2分該別離點(diǎn)對應(yīng)的根軌跡增益為，對應(yīng)的速度反應(yīng)時間常數(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)傳函兩個極點(diǎn)，一個有限零點(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，以該圓心到別離點(diǎn)距離為半徑的圓周。根軌跡與虛軸無交點(diǎn)，均處于s左半平面。系統(tǒng)絕對穩(wěn)定。根軌跡如圖1所示。4分討論大小對系統(tǒng)性能的影響如下：1、當(dāng)時，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。動態(tài)響應(yīng)為阻尼振蕩過程，增加將使振蕩頻率減小，但響應(yīng)速度加快，調(diào)節(jié)時間縮短。1分2、當(dāng)，為臨界阻尼狀態(tài)，動態(tài)過程不再有振蕩和超調(diào)。1分3、當(dāng)，為過阻尼狀態(tài)。系統(tǒng)響應(yīng)為

24、單調(diào)變化過程。1分圖1四題系統(tǒng)參數(shù)根軌跡五、(16分)解：由題：，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 圖2五題幅相曲線1與實(shí)軸的交點(diǎn)：令虛頻特性為零，即得2分圖2五題幅相曲線1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)傳函無右半平面的極點(diǎn)，則當(dāng)時，極坐標(biāo)圖不包圍1，j0點(diǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定。1分當(dāng)時，極坐標(biāo)圖穿過臨界點(diǎn)1，j0點(diǎn)，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定。1分當(dāng)時，極坐標(biāo)圖順時針方向包圍1，j0點(diǎn)一圈。按奈氏判據(jù)，ZPN2。系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2分)閉環(huán)有兩個右平面的極點(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)、兩個積分環(huán)節(jié)、一個一階微分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)。故其開環(huán)傳

25、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，輸入信號為單位斜坡函數(shù)時的穩(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、校正前系統(tǒng)的相角裕度計(jì)算：得rad/s；而幅值裕度為無窮大，因?yàn)椴淮嬖凇?分3、根據(jù)校正后系統(tǒng)對相位裕度的要求，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5.3

26、1dB 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，故幅值裕度為無窮大。符合設(shè)計(jì)性能指標(biāo)要求。1分試卷D一、填空題每空 1 分，共15分 1、對于自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面，即：、 和，其中最根本的要求是。2、假設(shè)*單位負(fù)反應(yīng)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

27、，相頻特性為。6、PID控制器的輸入輸出關(guān)系的時域表達(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) F(s)= 1 + G(s)H(s)，錯誤的說法是 ( )A、 F(s)的零點(diǎn)就是開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)B、 F(s)的極點(diǎn)就是開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)C、 F(s)的零點(diǎn)數(shù)與極點(diǎn)數(shù)一樣D、 F(s)的零點(diǎn)就是閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)2、負(fù)反應(yīng)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、與是否為單位反應(yīng)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

28、D、響應(yīng)速度越慢4、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、100 B、1000 C、20 D、5、假設(shè)兩個系統(tǒng)的根軌跡一樣，則有一樣的：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、以下串聯(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、7、關(guān)于P I 控制器作用，以下觀點(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、 積分局部主要是用來改善系統(tǒng)動態(tài)性能的；C、 比例系數(shù)無論正負(fù)、大小如何變化，都不會影響系統(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，以下觀

29、點(diǎn)正確的選項(xiàng)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*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，系統(tǒng)不穩(wěn)定。9、關(guān)于系統(tǒng)頻域校正，以下觀點(diǎn)錯誤的選項(xiàng)是( )A、 一個設(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)動態(tài)性能要求決定；D、 利用超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展串聯(lián)校正，是利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性。10、單位反應(yīng)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，當(dāng)輸入信號是時，

30、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是( ) A、 0 B、 C、 10 D、 20三、寫出以下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)構(gòu)造圖化簡，梅遜公式均可。(8分)四、(共15分)*單位反應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡圖如以下圖所示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、求出別離點(diǎn)坐標(biāo)，并寫出該系統(tǒng)臨界阻尼時的閉環(huán)傳遞函數(shù)。8分1 2-2 -1 1 2-2 -1 2 1-1 -2j五、系統(tǒng)構(gòu)造如以下圖所示，求系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。12分R(s)R(s)C(s)六、最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和串聯(lián)校正裝置的對數(shù)幅頻特性如以下圖所示，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0.010.010.11101000.322024.340-20dB/dec-20dB/dec-40dB/dec-60dB/decL()L0Lc試卷D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) 或構(gòu)造圖信號流圖任意兩個均可4、勞思判據(jù)根軌跡 奈奎斯特判據(jù) 5、；6、7、S右半平面不存在系