中國石油大學(xué)自動控制原理20152016年期末考試 B卷 答案

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！B卷2015—1（閉卷，適用于：測控）參考答案與評分標(biāo)準(zhǔn)2015-2016第1學(xué)期《自動控制原理》一、填空題（20分，每空1分）1.自動控制系統(tǒng)由控制器和被控對象組成。2.則稱為開環(huán)控制系統(tǒng)則稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。3.設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G,試求當(dāng)輸入信號s(0.1s/100r(t)t時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為_______。4.兩個傳遞函數(shù)分別為G(s)與G(s)12G(s)G(s)為(s),則(s)_____________。12GG5.若某系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為g(t)20e，則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為0.5t20_______________。s0.56.控制系統(tǒng)輸出拉氏變換與輸入拉氏變換在零初始條件下的比值稱為傳遞函數(shù)。1一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式為______二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)形式為2n________________。s2s2nn7.__遠__（遠/58.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù),則該系統(tǒng)是_欠_(過/欠/臨界)阻尼系統(tǒng)。G225ss9.常用的三種頻率特性曲線是Nyquist曲線（極坐標(biāo)圖）、Bode曲線、和Nichols曲線。Kte(t)dtm(t)Ke(t)p10.PI控制規(guī)律的時域表達式是_____________________PID控制規(guī)律的傳遞函Tip01G(s)K(1s)數(shù)表達式是_____________________。Tscpi11.離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)與采樣周期有關(guān)有關(guān)/無關(guān)。(有關(guān)/12.非線性系統(tǒng)常用的三種分析方法是描述函數(shù)法、相平面和逆系統(tǒng)方法。第1頁共8頁2015-2016第1學(xué)期《自動控制原理》C(s)R(s)10分）試簡化圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求傳遞函數(shù)。圖1解：按如下步驟簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：（1G(s)輸出端的引出點移至環(huán)節(jié)G(s)H(s)342輸出端的比較點與系統(tǒng)輸入端的比較點，如圖所示；（2）進行串接和反饋接運算，將圖簡化為圖；（3）簡化內(nèi)回路，得圖；（2分）（2分）（2分）（4）由圖不難求得系統(tǒng)傳遞函數(shù)為（4分）GGGG3124(s)R(s)1GGHGGH3GGGG44233H112342HGGHGGHG134423GGGG3412341GGHGGHGGGHGGGGH233344123212341第2頁共8頁2015-2016第1學(xué)期《自動控制原理》K,K15分）圖2所示系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖3所示，試確定參數(shù)12和a的數(shù)值。圖2圖3解：由圖3得2h()2,%,t（3分）2pKK1閉環(huán)傳遞函數(shù)為()2ssasK22KK1KBsC而輸出()()()CssRs21s(sasK)ssasK2222其中,B,C待定。因為h()limC(s)K1s因而可得參數(shù)K2（3分）1可見，閉環(huán)傳遞函數(shù)在0時之值，就是階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)輸出值。s利用超調(diào)量及峰值時間公式算得(ln)20.608（3分）(ln)224.946（3分）t1n2p因為,2Ka2n2n故求得其余兩個參數(shù)為K24.46,a6.01（3分）2第3頁共8頁2015-2016第1學(xué)期《自動控制原理》四、(15分)已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)K(0.5s2G(s)(0.5ss1)（1）繪制K由0時閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡圖；（2）確定使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。0.25K(s2)2解：()Gs（3分）(s2)(s0.5)（1）繪根軌跡圖開環(huán)零、極點：zz2,p0.5,p2（1分）（2分）1212112分離點：由求出d2dd2d0.182由模值條件得相應(yīng)K1.04。d與虛軸交點：由閉環(huán)特征方程(10.25K)s(1.5K)s(K1)02當(dāng)1.5時，根軌跡與虛軸有交點，對應(yīng)K(10.251.5)s0.502解出交點處0.6（3分）當(dāng)K=1時，閉環(huán)系統(tǒng)有零根。閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡如圖所示。（3分）（3分）（2）確定K值范圍由根軌跡圖知，使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍為1K1.5第4頁共8頁2015-2016第1學(xué)期《自動控制原理》五、(15分)已知最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻漸近特性如圖所示，G(s)；（1）寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)（2）確定系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度；e（3）單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差。ss圖4KTs1解：(1)根據(jù)Bode圖，可得：G(s)1，其中，sTs1)(Ts1)223K2s1G(s)111即：sssT12,T,T0.52523K1j2G()（4分）0.5)(10.2)sjj頻率特性是K根據(jù)Bode圖，可得截止頻率120lg0K0.5，令c，可得：c2c（2分）(2)相頻特性180)18018020.5tg0.225.6tgtgooo111o相角裕度（2分）c)1800.5180otgtgtg2.54，可得：xo111令xxxx1)(G()0.22h4.55幅值裕度（3分）A)xxx1e0klimsG(s)（3）（4分）kvsss0v第5頁共8頁2015-2016第1學(xué)期《自動控制原理》六、(10分)已知采樣系統(tǒng)如圖所示，其中采樣周期。1T圖5求系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。Tz11s1zzZ（提示：,）ZZsz1saze(22z解：開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為1G(z)K(1z)Z1(s1)s2111K(1z)Z11sss2K(1z)zz1(z1)z1ze2TKT1e)z(1e)]TTT(zze)T代入1，有TK(0.368z0.264)(z1)(z0.368)G(z)（5分）閉環(huán)z域特征方程為z2(0.368K1.368)z(0.364K0.368)0w1w1令，代入上式，化簡后得閉環(huán)系統(tǒng)在w域的特征方程：z0.632Kw(1.2640.528K)w(2.7360.104K)02若系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)有0.632K01.2640.528K02.7360.104K0故使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值應(yīng)為：02.394（5分）K第6頁共8頁2015-2016第1學(xué)期《自動控制原理》15分）已知非線性系統(tǒng)如圖6所示，試用描述函數(shù)法說明圖6所示系統(tǒng)必y然存在自振，并確定輸出信號c的自振振幅和頻率，分別畫出信號態(tài)波形。的穩(wěn)圖641A(),解：NA()NA410()起點A0：N1終點A：N()（3分）5G()2)2)2jjjj())2tg1422),)90起點0：A)0,)270終點：（3分）)221x2與負(fù)實軸的交點：令x可得：x)4x2xx0.625,j0所以與負(fù)實軸的交點是：（2分）曲線，如圖所示()所示，可見點是