自动控制原理试题及答案解析

WORD格式.分享精品.资料自动控制原理一、简答题：（合计20分,共4个小题，每题5分）1.如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。2.大多数情况下，为保证系统的稳定性，通常要求开环对数幅频特性曲线在穿越频率处的斜率为多少？为什么？3.简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。4.用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一个开环极点对系统根轨迹走向的影响。二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示，其中质量为m公斤，弹簧系数为k牛顿/米，阻尼器系数为牛顿秒/米，当物体受F=10牛顿的恒力作用时，其位移y(t)的的变化如图(b)所示。求m、k和的值。(合计20分)Fm)(tyk)(ty0.060.0803t图(a)图(b)三、已知一控制系统的结构图如下，（合计20分,共2个小题，每题10分）1）确定该系统在输入信号()1()rtt下的时域性能指标：超调量%，调节时间st和峰值时间pt；2）当()21(),()4sin3rttntt时，求系统的稳态误差。WORD格式.分享精品.资料四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示，c位于两个交接频率的几何中心。1）计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。2）计算超调量%和调节时间st。（合计20分,共2个小题，每题10分）[1%0.160.4(1)sin,21121.512.51sinsinsct]五、某火炮指挥系统结构如下图所示，()(0.21)(0.51)KGssss系统最大输出速度为2r/min，输出位置的容许误差小于2，求：1）确定满足上述指标的最小K值，计算该K值下的相位裕量和幅值裕量；2）前向通路中串联超前校正网络0.41()0.081csGss，试计算相位裕量。（合计20分,共2个小题，每题10分）L()/dB(rad/s)-40-20-40150-2020c14s82sR(s)N(s)C(s)WORD格式.分享精品.资料()Gs()Rs()Es()Cs自动控制原理模拟试题3答案答案一、简答题1．如果二阶控制系统阻尼比小，会影响时域指标中的超调量和频域指标中的相位裕量。根据超调量和相位裕量的计算公式可以得出结论。2．斜率为20/dB十倍频程。可以保证相位裕量在3060之间。3．114．WORD格式.分享精品.资料二、系统的微分方程为：()()()()mytytkytFtWORD格式.分享精品.资料系统的传递函数为：221()1()()YsmGskFsmsskssmm因此221110(()()mGYsFskmssksssmm利用拉普拉斯终值定理及图上的稳态值可得：002110()lim()lim0.06ssmysYssksssmm所以10/k=0.06，从而求得k=066.7N/m由系统得响应曲线可知，系统得超调量为0.02/0.0633.3%，由二阶系统性能指标的计算公式2/1100%33.3%e解得0.33由响应曲线得，峰值时间为3s，所以由231pnt解得1.109/nrads由系统特征方城22220nnkssssmm可知2nm2nkm所以22166.7135.51.109nkmkgWORD格式.分享精品.资料220.331.109135.599.2/(/)nmNmsWORD格式.分享精品.资料三、1）系统的开环传递函数为：288()(4)(2)68Gsssss系统的闭环传递函数为28()616Gsss比较二阶系统的标准形式222()2nnnGsss，可得4n而26n，所以0.7521.7951pnts2/1100%2.8%e31(5%)snts2）由题意知，该系统是个线性系统，满足叠加原理，故可以分别求取，()21()rtt和()4sin3ntt分别作用于系统时的稳态误差1ess和2ess，系统的稳态误差就等于12essessess。A）()21()rtt单独作用时，由系统的开环传递函数知，系统的开环增益1kK，所以系统对()21()rtt的稳态误差1ess为：11211kessKB）()4sin3ntt单独作用时，系统的方块图为14s82sN(s)C(s)WORD格式.分享精品.资料系统的闭环传递函数为：28(4)()616esWsss频率特性为：28(4)()616ejWjj当系统作用为()4sin3ntt时，3，所以28(34)3224(3)2.0763163718ejjWjjj2418(3)arctanarctan-0.5564327eWj系统的输出为：24(3)sin(3(3))8.56sin(30.5564)eeessWjtWjt所以系统的误差为：18.56sin(30.5564)esst四、解：1）开环传递函数2(1)()()(0.21)KsGsHsss152.236c20lg020(lg1lg)2.236ccKK因为是“II”型系统所以对阶跃信号、斜坡信号的稳态误差为0；而加速度误差系数为：2.236aKWORD格式.分享精品.资料因而对单位加速度信号稳态误差为1110.4472.236aessKK2）180()180180arctanarctan(0.2)41.81ccc所以1%0.160.4(1)36%sin21121.512.514.74sinsinscts五、解：1）系统为I型系统，2360/606(1/)2AKsess所以6()(1)(1)25Gssss可以求得3.5c3.53.5180()18090arctanarctan4.925cGj令Im()0Gj,得WORD格式.分享精品.资料1010.86()gghGj2）加入串联校正后，开环传递函数为2162.5()(1)(1)12512.5Gsssss求得4.8c4.84.84.84.8180()180arctan90arctanarctanarctan20.22.52512.5cGj单项选择题（16分）（扣分标准标准：一空一分）1．根据控制系统元件的特性，控制系统可分为（B）反馈控制系统和前馈控制系统线性控制系统和非线性控制系统定值控制系统和随动控制系统连续控制系统和离散控制系统2．系统的动态性能包括（C）A.稳定性、平稳性B．快速性、稳定性C．平稳性、快速性D．稳定性、准确性3．系统的传递函数（C）A．与输入信号有关B．与输出信号有关C．完全由系统的结构和参数决定WORD格式.分享精品.资料4．传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？（C）A.输入信号B．初始条件C．系统的结构参数D．输入信号和初始条件D．既由系统的结构和参数决定，也与输入信号有关5．设系统的传递函数为G（S）＝，则系统的阻尼比为（A）A．B．1C．D．6．一阶系统的阶跃响应（D）A．当时间常数T较大时有超调B．当时间常数T较小时有超调C．有超调D．无超调7．根轨迹上的点应满足的幅角条件为G(S)H(S)=（D）A．-1B．1C．（k=0,1,2…）D．(k=0,1,2,…).8．欲改善系统动态性能，一般采用（A）A．增加附加零点B．增加附加极点C．同时增加附加零、极点D．A、B、C均不行而用其它方法9．伯德图中的低频段反映了系统的（A）A．稳态性能B．动态性能C．抗高频干扰能力D．.以上都不是10．放大环节的频率特性相位移为（B）A．-180B．0C．90D．-9011.Ⅱ型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为（B）A．-60（dB/dec）B．-40（dB/dec）C．-20（dB/dec）D．0（dB/dec）12.常用的比例、积分与微分控制规律的另一种表示方法是（D）A．PIB．PDC．IDD．PID13．设有一单位反馈控制系统，其开环传递函数为，若要求相位裕量,最为合适的选择是采用（B）A．滞后校正B．超前校正C．滞后—超前校正D．超前—滞后校正14.已知离散控制系统结构图如下图1所示，则其输出采样信号的Z变换的表达式C（z）为（D）来自．BC．D．15.零阶保持器是采样系统的基本元件之一，其传递函数，由其频率特性可知，它是一个（B）A．高通滤波器B．低通滤波器C．带通滤波器D．带阻滤波器16.非线型系统的稳定性和动态性能与下列哪项因素有关？（D）A．输入信号B．初始条件WORD格式.分享精品.资料C．系统的结构、参数D．系统的结构参数和初始条件二、填空题（16分）（扣分标准：一空一分）1.线性控制系统有两个重要特性：叠加性和____齐次性（或均匀性）__________。2.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：____稳定性_________、___准确性_______和快速性。3.当二阶系统处于过阻尼状态时，其单位阶跃响应无超调。............1、建立如下系统的传递函数（其中U0是输出，Ui是输入）WORD格式.分享精品.资料2、方块图（2题）3、信号流图W1W2H1H2_+_XrXcW1W2H1H2__XrXcW3H2_WORD格式.分享精品.资料4、routh稳定判据（2题）1)2)设单位反馈系统的开环传递函数为)107.01)(33.01()(sssKsWk，要求闭环特征根的实部均小于-1，求K值应取的范围。5、稳态误差WORD格式.分享精品.资料设有单位反馈系统，如果其开环传递函数为：1）)15)(4(10)(ssssWk2）)15)(4()1.0(10)(2sssssWk求输入量为ttxr)(和2542)(tttxr时系统的稳态误差。6、动态误差7、根轨迹)121)(131()121()(2sssssKsWkk，画出根轨迹。)(180111miinjjsc6.26A8、判断稳定性21AWORD格式.分享精品.资料9、画出如下系统的Bode图1）)02.0(2.0)(ssssW2）)1)(1()1()(213sTsTssTKsW9、写出如下系统的开环传递函数WORD格式.分享精品.资料一、已知系统方框图如图所示，试计算传递函数)()(11sRsC、)()(12sRsC、)()(21sRsC、)()(22sRsC。（20分）二、某控制系统的方框图如图所示，欲保证阻尼比=0.7和响应单位斜坡函数的稳态误差为sse=0.25,试确定系统参数K、。(15分)三、设系统的开环传递函数为)1()()(2ssKsHsG画出根轨迹草图，判断系统的稳定性。（12分）四、设某系统的特征方程式为0161620128223456ssssss求其特征根，并判断系统的稳定性。（10分）五、已知最小相位系统Bode图的渐近幅频特性如图所示，求该系统的开环传递函数。（12WORD格式.分享精品.资料分）六、已知单位反馈系统的开环传递函数为)(sG=)11.0(200ss试设计串联校正环节，使系统的相角裕度不小于45，剪切频率不低于50srad/。（16分）七、设某非线性系统如图所示，试确定其自振荡的振幅和频率。（15分）一、解：求得传递函数如下：)()()()(1)()()(4321111sGsGsGsGsGsRsC