自动控制原理及其应用试卷与答案4

一、填空题（每空1分，共15分）1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过---------与反馈量的差值进行的。2、复合控制有两种基本形式：即按的前馈复合控制和按的前馈复合控制。3、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为，则G(s)为（用G1(s)与G2(s)表示）。4、典型二阶系统极点分布如图1所示，则无阻尼自然频率，阻尼比，该系统的特征方程为，该系统的单位阶跃响应曲线为。5、若某系统的单位脉冲响应为，则该系统的传递函数G(s)为。6、根轨迹起始于，终止于。7、设某最小相位系统的相频特性为，则该系统的开环传递函数为。8、PI控制器的输入－输出关系的时域表达式是　，其相应的传递函数为　由于积分环节的引入，可以改善系统的　　　　　　　性能。二、选择题（每题2分，共20分）1、采用负反馈形式连接后，则()A、一定能使闭环系统稳定；B、系统动态性能一定会提高C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果()。A、增加开环极点；B、在积分环节外加单位负反馈；C、增加开环零点；D、引入串联超前校正装置。3系统特征方程为，则系统()A、稳定；B、单位阶跃响应曲线为单调指数上升；C、临界稳定；D、右半平面闭环极点数。4、系统在作用下的稳态误差，说明()A、型别；　B、系统不稳定；C、输入幅值过大；D、闭环传递函数中有一个积分环节。5、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是()A、主反馈口符号为“-”B、除外的其他参数变化时；C、非单位反馈系统；D、根轨迹方程（标准形式）为。6、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标()。A、超调B、稳态误差C、调整时间D、峰值时间7、已知开环幅频特性如图2所示，则图中不稳定的系统是()。系统①系统②系统③A、系统①B、系统②C、系统③D、都不稳定8、若某最小相位系统的相角裕度，则下列说法正确的是()。A、不稳定；B、只有当幅值裕度时才稳定；C、稳定；D、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。9、若某串联校正装置的传递函数为，则该校正装置属于()。A、超前校正B、滞后校正C、滞后-超前校正D、不能判断10、下列串联校正装置的传递函数中，能在处提供最大相位超前角的是：A、B、C、D、三、(8分)试建立如图3所示电路的动态微分方程，并求传递函数。图3四、（共20分）系统结构图如图4所示：图41、写出闭环传递函数表达式；（4分）2、要使系统满足条件：,,试确定相应的参数和；（4分）3、求此时系统的动态性能指标；（4分）4、时，求系统由产生的稳态误差；（4分）5、确定，使干扰对系统输出无影响。（4分）五、(共15分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为:1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹（求出：渐近线、分离点、与虚轴的交点等）；（8分）2、确定使系统满足的开环增益的取值范围。（7分）六、（共22分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线如图5所示：1、写出该系统的开环传递函数；2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性。（3分）3、求系统的相角裕度。（7分）4、若系统的稳定裕度不够大，可以采用什么措施提高系统的稳定裕度？（4分）试题一答案一、填空题(每题1分，共15分)1、给定值2、输入；扰动；3、G1(s)+G2(s)；4、；；；衰减振荡5、；6、开环极点；开环零点7、8、；；稳态性能1、D　　2、A　　3、C　　4、A　　5、D　　6、A　　7、B　　8、C9、B　10B三、(8分)建立电路的动态微分方程，并求传递函数。解：1、建立电路的动态微分方程根据KCL有(2分)即(2分)2、求传递函数对微分方程进行拉氏变换得(2分)得传递函数(2分)四、(共20分)第1页共2页解：1、（4分）2、（4分）3、（4分）4、（4分）5、（4分）令：得：五、(共15分)1、绘制根轨迹（8分）(1)系统有有3个开环极点（起点）：0、-3、-3，无开环零点（有限终点）；（1分）(2)实轴上的轨迹：（-∞，-3）及（-3，0）；（1分）(3)3条渐近线：（2分）(4)分离点：得：（2分）(5)与虚轴交点：（2分）绘制根轨迹如右图所示。2、（7分）开环增益K与根轨迹增益Kr的关系：得（1分）系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：，（2分）系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr的取值范围：，（3分）　系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围：（1分）六、（共22分）　解：1、从开环波特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。故其开环传函应有以下形式　　(2分)由图可知：处的纵坐标为40dB,则,得(2分)（2分）故系统的开环传函为（2分）2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性：开环频率特性（1分）开环幅频特性（1分）开环相频特性：（1分）3、求系统的相角裕度：求幅值穿越频率，令得（3分）（2分）（2分）对最小相位系统临界稳定4、（4分）可以采用以下措施提高系统的稳定裕度：增加串联超前校正装置；增加串联滞后校正装置；增加串联滞后-超前校正装置；增加开环零点；增加PI或PD或PID控制器；在积分环节外加单位负反馈。试题二一、填空题（每空1分，共15分）1、在水箱水温控制系统中，受控对象为，被控量为。2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于。3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用　；在频域分析中采用　4、传递函数是指在　初始条件下、线性定常控制系统的　　与　　之比。5、设系统的开环传递函数为，则其开环幅频特性为，相频特性为。6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率对应时域性能指标，它们反映了系统动态过程的　　　　　　。二、选择题（每题2分，共20分）1、关于传递函数，错误的说法是()A传递函数只适用于线性定常系统；B传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响；C传递函数一般是为复变量s的真分式；D闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。2、下列哪种措施对改善系统的精度没有效果()。A、增加积分环节B、提高系统的开环增益KC、增加微分环节D、引入扰动补偿3、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的()。A、准确度越高B、准确度越低C、响应速度越快D、响应速度越慢4、已知系统的开环传递函数为，则该系统的开环增益为()。A、50B、25C、10D、55、若某系统的根轨迹有两个起点位于原点，则说明该系统()。A、含两个理想微分环节B、含两个积分环节C、位置误差系数为0D、速度误差系数为06、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标()。A、超调B、稳态误差C、调整时间D、峰值时间7、已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是()A、B、C、D、8、若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是()。A、可改善系统的快速性及平稳性；B、会增加系统的信噪比；C、会使系统的根轨迹向s平面的左方弯曲或移动；D、可增加系统的稳定裕度。9、开环对数幅频特性的低频段决定了系统的()。A、稳态精度B、稳定裕度C、抗干扰性能D、快速性10、下列系统中属于不稳定的系统是()。A、闭环极点为的系统B、环特征方程为的系统C、阶跃响应为的系统D、脉冲响应为的系统三、(8分)写出下图所示系统的传递函数（结构图化简，梅逊公式均可）。四、（共20分）设系统闭环传递函数，试求：1、；；；时单位阶跃响应的超调量、调节时间及峰值时间。（7分）2、；和；时单位阶跃响应的超调量、调节时间和峰值时间。（7分）3、根据计算结果，讨论参数、对阶跃响应的影响。（6分）五、(共15分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为，试：1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹（求出：分离点、与虚轴的交点等）；（8分）2、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围。（7分）六、（共22分）已知反馈系统的开环传递函数为，试：1、用奈奎斯特判据判断系统的稳定性；（10分）2、若给定输入r(t)=2t＋2时，要求系统的稳态误差为0.25，问开环增益K应取何值。3、求系统满足上面要求的相角裕度。（5分）一、填空题(每题1分，共20分)1、水箱；水温2、开环控制系统；闭环控制系统；闭环控制系统3、稳定；劳斯判据；奈奎斯特判据4、零；输出拉氏变换；输入拉氏变换5、；(或：)6、调整时间；快速性二、判断选择题(每题2分，共20分)1、B　　2、C　　3、D　　4、C　　5、B　　6、A　　7、B　　8、B9、A　10、D三、(8分)写出下图所示系统的传递函数（结构图化简，梅逊公式均可）。解：传递函数G(s):根据梅逊公式（1分）4条回路:,，无互不接触回路。（2分）特征式：（2分）2条前向通道:；（2分）（1分）四、(共20分)解：系统的闭环传函的标准形式为：，其中1、当时，（4分）当时，（3分）2、当时，（4分）当时，（3分）3、根据计算结果，讨论参数、对阶跃响应的影响。（6分）(1)系统超调只与阻尼系数有关，而与时间常数T无关，增大，超调减小；(2)当时间常数T一定，阻尼系数增大，调整时间减小，即暂态过程缩短；峰值时间增加，即初始响应速度变慢；）(3)当阻尼系数一定，时间常数T增大，调整时间增加，即暂态过程变长；峰值时间增加，即初始响应速度也变慢。五、(共15分)(1)系统有有2个开环极点（起点）：0、3，1个开环零点（终点）为：-1；（2分）(2)实轴上的轨迹：（-∞，-1）及（0，3）；（2分）(3)求分离点坐标，得　；（2分）分别对应的根轨迹增益为　(4)求与虚轴的交点系统的闭环特征方程为,即令　,得　（2分）根轨迹如图1所示。图12、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：，（2分）系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr的取值范围：，（3分）　开环增益K与根轨迹增益Kr的关系：（1分）系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围：（1分）六、（共22分）　解：1、系统的开环频率特性为　　　　　　（2分）幅频特性：，相频特性：（2分）起点：　　；（1分）终点：　　；（1分），曲线位于第3象限与实轴无交点。（1分）图2开环频率幅相特性图如图2所示。判断稳定性：开环传函无右半平面的极点，则，极坐标图不包围（－1，j0）点，则根据奈氏判据，Z＝P－2N＝0系统稳定。（3分）2、若给定输入r(t)=2t＋2时，要求系统的稳态误差为0.25，求开环增益K：　系统为1型，位置误差系数KP=∞，速度误差系数KV=K，（2分）依题意：，（3分）得　（2分）　　　故满足稳态误差要求的开环传递函数为　　　　　3、满足稳态误差要求系统的相角裕度：令幅频特性：，得，（2分），（1分）相角裕度：（2分）一、填空题（每空1分，共20分）1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：、快速性和。2、控制系统的称为传递函数。一阶系统传函标准形式是　　　　　　　　，二阶系统传函标准形式是　　　　　　　　　。3、在经典控制理论中，可采用　　、根轨迹法或等方法判断线性控制系统稳定性。4、控制系统的数学模型，取决于系统　　　和与外作用及初始条件无关。5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为　　　　　，横坐标为　　　。6、奈奎斯特稳定判据中，Z=P-R，其中P是指，Z是指，R指。7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，定义为。是。8、PI控制规律的时域表是。PID控制规律的传递函数表达式是。9、设系统的开环传递函数为，则其开环幅频特性为，相频特性为。二、判断选择题(每题2分，共16分)1、关于线性系统稳态误差，正确的说法是：()A、一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差；B稳态误差计算的通用公式