自动控制原理考试试卷30套

第1页共80页自动控制原理试卷A(1)1．（9分）设单位负反馈系统开环零极点分布如图所示，试绘制其一般根轨迹图。（其中-P为开环极点,-Z为开环零点）2．（10分）已知某系统初始条件为零，其单位阶跃响应为)0(8.08.11)(94teethtt，试求系统的传递函数及单位脉冲响应。3.（12分）当从0到变化时的系统开环频率特性jjHG如题4图所示。K表示开环增益。P表示开环系统极点在右半平面上的数目。v表示系统含有的积分环节的个数。试确定闭环系统稳定的K值的范围。4．（12分）已知系统结构图如下，试求系统的传递函数)()(,)()(sRsEsRsCReIm00K20,3pv（a）ReIm00K20,0pv（b）ReIm00K22,0pv（c）题4图题2图1G2G3G5GCRE4G6G第2页共80页5．（15分）已知系统结构图如下，试绘制K由0→+∞变化的根轨迹，并确定系统阶跃响应分别为衰减振荡、单调衰减时K的取值范围。6．（15分）某最小相位系统用串联校正，校正前后对数幅频特性渐近线分别如图中曲线(1)、(2)所示，试求校正前后和校正装置的传递函数)(),(),(21sGsGsGc，并指出Gc（S）是什么类型的校正。7．（15分）离散系统如下图所示，试求当采样周期分别为T=0.1秒和T=0.5秒输入)(1)23()(tttr时的稳态误差。第3页共80页8．（12分）非线性系统线性部分的开环频率特性曲线与非线性元件负倒数描述曲线如下图所示，试判断系统稳定性，并指出)(1xN和G（jω）的交点是否为自振点。第4页共80页自动控制原理试卷A（2）1．（10分）已知某单位负反馈系统的开环传递函数为)5(4)(SSsG，求该系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。2．（10分）设单位负反馈系统的开环传递函数为)0()(3KSKsG，若选定奈氏路径如图（a）（b）所示，试分别画出系统与图（a）和图（b）所对应的奈氏曲线，并根据所对应的奈氏曲线分析系统的稳定性。3．（10分）系统闭环传递函数为2222)(nnnssG，若要使系统在欠阻尼情况下的单位阶跃响应的超调量小于16.3%，调节时间小于6s，峰值时间小于6.28s，试在S平面上绘出满足要求的闭环极点可能位于的区域。（8分）4.（10分）试回答下列问题：（1）串联超前校正为什么可以改善系统的暂态性能？（2）从抑制扰动对系统的影响这一角度考虑，最好采用哪种校正方式？5．（15分）对单位负反馈系统进行串联校正，校正前开环传递函数)12()(2SSSKsG，试绘制K由0→+∞变化的根轨迹。若用角平分线法进行校正（超前），使校正后有复极点j2321，求校正装置)()(cccccPZPSZSsG及相应的K值。6．（15分）已知最小相位系统的对数幅频特性曲线如下图所示（分段直线近似表示）第5页共80页7．（15分）题7图（a）所示为一个具有间隙非线性的系统，非线性环节的负倒幅相特性与线性环节的频率特性如题6图（b）所示。这两条曲线相交于1B和2B两点，判断两个交点处是否存在稳定的自持振荡。8．（15分）某离散控制系统如下图，采样周期T=0.2秒，试求闭环稳定的K1、K2的取值范围。（1）试写出系统的传递函数G(s)；（2）画出对应的对数相频特性的大致形状；（3）在图上标出相位裕量Υ。题7图(a)214ssstXKbb1,1bK题7图(b)0ImAN1RejG1B2BA第6页共80页自动控制原理试卷A（3）1、．（10分）已知某单位负反馈系统的开环传递函数为)5(6)(sssG，试求系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。2、（10分）已知单位负反馈系统的闭环零点为-1，闭环根轨迹起点为0，-2，-3，试确定系统稳定时开环增益的取值范围。3、（10分）已知系统的结构图如下，试求：（1）闭环的幅相特性曲线；（2）开环的对数幅频和相频特性曲线；（3）单位阶跃响应的超调量σ%，调节时间ts；（4）相位裕量γ，幅值裕量h。4、（10分）题4图所示离散系统开环传递函数110osssG的Z变换为：111110ezzzezG试求闭环系统的特征方程，并判定系统的稳定性。注：72.2e。5．（15分）最小相位系统用串联校正，校正前后对数幅频特性渐近线分别如图中曲线(1)、(2)所示，试求校正前后和校正装置的传递函数)(),(),(21sGsGsGc，并指出Gc（S）是什么类型的校正。6．（15分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为22)1()1)(1()(SSKsG，试绘制K由0→+∞变化的根轨迹，并确定系统阶跃响应为衰减振荡时K的取值范围。题4图sRsCsGo1T第7页共80页7．（15分）已知系统结构图如下图所示，试求传递函数)()(,)()(sRsEsRsC。8．（15分）线性二阶系统的微分方程为1)2(,0)1(eeee。试用直接积分法法绘制相轨迹，并确定奇点位置和类型。第8页共80页自动控制原理试卷A（4）1．（9分）设单位负反馈系统开环零极点分布如图所示，试绘制其一般根轨迹图。（其中-P为开环极点,-Z为开环零点）3．（10分）已知某系统初始条件为零，其单位阶跃响应为)0(8.08.11)(94teethtt，试求系统的传递函数及单位脉冲响应。3．（10分）系统闭环传递函数为2222)(nnnsssG，若要使系统在欠阻尼情况下的单位阶跃响应的超调量小于16.3%，调节时间小于6s，峰值时间小于6.28s，试在S平面上绘出满足要求的闭环极点可能位于的区域。4．（8分）已知一单位负反馈系统的开环传递函数为)1(1)(KsKsG，画出其奈氏曲线并用奈氏判据判定闭环系统的稳定性。5．（12分）已知系统结构图如下，试绘制K由0→+∞变化的根轨迹，并确定系统阶跃响应分别为衰减振荡、单调衰减时K的取值范围。第9页共80页6．（12分）某最小相位系统用串联校正，校正前后对数幅频特性渐近线分别如图中曲线(2)、(1)所示，试求校正前后和校正装置的传递函数)(),(),(21sGsGsGc，并指出Gc（S）是什么类型的校正。7．（15分）题6图示采样系统的结构框图。已知采样周期T=1秒。（1）求使系统稳定的k值；（2）当k=1时，求系统的单位阶跃响应（3）求单位阶跃扰动下的稳态误差。8．（12分）已知系统结构图如下，试求系统的传递函数)()(sRsC。skseTs1RTC题6图题7图1G2G3GsCsR4G1H2H第10页共80页9．（12分）非线性系统线性部分的开环频率特性曲线与非线性元件负倒数描述曲线如下图所示，试判断系统稳定性，并指出)(1xN和G（jω）的交点是否为自振点。第11页共80页自动控制原理试卷A（5）一．基本概念题：（35分）1．某系统在单位阶跃输入及零初始条件下的输出响应为,1)(2tteetC求系统的传递函数和单位斜坡响应。（9分）2．单位负反馈系统开环奈氏曲线分别如下图所示，其中分别为右半平面和原点出的极点数，试确定系统右半平面的闭环极点数，并判断闭环稳定性。（6分）3.某系统闭环特征方程为01616201282)(23456sssssssD，试判定闭环稳定性，并确定闭环系统在右半平面、左半平面和虚轴的极点个数。（10分）4.控制系统如下图所示，已知r(t)=t，n(t)=1(t)，求系统的稳态误差，并说明要想减小稳态误差应采取什么措施。（10分）二．综合分析计算题：（65分）1．（13分）试求下图所示无源网络的传递函数，其中R1=R2=1Ω，L=1H，C=1F，并第12页共80页求当ttu2sin5)(1时系统的稳态输出。2．（12分）求图示离散系统输出C（z）的表达式。3．（14分）某系统的开环对数幅频特性曲线如下图所示，其中曲线（1）和曲线（2）分别表示校正前和校正后的，试求解：（a）确定所用的是何种性质的串联校正，并写出校正装置的传递函数Gc（s）。（b）确定校正后系统临界稳定时的开环增益值。（c）当开环增益K=1时，求校正后系统的相位裕量Υ和幅值裕量h。第13页共80页4．（14分）某系统方框图如下，若要求r(t)=1(t)时，超调量δ%≤16.3%，峰值时间tp≤π秒，试绘制K由0→+∞变化的根轨迹。在根轨迹图上标出满足性能要求的根轨迹，并求出相应点的取值范围。5．（12分）已知非线性系统微分方程为0xx，试用直接积分法求该系统的相轨迹，并研究其极性。自动控制原理试卷A（6）一、（12分）某系统方框图如图所示。试求传递函数)()(sRsY，)()(sRsE11s21s31s)(sy)(sR)(sE5.02二、（12分）某系统方框图如图，若要求)(1)(ttr时：超调量3.16%%，峰值时间pt秒。试绘制K由(,0)变化的根轨迹。在根轨迹图上标出满足性能要求的根轨迹，并求相应K的取值范围。)(sR312s1Ks)(sY三、（12分）典型二阶系统的开环传递函数为)2()(2nnsssG当取ttrsin2)(时，系统的稳态输出为)45sin(2)(0ttcss，试确定系统参数n,四、（12分）对下图所示的系统，试求：当r(t)=1(t)和n(t)=1(t)时系统的稳态误差ess；第14页共80页五、（14分）系统结构图如下，要求：（1）绘出系统稳定时奈奎斯特曲线的大致图形。（2）在奈奎斯特图上证明系统临界稳定时的01.0。]六、（14分）某最小相位系统采用串联滞后校正11)(aTsTssGc，校正前开环对数幅频特性渐近线如图。要求校正后幅值穿越频率ewc'（edcl,,,,均为给定正常数）。试求校正装置传递函数)(sGc和校正后开环传递函数)(sG。)(dbLdb0elcddecdb/20decdb/40becdb/60)/(sradw七、（12分）某采样系统如图。若要求当ttr34)(时1*sse。求K的取值范围。RE*EsT2.1YseTs1ssK)14.0(八、（12分）某系统运动方程为：当2121.ee：0..e；当2121.ee：01..ee。试在)(sY)(sR1s)1(100ss题6图第15页共80页.ee相平面上绘制由1)0()0(.ee开始的相轨迹，并由相轨迹确定到达稳定所需的时间。第16页共80页自动控制原理试卷A（7）1．（10分）设系统开环极点（×）、零点（○）分布如题1图所示。试画出相应的根轨迹图。2、（10分）已知系统开环幅相频率特性如下图所示，试根据奈氏判据判别系统的稳定性,并说明闭环右半平面的极点个数。其中p为开环传递函数在s右半平面极点数，Q为开环系统积分环节的个数。3、（15分）某系统方框图如下图所示，试：（1）绘制系统的一般根轨迹并写出绘制步骤；（2）应用根轨迹法分析系统稳定时K的取值范围。4、（10分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为212)(sssG，试求系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。5、（10分）已知一复合控制系统的方框图如下，)(12)(tttr试求：（1）无补偿通道Ks时，系统的稳态误差；（2）加入补偿通道Ks后系统的稳态误差。（12分）)(sR)(sC15.0sK)1(1ss)(sR)(sCKsK2)125.0(ssK)(sEeRmI01000Qp)(a010Qp)(beRmI100)(ceRmI1030QpReIm0（a）ReIm0（b）ReIm0（c）ReIm0（d）ReIm0（e）题1图jjjjj第17页共80页6、（15分）系统结构如图所示：