華南理工大學(xué)大二自動化專業(yè)自動控制原理試卷及答案3

《自動控制原理》試卷第2頁共4頁姓名學(xué)號姓名學(xué)號學(xué)院專業(yè)座位號(密封線內(nèi)不答題)……………………密………………封………線……線………_____________________…華南理工大學(xué)期中考試《自動控制原理》試卷A注意事項：1.考前請將密封線內(nèi)各項信息填寫清楚；2.所有答案請直接答在試卷上(或答題紙上)；3．考試形式：閉卷；4.本試卷共6大題，滿分100分， 考試時間150分鐘。題號一二三四五六總分得分評卷人一、（15分）位置控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示圖1其中為外部給定信號;功率放大器的輸入與電動機角速度的拉氏變換之比為:;電動機角速度與機械裝置在時刻的位移滿足下面關(guān)系;位置測量元件的輸出與機械裝置的位移滿足下面關(guān)系;測速電機的輸出與電動機角速度的關(guān)系如圖2所示(圖中直線斜率為)，測速電機輸出端電位器的觸點在電位器的中心點。圖2求出該系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù);畫出該系統(tǒng)的方框圖;若，，，和。求出系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的傳遞函數(shù)。二、（15分）某控制系統(tǒng)如圖3所示。:1)根據(jù)對閉環(huán)系統(tǒng)極點的影響說明增大對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；2)試分析增大對系統(tǒng)單位斜坡響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差ess的影響；3）利用伯特圖說明1）和2）中的結(jié)論。圖3圖3三、（15分）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示,1)試?yán)L從0→∞時根軌跡的近似圖形;2)為何值時系統(tǒng)的阻尼系數(shù)ξ小于0.707;3)當(dāng)時,增大會不會影響閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量?會不會影響過度過程時間?為什么?圖4（20分）反饋系統(tǒng)如圖5所示，是外部命令，是干擾信號，是系統(tǒng)輸出。當(dāng)外部命令；干擾信號時，當(dāng)時間趨向無窮大時，系統(tǒng)輸出是否會趨向零？在1）中的條件下，要求在穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)輸出在[-0.01,0.01]之中，應(yīng)該選取什么？說明理由。圖5五、（20分）系統(tǒng)如圖6所示圖6其中和是正實數(shù)。畫出該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的幅相頻率特性的草圖并由此判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在超前校正和滯后校正這兩種控制器設(shè)計方案中選擇一個適合該反饋系統(tǒng)的控制器設(shè)計方案，說明理由。六、（15分）反饋系統(tǒng)如圖7所示，圖7其中采樣開關(guān)的采樣周期為。1）求出參數(shù)的穩(wěn)定范圍；3）當(dāng)輸入信號為階躍信號時，求出該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

2005《自動控制原理》考題A答案一、1）第一個運算放大器的傳遞函數(shù)為；第二個運算放大器的傳遞函數(shù)為；功率放大器的輸入到電動機角速度的傳遞函數(shù)為:；電動機角速度到機械裝置位移的傳遞函數(shù)為:；電動機角速度到速度反饋信號的傳遞函數(shù)為:；機械裝置位移到位移反饋信號的傳遞函數(shù)為:。2）系統(tǒng)方框圖為3）該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為。二、1）增大時，系統(tǒng)的根軌跡逐漸向虛軸靠近，最后穿過虛軸進入復(fù)平面右半平面。從根軌跡可以看出：當(dāng)很小時，增大可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；但是大到一定值以后增大會減弱系統(tǒng)穩(wěn)定性。2）系統(tǒng)跟蹤單位斜坡的穩(wěn)態(tài)誤差為：增大會提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。3）系統(tǒng)開環(huán)伯特圖如圖所示（實線），當(dāng)增大變成虛線。由此可以看出當(dāng)增大系統(tǒng)系統(tǒng)低頻段增益增大，穩(wěn)態(tài)精度提高；穩(wěn)定裕量減小，穩(wěn)定性變差。三、1）系統(tǒng)根軌跡如圖2）根據(jù)根軌跡可知，阻尼系數(shù)等于0.707時，閉環(huán)系統(tǒng)的極點為,所以根據(jù)幅值條件有:。因此，當(dāng)時，該系統(tǒng)阻尼系數(shù)小于0.707。3）該系統(tǒng)是一個典型的二階系統(tǒng)。當(dāng)時，系統(tǒng)有一對共軛復(fù)極點。這時，系統(tǒng)過渡過程時間是由系統(tǒng)極點的實部決定的。從根軌跡圖可知，增大不會影響系統(tǒng)極點的實部，所以增大不會從根本上影響系統(tǒng)的過渡過程時間。四、1）由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖可知，從躁聲到系統(tǒng)輸出的傳遞函數(shù)為。當(dāng)，時，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出是一個正弦信號，不會趨于零。2）在上述情況下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出是為。若要求則。五、1）對任意，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的幅相頻率特性總在第二相限，如圖，因此，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的幅相頻率特性總是包圍兩圈，系統(tǒng)總是不穩(wěn)定。2）因為該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的相角總是小于，滯后校正裝置的相角總是負的，加上滯后校正裝置后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的相角也總是小于，所以滯后校正裝置不可能穩(wěn)定該系統(tǒng)。另一方面，超前校正裝置將產(chǎn)生正的相角，使得校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的相角大于，所以對于該系統(tǒng)來說，超前校正裝置是一個可行的選擇。六、1）連續(xù)對象的脈沖響應(yīng)為：。所以，離散化后的脈沖響應(yīng)傳遞函數(shù)為，相應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)傳遞函數(shù)為