《自動(dòng)控制原理A》離線作業(yè)及答案

自動(dòng)控制原理A第1次作業(yè)一、不定項(xiàng)選擇題(有不定個(gè)選項(xiàng)正確，共4道小題)1.

自動(dòng)控制的基本控制方式包括:

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

開環(huán)控制

(B)

閉環(huán)控制

(C)

復(fù)合控制

(D)

手動(dòng)控制ABC2.

以下不屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是:

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

采用了反饋

(B)

系統(tǒng)的響應(yīng)對(duì)擾動(dòng)不敏感

(C)

構(gòu)造簡(jiǎn)單

(D)

存在穩(wěn)定性問(wèn)題C3.

閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測(cè)量元件的輸入信號(hào)是該控制系統(tǒng)的：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

輸入信號(hào)

(B)

輸出信號(hào)

(C)

偏差信號(hào)

(D)

反饋信號(hào)B4.

自動(dòng)控制系統(tǒng)按輸入特征分類，可分為:

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

恒值系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)

(B)

線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)

(C)

連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)

(D)

單輸入單輸出系統(tǒng)和多輸入多輸出系統(tǒng)A三、主觀題(共4道小題)5.

對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求主要包括

穩(wěn)

、

準(zhǔn)

和

快

。6.

自動(dòng)控制系統(tǒng)的偏差是指系統(tǒng)的

輸入量（輸入信號(hào)）

和

反饋量（反饋信號(hào)）

的差值。

簡(jiǎn)述反饋控制系統(tǒng)的工作原理。反饋控制系統(tǒng)的工作原理是：反饋控制系統(tǒng)利用反饋將系統(tǒng)的輸出量通過(guò)測(cè)量元件返回到輸入端，與給定輸入相比較得到偏差信號(hào)。偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)控制器產(chǎn)生控制作用，控制作用使得偏差減少或消除，保證系統(tǒng)的輸出量按給定輸入的要求變化。8.

直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如下圖，簡(jiǎn)述其工作原理，并說(shuō)明系統(tǒng)中的輸入量、輸出量、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量元件以及該系統(tǒng)采用何種控制方式？工作原理：輸入端輸入期望的轉(zhuǎn)臺(tái)速度（實(shí)際上是設(shè)置一定的電壓），實(shí)際的轉(zhuǎn)臺(tái)速度通過(guò)轉(zhuǎn)速計(jì)（測(cè)量元件）轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速成比例的電壓信號(hào)返回輸入端與設(shè)置的電壓相比較。若存在偏差電壓，則該電壓經(jīng)直流放大器放大后，送入直流電機(jī)中，使直流電機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的速度朝偏差減小的方向變化，從而使轉(zhuǎn)臺(tái)速度盡快恢復(fù)到期望值。輸入量：轉(zhuǎn)臺(tái)期望的轉(zhuǎn)速輸出量：轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)際的轉(zhuǎn)速測(cè)量元件：轉(zhuǎn)速計(jì)控制器：直流放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)：直流電機(jī)被控對(duì)象：轉(zhuǎn)臺(tái)該轉(zhuǎn)臺(tái)速度控制系統(tǒng)采用了反饋(閉環(huán))控制方式。自動(dòng)控制原理A第2次作業(yè)一、不定項(xiàng)選擇題(有不定個(gè)選項(xiàng)正確，共4道小題)1.

在經(jīng)典控制理論中，常用的數(shù)學(xué)模型包括：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

微分方程

(B)

傳遞函數(shù)

(C)

結(jié)構(gòu)圖

(D)

頻率特性函數(shù)ABCD2.

下列對(duì)傳遞函數(shù)描述正確的是：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

它是頻率域中的數(shù)學(xué)模型，包含了系統(tǒng)有關(guān)動(dòng)態(tài)性能的信息。

(B)

它是在零初始條件下得到的。

(C)

它反映了輸入量與輸出量之間的關(guān)系。

(D)

物理結(jié)構(gòu)不同的系統(tǒng)，可能有相同的傳遞函數(shù)。ABCD3.

在經(jīng)典控制理論中，采用的頻域數(shù)學(xué)模型為：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

微分方程

(B)

傳遞函數(shù)

(C)

結(jié)構(gòu)圖

(D)

頻率特性函數(shù)D4.

控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)取決于：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

輸入信號(hào)

(B)

輸出信號(hào)

(C)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

(D)

擾動(dòng)信號(hào)C三、主觀題(共5道小題)5.

線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義為：

在零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變化之比

。6.

若某反饋控制系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)為G(s)，反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s)，則其開環(huán)傳遞函數(shù)為

G(s)H(s)

。7.

系統(tǒng)的方框圖如下圖所示，計(jì)算傳遞函數(shù)Y(s)/R(s)。8.

假設(shè)下圖中所示的運(yùn)算放大器是理想的，各個(gè)參數(shù)取值為C=1F，R1=167kΩ，R2=240kΩ，R3=1kΩ，

R4=100kΩ，試計(jì)算運(yùn)算放大器電路的傳遞函數(shù)G(s)=Vo(s)/V(s)。

9.

假設(shè)以下兩個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)分別為：

試寫出上述系統(tǒng)的微分方程（初始條件為零）。自動(dòng)控制原理A第3次作業(yè)一、不定項(xiàng)選擇題(有不定個(gè)選項(xiàng)正確，共4道小題)1.

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇情況，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程可以表現(xiàn)為：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

衰減

(B)

發(fā)散

(C)

等幅振蕩

(D)

保持ABC2.

可以降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法有：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

增大系統(tǒng)開環(huán)總增益

(B)

增加系統(tǒng)前向通路中積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)

(C)

降低系統(tǒng)開環(huán)總增益

(D)

減少系統(tǒng)前向通路中積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)AB3.

若某控制系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的根為-2，-5和-1±j5，則該系統(tǒng)：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

臨界穩(wěn)定

(B)

穩(wěn)定

(C)

不穩(wěn)定

(D)

不能判斷其穩(wěn)定性B4.

某控制系統(tǒng)為1型系統(tǒng)，當(dāng)輸入為單位斜坡信號(hào)時(shí)，其輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

不能確定

(B)

零

(C)

常數(shù)

(D)

無(wú)窮大C三、主觀題(共7道小題)5.

單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算公式為

。6.

線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是，系統(tǒng)的所有

特征根(閉環(huán)極點(diǎn))

都具有負(fù)實(shí)部,即都位于S平面的左半部。

某負(fù)反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gc(s)=9/(s2+3s+9)，則系統(tǒng)的無(wú)阻尼自然頻率為

，阻尼比為

，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間為

。3rad/s

0.5

2.33s

若某單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是G(s)=100/[s2(0.1s+1)]，則該系統(tǒng)為

型系統(tǒng)，其靜態(tài)位置誤差系數(shù)Kp=

。2

無(wú)窮大9.

設(shè)某控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖E1.1所示，試計(jì)算該系統(tǒng)的暫態(tài)性能：

超調(diào)量σ%，峰值時(shí)間Tp，上升時(shí)間

Tr和調(diào)整時(shí)間Ts。10.

單位反饋系統(tǒng)如圖E2所示，受控對(duì)象傳遞函數(shù)為：試確定系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)和斜坡響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差。11.

某系統(tǒng)的特征方程為

試確定使該系統(tǒng)穩(wěn)定的K

的取值范圍。自動(dòng)控制原理A第4次作業(yè)一、不定項(xiàng)選擇題(有不定個(gè)選項(xiàng)正確，共4道小題)1.

以下關(guān)于控制系統(tǒng)根軌跡法描述正確的是：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

根軌跡法是求解閉環(huán)系統(tǒng)特征方程根的一種圖式法。

(B)

在已知系統(tǒng)開環(huán)零、極點(diǎn)在s平面分布的情況下，繪制系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)在s平面隨某一參數(shù)變化時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

(C)

繪制根軌跡時(shí)，凡是滿足幅值條件的點(diǎn)都在根軌跡上。

(D)

根軌跡起始于系統(tǒng)開環(huán)極點(diǎn)終止于系統(tǒng)開環(huán)零點(diǎn)。ABD2.

以下關(guān)于控制系統(tǒng)根軌跡法描述錯(cuò)誤的是：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

根軌跡法的分支數(shù)與開環(huán)有限零點(diǎn)數(shù)m和開環(huán)有限極點(diǎn)數(shù)n中的大者相等。

(B)

當(dāng)開環(huán)有限零點(diǎn)數(shù)m小于開環(huán)有限極點(diǎn)數(shù)n時(shí)，有n-m條根軌跡分支終止于無(wú)窮遠(yuǎn)處。

(C)

實(shí)軸上某區(qū)域，若其右側(cè)開環(huán)實(shí)數(shù)零、極點(diǎn)個(gè)數(shù)之和為偶數(shù)，則該區(qū)域具有根軌跡。

(D)

一部分根軌跡分支向右移動(dòng)則必定有一部分根軌跡分支向左移動(dòng)。C3.

下列系統(tǒng)中無(wú)論增益K*為何正值，系統(tǒng)均不穩(wěn)定的是：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

(B)

(C)

(D)

C4.

兩條或兩條以上的根軌跡分支在復(fù)平面上相遇又立即分開的點(diǎn)，稱為根軌跡的：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

與虛軸的交點(diǎn)

(B)

起始點(diǎn)

(C)

漸近線與實(shí)軸的交點(diǎn)

(D)

分離點(diǎn)D三、主觀題(共5道小題)5.

在控制系統(tǒng)中，除根軌跡增益K*以外，系統(tǒng)其它參數(shù)變化時(shí)的根軌跡稱為

廣義根軌跡

。6.

在根軌跡的條件方程中，

相角

條件是決定根軌跡的充分必要條件。

根軌跡是開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從

變化到

時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根在s平面上變化的

。零

無(wú)窮

軌跡8.

已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：(1)

確定實(shí)軸上的根軌跡；(2)

確定根軌跡的分離點(diǎn)；(3)

確定根軌跡的漸近線；(4)

求系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的K*值；(5)

在下圖中繪制系統(tǒng)的根軌跡。9.

某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：試求：(1)

實(shí)軸上的分離點(diǎn)和與該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的增益K；(2)

當(dāng)有兩個(gè)閉環(huán)特征根位于虛軸上時(shí)，系統(tǒng)的增益值和特征根；(3)

K=6時(shí)的閉環(huán)特征根；(4)

畫出根軌跡圖。自動(dòng)控制原理A第5次作業(yè)一、不定項(xiàng)選擇題(有不定個(gè)選項(xiàng)正確，共3道小題)1.

控制系統(tǒng)頻率特性的圖示表示方式有：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

根軌跡圖

(B)

Bode圖

(C)

Nyquist圖

(D)

信號(hào)流圖BC2.

如果已知一系統(tǒng)G(s)，p是開環(huán)極點(diǎn)在s右半平面的個(gè)數(shù)，當(dāng)從-∞變化到∞時(shí)，下列關(guān)于該系統(tǒng)奈奎斯特（Nyquist）曲線描述正確的是：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

奈奎斯特曲線不包圍(-1,j0)點(diǎn)，且p=0，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。

(B)

奈奎斯特曲線按逆時(shí)針?lè)较虬鼑?-1,j0)點(diǎn)p周，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。

(C)

奈奎斯特曲線按順時(shí)針?lè)较虬鼑?-1,j0)點(diǎn)p周，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。

(D)

奈奎斯特曲線按順時(shí)針?lè)较虬鼑?-1,j0)點(diǎn)p周，無(wú)論p為何值，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。ABD3.

在一階慣性環(huán)節(jié)的伯德圖中，當(dāng)ω→∞

時(shí)，其相位為：

[不選全或者選錯(cuò)，不算完成]

(A)

45°

(B)

-45°

(C)

90°

(D)

-90°D三、主觀題(共6道小題)4.

奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)是依據(jù)開環(huán)頻率特性來(lái)判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一種準(zhǔn)則，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是復(fù)變換數(shù)中的幅角原理。

開環(huán)頻率特性的幅值等于１所對(duì)應(yīng)得頻率稱為；在開環(huán)頻率特性的相角等于-180度的角頻率上，開環(huán)頻率特性的幅值的倒數(shù)稱為系統(tǒng)的。截止頻率（或幅穿頻率）

幅值裕度

根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，若N=-2，P=2，則Z=

，可判斷該系統(tǒng)為閉環(huán)

。N+P=0

穩(wěn)定7.

某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：試在下圖中繪制該系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線。8.

某條件穩(wěn)定的系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下圖所示。(1)

已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)在s右半平面上無(wú)極點(diǎn)，試判斷閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定；(2)

當(dāng)圖中圓點(diǎn)處表