自动控制原理试卷、习题及答案2套

第1页共32页答案参见我的新浪博客：自动控制(A)试卷一、系统结构如图所示，u1为输入，u2为输出，试求1．求网络的传递函数G(s)=U1(s)/U2(s)2．讨论元件R1，R2，C1，C2参数的选择对系统的稳定性是否有影响。（15分）2R1R1C2C1U2U1i2i二、图示系统，试求，（1）当输入r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差ess;（2）当输入r(t)=1(t)，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差ess;（3）若要减小稳态误差，则应如何调整K1，K2？（15分）)(sC)(sE)(sR122sTK1sTK11)(sN三．已知单位负反馈系统的开环传递函数为.)())(()(1Tss1s12sKsG2试确定当闭环系统稳定时，T，K应满足的条件。（15分）四、已知系统的结构图如图所示，)(sC)(sE)(sR).(12501ssK1501s.第2页共32页答案参见我的新浪博客：（1）画出当0:K变化时，系统的根轨迹图；（2）用根轨迹法确定，使系统具有阻尼比50.时，K的取值及闭环极点（共轭复根）。（15分）五、已知最小相位系统的对数幅频特性渐近特性曲线，-20db/dec-40db/dec-20db/dec-40db/decL(w)/dbW0.250.5122.51.试求系统的开环传递函数G（s）;2.求出系统的相角裕量;3．判断闭环系统的稳定性。（15分）六、设单位反馈系统的开环传递函数如下，2s158s)()(sHsG1.试画出系统的乃奎斯特曲线;2.用乃氏判据判断系统的稳定性（15分）七、已知单位反馈系统的开环传递函数为1)s(2s4G)(s使设计一串联滞后校正装置，使系统的相角裕量040，幅值裕量10dbKg，并保持原有的开环增益值。（10分）第3页共32页答案参见我的新浪博客：自动控制理论B一．试求图示系统的输出z变换C(z).（20分）)s(G1)s(G4)s(G3)s(G2_)s(C)s(R__)s(R)s(C)s(G3TTTTT(a)(b))s(G5T)s(G2)s(G1)s(G4(a)二.闭环离散系统如图所示，其中采样周期T=1s，（20分）_)s(R)s(CT)1(ssKsesT11．试求系统的开环脉冲传递函数G(z);2．求系统的闭环脉冲传递函数)z(；3．确定闭环系统稳定时K的取值范围。（注：T22ezz)s1(Z,1zTz)s1(Z,1zz)s1(Z）三.设单位反馈线性离散系统如图所示，其中T＝1秒，试求取在等速度输入信号r(t)=1作用下，能使给定系统成为最少拍系统的数字控制器的第4页共32页答案参见我的新浪博客：脉冲传递函数D(z)。(20分)_)s(R)s(CTTse-1-Ts)1s(s10)z(D零阶保持器四.设非线性系统如图所示，(20分)_)t(r)t(cex-11112s1.试用解析法在)c(c平面绘制起始于2(0)c0,c(0)的相轨迹；2.求出相轨迹与坐标轴交点的值；3．说明系统奇点的类型。五.非线性系统如图所示，（20分）_)t(r)t(c2)1)(ss(s5e11-1．试用描述函数法分析非线性系统的稳定性；2．若存在自持振荡，求振荡频率和振幅。（注：非线性环节的描述函数A45.0)A(N）第5页共32页答案参见我的新浪博客：习题1-1试列举几个日常生中的开环控制及闭环控制系统，并说明其工作原理。1-2仓库大门自动控制系统的原理如图所示，试说明其工作原理。1-3图示为一水箱自动控制系统，试说明其工作原理。1-4家用电器中，洗衣机是开环控制还是闭环控制？一般的电冰箱是何种控制？1-5图示为一压力控制系统，试说明其工作原理，并画出系统的结构图。水习题1-3图习题1-2图放大电机开门开关关门开关习题1-5图放大油空气喷油嘴炉膛压力测量挡板烟囱执行元件第6页共32页答案参见我的新浪博客：习题2-1试求图示电路的微分方程和传递函数。2-2移恒速控制系统的原理图如图所示，给定电压ur为输入量，电动机的转速ω为输出量，试绘制系统的方框图，并求系统的传递函数)()(,)()(sMssUsLr。（ML为负载转矩，J为电动机的转动惯量，f为粘性摩擦系数，Ra和La分别为电枢回路的总电阻和总电感，Kf为测速发动机的反馈系数）。2-3图示电路，二极管是一个非线性元件，其电流di和电压du之间的关系为)1(10026.0/6dudei，假设系统工作在u0=2.39V，i0=2.19×10-3A平衡点，试求在工作点（u0,i0）附近di＝f(du)的线性化方程。2-4试求图示网络的传递函数，并讨论负载效应问题。题2-4图题2-1图题2-2图题2-3图第7页共32页答案参见我的新浪博客：求图示运算放大器构成的网络的传递函数。2-6已知系统方框图如图所示，试根据方框图简化规则，求闭环传递函数。2-7分别求图示系统的传递函数)()(11sRsC、)()(12sRsC、)()(21sRsC、)()(22sRsC2-8绘出图示系统的信号流图，并求传递函数)(/)()(sRsCsG题2-6图题2-5图第8页共32页答案参见我的新浪博客：试绘出图示系统的信号流图，求系统输出C(s)。2-10求图示系统的传递函数C(s)/R(s)。2-11已知单位负反馈系统的开环传递函数]4)4)[(1(234)(2223sssssssG1.试用MATLAB求取系统的闭环模型；2.试用MATLAB求取系统的开环模和闭环零极点。2-12如图所示系统1.试用MATLAB化简结构图，并计算系统的闭环传递函数；2.利用pzmap函数绘制闭环传递函数的零极点图。题2-7图题2-8图题2-9图题2-10图第9页共32页答案参见我的新浪博客：sss14232ss11s2ss21s20+-+-+R(s)C(s)习题3–1已知系统在零初始条件下的脉冲响应函数如图所示，求其传递函数。3–2系统在)(1)(1)(ttttr作用下，系统响应为tettc109.0)(，试求系统的传递函数。3–3设单位反馈的开环传递函数)2(4)(sssG试求系统的单位阶跃响应和各项性能指标。3–4设单位反馈二阶系统的单位阶跃响应如图所示。试确定系统的开环传递函数。3–5单位反馈控制系统的开环传递函数如下，试求系统的静态位置、速度、加速度误差系数。（1）)5.01)(21)(1.01(50)(ssssG(2))2004()(2sssKsG(3))102)(1()21()(22sssssKsG(4))22)(4()1(7)(2ssssssG3–6图示系统传递函数为题2-12图题3-1图题3-4图题3-6图第10页共32页答案参见我的新浪博客：11101110)()(1)()()()(误差e定义为r–c，且系统稳定，试确定系统在阶跃信号作用下稳态误差为零的充分条件。求出系统在等加速度信号作用下稳态误差为零时)()(sRsC的形式。3–7系统结构如图（a）所示，试计算在单位斜坡输入信号下的稳态误差，如果在输入端加入一比例微分环节如图（b），试证明适当选择参数a后，系统跟踪斜坡输入的稳态误差可以消除。3–8单位反馈控制系统，要求（1）由单位阶跃函数输入引起的系统稳态误差为零；（2）整个系统的特征方程为046423sss，求满足上述条件的三阶开环传递函数)(sG。3–9单位反馈控制的三阶系统，其开环传递函数)(sG，如要求（1）由单位斜坡函数输入引起的稳态误差为0.5；（2）三阶系数的一对主导极点为212,1js，求同时满足上述条件的开环传递函数)(sG。3–10系统结构图如图所示，试求当0时，系统的和n之值，如要求=0.7，试确定参数。3–11设单位反馈系统的开环传递函数如下，试确定系统稳定时K的取值范围。（1）)12.0)(1()(sssKsG(b)(a)题3-7图题3-10图第11页共32页答案参见我的新浪博客：（2）)11.0()(2SSKSG(3))15.0)(1()(sssKsG(4))1)(1()12.0()(ssssKsG3–12单位反馈系统的开环传递函数为)12.0)(11.0()(sssKsG试求：（1）系统稳态时K的取值；（2）闭环极点均位于1s垂线的左边，此时K应取何值。3–13已知单位反馈系统的开环传递函数为)12.0)(1()1()(ssssKsG试确定系统参数K和使系统稳定的区域。3–14单位反馈控制系统的开环传递函数为128.0)1()(23ssssKsG试确定系统临界增益K之值及响应的振荡频率。3—15一复合控制系统如图所示，其中)(sGr为给定信号的前馈装置特性，)(sGn为扰动前馈装置特性，欲使输出)(sC与扰动)(sN无关，并且输出完全复现输入信号)(sR，试确定)(sGr和)(sGn的表达式。3—16设有一系统其闭环传递函数为题3-15图第12页共32页答案参见我的新浪博客：))(()()()(ddjsjssKsRsC假设2,1d，试用MATLAB求系统的单位脉冲响应3—17对于典型二阶系统2222)()(nnnsssRsC考虑1n时，分别为0.1，0.3，0.5，0.7，和1。试用MATLAB求出系统单位阶跃响应，并在图上求出各项性能指标%,,,PsPrMttt3—18试利用MATLAB求下列系统的单位斜坡响应2121210115.0015.01xxYUxxxx习题4-1已知系统的开环传递函数如下，试绘制系统参数0：K时，系统的根轨迹图，对特殊点要加以简单说明。)204)(4()()()2()2)(1()4()()()1(2ssssKsHsGssssKsHsG4-2已知系统的开环传递函数为)1()3)(2()()(ssssKsHsG1．试绘制系统参数0：K时，系统的根轨迹图，求取分离点和会合点；2．试证明系统的根轨迹为圆的一部分。4-3已知系统的开环传递函数为)3)(1()()(sssKsHsG1．试绘制