自动控制原理2011年06月试题及答案

1装订线华南农业大学期末考试试卷（A卷）2010-1011学年第2学期考试科目：自动控制原理考试类型：（闭卷）考试考试时间：120分钟学号姓名年级专业题号一二（1）二（2）二（3）二（4）二（5）二（6）二（7）二（8）二（9）总分得分评阅人可欣荣可欣荣可欣荣可欣荣可欣荣孔莲芳孔莲芳孔莲芳孔莲芳孔莲芳一、填空题（本大题共14小题，每空1分，共25分）1、自动控制是指在没有人参与的情况下，利用控制装置或控制器，使被控对象的某个工作状态或参数按照预定规律运行。2、自动控制系统的基本要求可以归结为稳、准和快。3、控制系统按照使用的数学方法来分类，可分为线性系统和非线性系统，其中线性系统满足叠加原理，它有两重含义，即具有叠加性和均匀性。4、系统的开环传递函数为)12()5.0(202ssss，则，该系统为I型系统，其开环增益为40。5、线性系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说，闭环传递函数的极点均严格位于s平面的左半平面。6、二阶系统根据阻尼系数的不同，其响应形式不同，当其阶跃响应为衰减振荡曲线时，则阻尼系数的范围是（0,1）。7、幅值裕度Kg的物理意义是：对于闭环稳定的系统，如果系统开环增益再增大Kg倍，则系统处于临界稳定状态。8、一阶系统的时间常数为T，反映系统的惯性，惯性越小，响应过程越快。9、传递函数的零点距极点的距离越远，该极点所产生的模态所占的比重大。10、两个系统的开环传递函数分别为sTsTsG21111)(、1221()1TsGsTs，其中G1（S）为最小相位系统。得分211、工程实践中常用的校正方法有：串联校正、并联校正、复合校正。12、系统的带宽反应了系统对噪声的滤波特性，同时也反映了系统的响应速度。带宽越宽，则系统的瞬态响应速度越快，对高频噪声的过滤能力越差。13、串联滞后网络主要是利用滞后网络的高频幅值衰减特性，使已校正系统的开环截止频率下降，从而使系统获得足够的相位裕量。14、频率法对系统进行校正，要求校正后系统的开环频率特性具有：低频段的增益满足稳态的要求；中频段具有较宽的频带；高频段要求幅值快速衰减。二、分析题（本大题共9小题，共75分）1、在下图所示的无源网络中，已知kR1001，MR1002，FC101，FC12。试求网络的传递函数)(/)(0sUsUi。（6分）解：222121211()1111()(()*)/(())oiUsCsUsRRRCsCsCsCs12122121211122121()()()1oiCRCsUsCUsRRCCsRCRCRCs2()10001()100101.11oiUssUsss2、试用结构图化简方法对下图系统结构图进行化简，求出相应的传递函数)(/)(sRsC和)(/)(sNsC。（12分）得分3装订线解：当考虑R（s）输入时1G2221GGH3H-()Rs()Cs1222123221()()1*1GGGHCsGGRSHGH1222123()()1GGCsRSGHGGH当考虑N（s）输入时1G2G3H-()Ns()Cs1H+2H+-11GH2G13GH-()Ns()Cs+2H+-4111GH2G()Ns()Cs213HGH+2112213()(1)()1()GCsGHNSGHGH3、控制系统如下图所示，求（10分）：1）使系统的阻尼比ζ=0.5的Kt值，2）并计算单位阶跃响应的性能指标：超调量和调节时间(=0.05)。解：10()(110)ktGsssk10()(110)10BtGsssk103.16n当0.5时，0.216tk当输入为单位阶跃输入时，21%*100%16.3%e31.9snts4、设潜艇潜水深度控制系统如下图所示，试问放大器增益1K应取多大才可以保证系统稳定？（10分）5装订线解：系统的闭环传递函数为212210.1(1)()(0.09)0.1(1)BksGsssks系统的闭环特征方程为221()(0.09)0.1(1)0Dsssks32111()0.1(0.20.09)0.10Dssksksk编制劳斯表如下：31211110110.20.090.10.10.20.910.1skskksksk要使系统稳定，必须：110.100.20.910kk，即14.55k5、已知单位反馈系统的开环传递函数：)5)(11.0(100)(sssG，试求输入分别为222)(tttr时，系统的稳态误差。（8分）解：单位负反馈系统，其开环传递函数为)5)(11.0(100)(sssG，是零型系统，不能跟踪斜波输入和加速度输入，因此其稳态误差为无穷大。6、设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，试概略绘制闭环根轨迹图。（5分）33*)2()1()(sSKsG解：根轨迹的概略曲线如下：6RootLocusRealAxisImaginaryAxis-2.5-2-1.5-1-0.500.5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81MATLAB程序如下：z=[-1,-1,-1]p=[-2,-2,-2]k=1G=zpk(z,p,k)rlocus(G)7、试由下图所示的对数幅频渐近特性曲线，确定最小相位系统的传递函数。（10分）解：由系统的对数幅频渐近特性曲线写出其开环传递函数形式如下：23()11(1)(1)kksGsss由于在1点，对数渐近线过零，所以11k7装订线所以：1231()11(1)(1)ksGsss8、已知开环系统的幅相曲线如下图所示，试判断闭环系统的稳定性。（6分）解：有开环系统的幅相频率特性曲线知，当从0-到+，没有逆时针包围（-1，j0），而P=1，所以系统不稳定。9、已知系统的开环传递函数为：1212()(),0(1)(1)KGsHsTTsTsTs，试分析K（K0）的变化对截止频率、相角裕度的影响（8分）解：1212()()(),0(1)(1)kKGsGsHsTTsTsTs其对数幅频渐近特性概略曲线如下：-150-100-50050Magnitude(dB)10-210-1100101102-270-225-180-135-90Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)当K增大时，对数幅频特性曲线上移，相频特性曲线不变，所以当K值变大时，截止频率变大，相角域度变小。当K值变小时，截止频率变小，相角域度变大。