2019年《827自动控制原理》研究生入学考试试题

1姓名：　　　　　　　报考专业：　　　　　　　　　　　准考证号码：　　　　　　　　　　　　　　　密封线内不要写题2019年攻读硕士学位研究生入学考试试题科目名称：自动控制原理（█A卷□B卷）科目代码：827考试时间：3小时满分150分可使用的常用工具：□无█计算器□直尺□圆规（请在使用工具前打√）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、简答题（共5小题，每小题6分，共30分）1、对自动控制系统的基本要求是。2、线性离散控制系统稳定的充分必要条件是。3、函数的拉氏变换和变换分别为。1()atetz4、某线性定常系统的单位脉冲响应为，则该系统1.25()0.0125tgte闭环传递函数为。5、串联超前校正和滞后校正的主要特点分别是。二、分析题（15分）简述空调器是如何自动调节室内温度？画出空调器温度自动控制系统的方框图。三、（15分）试简化如图1所示系统方框图，并求系统的传递函数。()/()CsRs()Rs()Cs1()Gs2()Gs3()Gs图1四、（20分）已知某单位负反馈系统的开环传递函数为(),0(1)nkGss（1）分别确定当时使闭环系统稳定的值范围；（15分）2,3,4nk（2）解释上述计算结果。（5分）五、（30分）已知某控制系统如图2所示，定义，()()()etrtct()Rs()Cs-11ks21ks()Ns()Es++2图2（1）写出系统的输出表达式和误差表达式；（12分）()Cs()Es（2）当时，求系统的稳态误差；（6分）()0,()1()rtnttsse（3）当时，求系统的稳态误差；（6分）()1(),()1()rttnttsse（4）要减少稳态误差，应如何调整系统中的参数？（6分）sse六、（25分）已知线性最小相位系统开环对数幅频特性如图3所示，lg50.69891001520/dBdec40/dBdec60/dBdec()()LdBc20lg5图3（1）求开环传递函数；（7分）()Gs（2）求幅值穿越频率和开环相频特性；（6分）c)(c（3）求相位裕量并判断闭环系统的稳定性；（6分）)(c（4）求系统达到临界稳定时的开环放大系数。（6分）K七、（15分）求如图4所示线性离散系统的脉冲传递函数()/()CzRz或输出变换。z()Cz()Gs1()Hs2()Hs()Rs()CsTT()Xs()Xs()Cs()Es()EsT图432019年攻读硕士学位研究生入学考试试题（参考答案）科目名称：自动控制原理（█A卷□B卷）科目代码：827考试时间：3小时满分150分一、简答题（共5小题，每小题6分，共30分）：1、对自动控制系统的基本要求是。答：稳（稳定、平稳）、快（动态响应快）和准（稳态误差小）。2　线性离散控制系统稳定的充分必要条件是。答：离散系统闭环特征方程所有的特征根全部位于平面单位圆内部，即z1,1,2,izin3　函数的拉氏变换和变换分别为。1()atetz答：和11sas1aTzzzez4　某线性定常系统的单位脉冲响应为，则该系统闭环传递函1.25()0.0125tgte数为。答：0.01251.25s45　串联超前校正和滞后校正的主要特点分别是。答：串联超前校正利用相位超前特性，主要改善系统的动态特性；串联滞后校正利用高频衰减特性，主要改善系统的稳态性能。二、分析题（15分）简述空调器是如何自动调节室内温度？画出空调器温度自动控制系统的方框图。解答：空调器控制部分有一个温度自动调节系统，它主要由空调遥控器、温度调节器、制冷压缩电机、温度传感器等部分组成。以夏季调器运行工作过程为例，用户预先设定一个温度值，启动空调器后，温度传感器实时检测室内温度（通常高于预设温度），并与预设温度进行比较，根据温度偏差，通过温度调节器进行运算处理，并根据运算结果发出控制指令，控制制冷压缩电机运行时间长短，以使室内温度下降，当室内温度接近或等于预设温度时，电机停止工作。当电机停止工作后，室温会再次回升，类似地由温度传感器实时检测出温度变化，通过温度调节器运算处理后，发出控制指令，启动电机运行，直到室温回到预设温度为止。温控系统方框图如下：温度调节器-电机及制冷装置温度传感器预设温度房间实际温度　　试简化如图所示系统方框图，并求系统的传递函数（15分）()/()CsRs5()Rs()Cs1()Gs2()Gs3()Gs解答：12312313()()()()()1()()()()()GsGsGsCsRsGsGsGsGsGs　　（20分）已知某单位负反馈系统的开环传递函数为(),0(1)nkGss（1）分别确定当时使闭环系统稳定的值范围；（15分）2,3,4nk（2）解释上述计算结果。（5分）解答：系统的闭环特征方程为1()(1)0nGssk（1）当时，特征方程为2n222(1)210skssk稳定条件为0k当时，特征方程为3n33223310sssk3322232033133(1)31sskkssK稳定条件为，23310,33(1)(91)0kkk即18k当时，特征方程为4n44332246410ssssk64423322061445116451sksskkssk稳定条件为，10,1640kk即14k（2）上述计算结果表明，系统正向通道上串联的惯性环节越多，要保证闭环系统稳定，增益的允许范围就越小。k五、（30分）已知某控制系统如图所示，定义，()()()etrtct()Rs()Cs-11ks21ks()Ns()Es++　1　写出系统的输出表达式和误差表达式；（12分）()Cs()Es　2　当时，求系统的稳态误差；（6分）()0,()1()rtnttsse　3　当时，求系统的稳态误差；（6分）()1(),()1()rttnttsse　4　要减少稳态误差，应如何调整系统中的参数？（6分）sse解答：　1　系统输出为1221212(1)()()()(1)(1)(1)(1)kkksCsRsNssskksskk系统误差为21212(1)(1)(1)()()()()()(1)(1)(1)(1)ksssEsRsCsRsNssskksskk（2）当时，有1()0,()RsNss720012122012122201212(1)(1)(1)lim()lim()()(1)(1)(1)(1)lim()()111lim11ssssssksssesEssRsNssskksskksksRsNskkkkskkkkskk?（3）当时，有11(),()RsNsss201212220121212lim()()11111lim111ssssskseRsNskkkkskkskkskkskk（4）为减少稳态误差，应减小，同时增大，使。sse2k1k121kk?六、（25分）已知线性最小相位系统开环对数幅频特性如图所示，lg50.69891001520/dBdec40/dBdec60/dBdec()()LdBc20lg5（1）求开环传递函数；（7分）()Gs（2）求幅值穿越频率和开环相频特性；（6分）c)(c（3）求相位裕量并判断闭环系统的稳定性；（6分）)(c（4）求系统达到临界稳定时的开环放大系数。（6分）K解答：（1）由图可知，5kK5()(1)(1)(1)(1)1010KGsssSsSs8（2）由，得或，即()(1)40lglg1ccLLlg540lgc20lg51lglg5402c52.24c5()90arctanarctan90arctan5arctan1010168.5ccc（3），5()180()18090arctan5arctan11.510cc因，故闭环系统稳定。()0c（4）闭环特征方程为或1()10(1)(1)10KGssSs32(1)(0.11)0.11.10sssKsssK321110100sssK劳斯表321110111011101101110ssKKssK由可知。11101100K11K七、（15分）求如图所示线性离散系统的脉冲传递函数或输出变换()/()CzRzz。()Cz()Gs1()Hs2()Hs()Rs()CsTT()Xs()Xs()Cs()Es()EsT解答：由图可知，9****()()()()()()()()CsGsEsXsGsEsGsXs*2()()()()EsRsHsCs**1()()()()()XsHsGsEsXs离散化得*****()()()()()CsGsEsGsXs****2()()()()EsRsHsCs****1()()()()()XsHsGsEsXs取变换得z()()()()()CzGzEzGzXz2()()()()EzRzHzCz1()()()()XzHGzEzXz消去中间变量和，得()Ez()Xz12()()()1()()()CzGzRzGHzGzHz10