自動控制原理 試卷及其答案 共3套

PAGE年月日第頁共頁第2頁共2頁考卷一第1頁共2頁考試時間：110分鐘考試形式：閉卷學生自帶普通計算器:允許一、單項選擇題（本大題共5小題，每小題2分，總計10分）1.下列性能中哪個不是自動控制系統(tǒng)的基本性能要求（）。A.準確性 B.穩(wěn)定性 C.平穩(wěn)性 D.快速性2.系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是其所有的（）在s平面左半平面。A.閉環(huán)極點 B.開環(huán)極點 C.閉環(huán)零點 D.開環(huán)零點3.用頻域法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是（）。A.脈沖信號 B.斜坡信號 C.階躍信號 D.正弦信號4.下列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；B、在積分環(huán)節(jié)外加單位負反饋；C、增加開環(huán)零點；D、引入串聯(lián)超前校正裝置。5.當采樣頻率和最高次諧波角頻率滿足（）時，采樣信號可無失真地恢復原信號。A. B. C. D.二、判斷題（本大題共5小題，每小題2分，總計10分）1.當時，二階系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)。 （）2.根軌跡畫得是系統(tǒng)閉環(huán)極點的軌跡。 （）3.奈奎斯特圖又稱對數(shù)頻率特性曲線。 （）4.最小相位系統(tǒng)在s右半平面既沒有閉環(huán)零點也沒有閉環(huán)極點。 （）5.離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是其所有的開環(huán)極點都在單位圓內(nèi)。 （）三、（25分）已知系統(tǒng)的結構圖如下圖所示（1）求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；（2）當，，，，時，求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，并判斷其穩(wěn)定性。四、（15分）已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，繪制系統(tǒng)的根軌跡。五、（25分）某控制系統(tǒng)及其串聯(lián)校正裝置的對數(shù)幅頻特性如圖中所示和所示。（1）求控制系統(tǒng)、校正裝置、校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）繪制校正后系統(tǒng)的伯德圖；六、（15分）某離散系統(tǒng)結構如圖所示，采樣周期T=0.1s，（1）求系統(tǒng)的開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)和閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)；（2）判斷K=10時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。附：常見z變換，

一、（10分）答案（本大題共5小題，每小題2分，答錯、不答、多答均不得分）1.C2.A3.D4.A5.D二、（10分）答案（本大題共5小題，每小題2分，答錯、不答均不得分）1.X2.√3.X4.X5.X三、（25分）答案（根據(jù)答題要點給分，答對給相應分數(shù)，不答或答錯不給分）（1）采用梅遜公式求解：圖中有2條前向通路，2個回路。P1=G1G2G3，Δ1=1 P2=G4，Δ2=1+G1G2H1+Δ=1+G1G2H1+G2G3H2 Φ(s)=G1G2G3+G4+G或采用等效變換法求解： (2分) (4分) (4分)得到傳遞函數(shù)為Φ(s)=G1G（2）將G1=1s+1，G2=1Φ(s)=s3+2s2+4s+4s3+3s2+4s+3 根據(jù)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)分母的系數(shù)，列勞斯表s勞斯表第一列未發(fā)生變號，系統(tǒng)穩(wěn)定。 (5分)四、（15分）答案（根據(jù)答題要點給分，答對給相應分數(shù)，不答或答錯不給分）（1）n=3,m=0,有3條根軌跡分支，終止于無窮遠處 （2分）（2）實軸上的根軌跡段為(-∞,-10],[-8,0] （3）漸近線σa=-5-83=-4.33（4）分離點A'B-AB'=0?（5）系統(tǒng)特征方程D(s)=s求得K=520,ω=±210j （5分）五、（25分）答案（根據(jù)答題要點給分，答對給相應分數(shù)，不答或答錯不給分）（1）根據(jù)圖示，寫出控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G0(s)=10s(0.1s+1) 校正裝置為Gc(s)=s+110s+1 因此求得校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G'(s)=10(s+1)s(0.1s+1)(10s+1) （2）求出校正后系統(tǒng)的轉折頻率一階微分環(huán)節(jié)ω1=1rad/s，一階慣性環(huán)節(jié)ω2=0.1rad/s，ω3當ω=1rad/s時，L(ω)=20lgK=20dB 相角從-90°繪制出系統(tǒng)的伯德圖為 (5分) (3分)六（15分）答案（根據(jù)答題要點給分，答對給相應分數(shù)，不答或答錯不給分）G(z)=ZKsZ10.1s+1=Φ(z)=G(z)1+G(z)=Kz2(1+10K)z2（3）Δ(z)=101z2-1.368z+0.368，解得z試卷2考試時間：110分鐘考試形式：閉卷學生自帶普通計算器:允許一、單項選擇題（本大題共5小題，每小題2分，總計10分）1、采用負反饋形式連接后，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、需要調整系統(tǒng)的結構參數(shù)，才能改善系統(tǒng)性能。2、若某串聯(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3、系統(tǒng)特征方程為，則系統(tǒng)()A、穩(wěn)定；B、單位階躍響應曲線為單調指數(shù)上升；C、臨界穩(wěn)定；D、右半平面閉環(huán)極點數(shù)。4、系統(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.下列系統(tǒng)中（）系統(tǒng)穩(wěn)定。A. B. C. D.二、判斷題（本大題共5小題，每小題2分，總計10分）1、反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。（

）2、輸出信號與輸入信號的相位差隨頻率變化的關系是幅頻特性。（

）3、如果典型二階系統(tǒng)的單位階躍響應為減幅振蕩(又稱阻尼振蕩)，則其阻尼比ξ≥1。（）4、G(s)=

1/[(s+1)(s+2)(s+3)(s+4)]環(huán)節(jié)的對數(shù)相頻特性的高頻漸近線斜率為

-80dB。（）5、某自控系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=1/[(s+1)(s+2)]

，則此系統(tǒng)為不穩(wěn)定系統(tǒng)。（）三、（20分）設圖（a）所示系統(tǒng)的單位階躍響應如圖（b）所示。試確定系統(tǒng)參數(shù)和。四、（15分）已知系統(tǒng)特征方程式為繪制該系統(tǒng)的根軌跡（10分）確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍（5分）五、（25分）某最小相角系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖所示。要求:寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；（5分）計算相角裕度，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（10分）將其對數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程，試討論對系統(tǒng)性能的影響。（5分）畫出該系統(tǒng)的相頻特性。（5分）六、（20分）已知某采樣系統(tǒng)結構圖如圖所示，（1）寫出系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)表達式。（5分）（2）若，，K＝5時，試判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。（10分）（3），若系統(tǒng)輸入為，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。（10分）附：常見z變換，

單項選擇題（本大題共10小題，每小題1分，共10分）1、D2、B3、C4、A5、D判斷正誤題（本大題共10小題，每小題1分，共10分）1、√2、x3、x4、√5、x三、（20分）閉環(huán)傳函為（5分）由系統(tǒng)階躍響應曲線有（6分）聯(lián)立求解得（3分）-2jωσ-2jωσ0-10-4-0.9j4.5-j4.5所以（4分）四、（15分）1.（以下每步驟1分，圖5分）（1）、（2）實軸上根軌跡為[－∞，－10]和[－2，0]段（3）漸近線（4）分離點：由可解出（舍去）（5）與虛軸交點，，解出2、系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)時K>240（5分）五、（25分）解（1）可以寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下：（5分）（2）系統(tǒng)的開環(huán)相頻特性為截止頻率；相角裕度（5分）故系統(tǒng)穩(wěn)定（5分）。（3）系統(tǒng)穩(wěn)定性不變（3分）；調節(jié)時間縮短，動態(tài)響應加快。（2分）（4）相頻特性，圖略。以低頻、高頻漸近線各1分，趨勢3分。五、（20分）（1）用簡易計算法，對應連續(xù)系統(tǒng)輸出為，（1分）離散化后得（2分）所以脈沖傳遞函數(shù)為（2分）（2）（5分）解得特征根：。（2分）因為（2分），所以系統(tǒng)穩(wěn)定。（1分）（3）；（1分）；（1分）,（3分）試卷3考試時間：110分鐘考試形式：閉卷學生自帶普通計算器:允許一、單項選擇題（本大題共5小題，每小題2分，總計10分）1.下列性能中哪個不是自動控制系統(tǒng)的基本性能要求（）。A.準確性 B.穩(wěn)定性 C.平穩(wěn)性 D.快速性2.系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是其所有的（）在s平面左半平面。A.閉環(huán)極點 B.開環(huán)極點 C.閉環(huán)零點 D.開環(huán)零點3.用頻域法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是（）。A.脈沖信號 B.斜坡信號 C.階躍信號 D.正弦信號4.下列系統(tǒng)中（）系統(tǒng)穩(wěn)定。A. B. C. D.5.當采樣頻率ωs和最高次諧波角頻率ωmax滿足（A.ωs≤ωmax B.ωs≤2ω二、判斷題（本大題共5小題，每小題2分，總計10分）1.當ξ=0時，二階系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)。 （）2.根軌跡畫得是系統(tǒng)閉環(huán)極點的軌跡。 （）3.奈奎斯特圖又稱對數(shù)頻率特性曲線。 （）4.最小相位系統(tǒng)在s右半平面既沒有閉環(huán)零點也沒有閉環(huán)極點。 （）5.離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是其所有的開環(huán)極點都在單位圓內(nèi)。 （）三、（25分）已知系統(tǒng)的結構圖如下圖所示（1）求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；（2）當G1=1s+1，G2=1s，G3四、（15分）已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=Ks(s+5)(s+8)，五、（25分）某控制系統(tǒng)G0(s)及其串聯(lián)校正裝置Gc(s)的對數(shù)幅頻特性如圖中（1）求控制系統(tǒng)、校正裝置、校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）繪制校正后系統(tǒng)的伯德圖；六、（15分）某離散系統(tǒng)結構如圖所示，采樣周期T=0.1s，（1）求系統(tǒng)的開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)和閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)；（2）判斷K=10時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。附：常見z變換Z(1s

一、（10分）答案（本大題共5小題，每小題2分，答錯、不答、多答均不得分）1.C2.A3.D4.D5.D二、（10分）答案（本大題共5小題，每小題2分，答錯、不答均不得分）1.X2.√3.X4.X5.X三、（25分）答案（根據(jù)答題要點給分，答對給相應分數(shù)，不答或答錯不給分）（1）采用梅遜公式求解：圖中有2條前向通路，2個回路。P1=G1G2G3，Δ1=1 P2=G4，Δ2=1+G1G2H1+Δ=1+G1G2H1+G2G3H2 Φ(s)=G1G2G3+G4+G或采用等效變換法求解： (2分) (4分) (4分)得到傳遞函數(shù)為Φ(s)=G1G（2）將G1=1s+1，G2=1Φ(s)=s3+2s2+4s+4s3+3s2+4s+3 根據(jù)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)分母的系數(shù)，列勞斯表s勞斯表第一列未發(fā)生變號，系統(tǒng)穩(wěn)定。 (5分)四、（15分）答案（根據(jù)答題要點給分，答對給相應分數(shù)，不答或答錯不給分）（1）n=3,m=0,有3條根軌跡分支，終止于無窮遠處 （2分）（2）實軸上的根軌跡段為(-∞,-10],[-8,0] （3）漸近線σa=-5-83=-4.33（4）分離點A'B-AB'=0?（5）系統(tǒng)特征方程D(s)=s求得K=520,ω=±210j （5分）五、（25分）答案（根據(jù)答題要點給分，答對給相應分數(shù)，不答或答錯不給分）（1）根據(jù)圖示，寫出控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G0(s)=10s(0.1s+1) 校正裝置為Gc(s)=s+110s+1 因此求得校正后系統(tǒng)的開