自动控制原理试题4答案与试题

自动控制原理模拟试题4一、填空题（每空1分，共15分）1、对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面，即：、和，其中最基本的要求是。2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()Gs，则该系统的开环传递函数为。3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有、等。4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采用、、等方法。5、设系统的开环传递函数为12(1)(1)KsTsTs，则其开环幅频特性为，相频特性为。6、PID控制器的输入－输出关系的时域表达式是，其相应的传递函数为。7、最小相位系统是指。二、选择题（每题2分，共20分）1、关于奈氏判据及其辅助函数F(s)=1+G(s)H(s)，错误的说法是()A、F(s)的零点就是开环传递函数的极点B、F(s)的极点就是开环传递函数的极点C、F(s)的零点数与极点数相同D、F(s)的零点就是闭环传递函数的极点2、已知负反馈系统的开环传递函数为221()6100sGsss，则该系统的闭环特征方程为()。A、261000ssB、2(6100)(21)0sssC、2610010ssD、与是否为单位反馈系统有关3、一阶系统的闭环极点越靠近S平面原点，则()。A、准确度越高B、准确度越低C、响应速度越快D、响应速度越慢4、已知系统的开环传递函数为100(0.11)(5)ss，则该系统的开环增益为()。A、100B、1000C、20D、不能确定5、若两个系统的根轨迹相同，则有相同的：A、闭环零点和极点B、开环零点C、闭环极点D、阶跃响应6、下列串联校正装置的传递函数中，能在1c处提供最大相位超前角的是()。A、1011ssB、1010.11ssC、210.51ssD、0.11101ss7、关于PI控制器作用，下列观点正确的有()A、可使系统开环传函的型别提高，消除或减小稳态误差；B、积分部分主要是用来改善系统动态性能的；C、比例系数无论正负、大小如何变化，都不会影响系统稳定性；D、只要应用PI控制规律，系统的稳态误差就为零。8、关于线性系统稳定性的判定，下列观点正确的是()。A、线性系统稳定的充分必要条件是：系统闭环特征方程的各项系数都为正数；B、无论是开环极点或是闭环极点处于右半S平面，系统不稳定；C、如果系统闭环系统特征方程某项系数为负数，系统不稳定；D、当系统的相角裕度大于零，幅值裕度大于1时，系统不稳定。9、关于系统频域校正，下列观点错误的是()A、一个设计良好的系统，相角裕度应为45度左右；B、开环频率特性，在中频段对数幅频特性斜率应为20/dBdec；C、低频段，系统的开环增益主要由系统动态性能要求决定；D、利用超前网络进行串联校正，是利用超前网络的相角超前特性。10、已知单位反馈系统的开环传递函数为2210(21)()(6100)sGssss，当输入信号是2()22rttt时，系统的稳态误差是()A、0B、∞C、10D、20三、写出下图所示系统的传递函数()()CsRs（结构图化简，梅逊公式均可）。G1（S）G2（S）G3（S）H2（S）H3（S）H1（S）C（S）———R（S）四、(共15分)已知某单位反馈系统的闭环根轨迹图如下图所示1、写出该系统以根轨迹增益K*为变量的开环传递函数；（7分）2、求出分离点坐标，并写出该系统临界阻尼时的闭环传递函数。（8分）五、系统结构如下图所示，求系统的超调量%和调节时间st。（12分）六、已知最小相位系统的开环对数幅频特性0()L和串联校正装置的对数幅频特性()cL如下图所示，原系统的幅值穿越频率为24.3/crads：（共30分）12-2-121-1-2j××R(s)C(s)25(5)ss1、写出原系统的开环传递函数0()Gs,并求其相角裕度0，判断系统的稳定性；（10分）2、写出校正装置的传递函数()cGs；（5分）3、写出校正后的开环传递函数0()()cGsGs，画出校正后系统的开环对数幅频特性()GCL，并用劳斯判据判断系统的稳定性。（15分）自动控制原理模拟试题4答案一、填空题(每空1分，共15分)1、稳定性快速性准确性稳定性2、()Gs；0.010.11101000.322024.340-20dB/dec-20dB/dec-40dB/dec-60dB/decL()L0Lc3、微分方程传递函数（或结构图信号流图）（任意两个均可）4、劳思判据根轨迹奈奎斯特判据5、2212()()1()1KATT；01112()90()()tgTtgT6、0()()()()tpppiKdetmtKetetdtKTdt1()(1)CpiGsKsTs7、S右半平面不存在系统的开环极点及开环零点二、判断选择题(每题2分，共20分)1、A2、B3、D4、C5、C6、B7、A8、C9、C10、D三、(8分)写出下图所示系统的传递函数()()CsRs（结构图化简，梅逊公式均可）。解：传递函数G(s):根据梅逊公式1()()()niiiPCsGsRs（2分）3条回路:111()()LGsHs,222()()LGsHs，333()()LGsHs（1分）1对互不接触回路:131133()()()()LLGsHsGsHs（1分）3131122331133111()()()()()()()()()()iiLLLGsHsGsHsGsHsGsHsGsHs（2分）1条前向通道:11231()()(),1PGsGsGs（2分）123111122331133()()()()()()1()()()()()()()()()()GsGsGsPCsGsRsGsHsGsHsGsHsGsHsGsHs（2分）四、(共15分)1、写出该系统以根轨迹增益K*为变量的开环传递函数；（7分）2、求出分离点坐标，并写出该系统临界阻尼时的闭环传递函数。（8分）解：1、由图可以看出，系统有1个开环零点为：1（1分）；有2个开环极点为：0、-2（1分），而且为零度根轨迹。由此可得以根轨迹增益K*为变量的开环传函*(1)*(1)()(2)(2)KsKsGsssss（5分）2、求分离点坐标11112ddd，得120.732,2.732dd（2分）分别对应的根轨迹增益为**121.15,7.46KK（2分）分离点d1为临界阻尼点，d2为不稳定点。单位反馈系统在d1（临界阻尼点）对应的闭环传递函数为，2*(1)()*(1)1.15(1)(2)()*(1)1()(2)*(1)0.851.151(2)KsGsKsssssKsGsssKsssss（4分）五、求系统的超调量%和调节时间st。（12分）解：由图可得系统的开环传函为：25()(5)Gsss（2分）因为该系统为单位负反馈系统，则系统的闭环传递函数为，22225()255(5)()251()(5)25551(5)GssssGsssssss（2分）与二阶系统的标准形式222()2nnnsss比较，有22255nn（2分）解得0.55n（2分）所以22/10.5/10.5%16.3%ee（2分）331.20.55snts（2分）或441.60.55snts，3.53.51.40.55snts，4.54.51.80.55snts六、已知最小相位系统的开环对数幅频特性0()L和串联校正装置的对数幅频特性()cL如下图所示，原系统的幅值穿越频率为24.3/crads：（共30分）1、写出原系统的开环传递函数0()Gs,并求其相角裕度0，判断系统的稳定性；（10分）2、写出校正装置的传递函数()cGs；（5分）3、写出校正后的开环传递函数0()()cGsGs，画出校正后系统的开环对数幅频特性()GCL，并用劳思判据判断系统的稳定性。（15分）解：1、从开环波特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。故其开环传函应有以下形式012()11(1)(1)KGssss(2分)由图可知：1处的纵坐标为40dB,则(1)20lg40LK,得100K(2分)1210和=20故原系统的开环传函为0100100()11(0.11)(0.051)(1)(1)1020Gsssssss（2分）求原系统的相角裕度0：110()900.10.05stgtg由题知原系统的幅值穿越频率为24.3/crads110()900.10.05208ccctgtg（1分）00180()18020828c（1分）对最小相位系统0280不稳定2、从开环波特图可知，校正装置一个惯性环节、一个微分环节，为滞后校正装置。故其开环传函应有以下形式211111'3.12510.32()11100111'0.01csssGssss(5分)3、校正后的开环传递函数0()()cGsGs为01003.1251100(3.1251)()()(0.11)(0.051)1001(0.11)(0.051)(1001)cssGsGsssssssss(4分)用劳思判据判断系统的稳定性系统的闭环特征方程是432()(0.11)(0.051)(1001)100(3.1251)0.515.005100.15313.51000Dssssssssss（2分）构造劳斯表如下432100.5100.1510015.005313.5089.71000296.801000sssss首列均大于0，故校正后的系统稳定。（4分）画出校正后系统的开环对数幅频特性()GCL起始斜率:-20dB/dec(一个积分环节)（1分）转折频率:11/1000.01(惯性环节),21/3.1250.32(一阶微分环节),31/0.110(惯性环节),41/0.0520(惯性环节)（4分）0.010.111020L()0.3240-20-40-20-40-60