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自动控制原理试卷及标准答案2————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:3课程名称:自动控制理论(A/B卷闭卷)适用专业年级:考试时间100分钟一、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()Gs,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n,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0.20.5()105ttgtee,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101()()90()tgtgT,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0632)(23ssssD,则系统()4A、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2Z。4、系统在2)(ttr作用下的稳态误差sse,说明()A、型别2v;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rK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1)()(sHsG。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sseC、调整时间stD、峰值时间pt7、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③图2A、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0,则下列说法正确的是()。A、不稳定;B、只有当幅值裕度1gk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1011001ss,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1c处提供最大相位超前角的是:A、1011ssB、1010.11ssC、210.51ssD、0.11101ss5三、(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:1、写出闭环传递函数()()()CssRs表达式;(4分)2、要使系统满足条件:707.0,2n,试确定相应的参数K和;(4分)3、求此时系统的动态性能指标st,00;(4分)4、ttr2)(时,求系统由()rt产生的稳态误差sse;(4分)5、确定)(sGn,使干扰)(tn对系统输出)(tc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2()(3)rKGsss: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10的开环增益K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0()L如图5所示:图461、写出该系统的开环传递函数)(0sG;(8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。(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、2;20.7072;2220ss;衰减振荡5、1050.20.5ssss;6、开环极点;开环零点7、(1)(1)KssTs8、1()[()()]putKetetdtT;1[1]pKTs;稳态性能二、判断选择题(每题2分,共20分)71、D2、A3、C4、A5、D6、A7、B8、C9、B10、B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200i10i)t(u)]t(u)t(d[u)t(u)t(uRdtCR(2分)即)t(u)t(du)t(u)()t(dui2i21021021RdtCRRRRdtCRR(2分)2、求传递函数对微分方程进行拉氏变换得)(U)(U)(U)()(Ui2i21021021sRsCsRRsRRsCsRR(2分)得传递函数2121221i0)(U)(U)(RRCsRRRCsRRsssG(2分)四、(共20分)解:1、(4分)22222221)()()(nnnssKsKsKsKsKsKsRsCs2、(4分)2224222nnKK707.04K3、(4分)0010032.42e83.2244nst4、(4分))1(1)(1)(2ssKssKsKsKsG11vKK414.12KssKAe5、(4分)令:0)()(11)()()(=ssGssKsNsCsnn8得:KssGn)(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:180,602333a(2分)(4)分离点:0321dd得:1d(2分)432ddKr(5)与虚轴交点:096)(23rKssssD06)(Re09)(Im23rKjDjD543rK(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:139)3()(22ssKssKsGrr得9rKK(1分)系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围:54rK,(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:544rK,(3分)系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围:694K(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12()11(1)(1)KGssss(2分)由图可知:1处的纵坐标为40dB,则(1)20lg40LK,得100K(2分)91210和=100(2分)故系统的开环传函为1100110100)(0ssssG(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0100()1110100Gjjjj(1分)开环幅频特性022100()1110100A(1分)开环相频特性:110()900.10.01stgtg(1分)3、求系统的相角裕度:求幅值穿越频率,令022100()11110100A得31.6/crads(3分)11110()900.10.01903.160.316180ccctgtgtgtg(2分)0180()1801800c(2分)对最小相位系统0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。试题二课程名称:自动控制理论(A/B卷闭卷)适用专业年级考试时间100分钟一、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。102、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2(1)(1)KssTs,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c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114、已知系统的开环传递函数为50(21)(5)ss,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sseC、调整时间stD、峰值时间pt7、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、(2)(1)KsssB、(1)(5Ksss)C、2(1)Ksss-D、(1)(2)Ksss8、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1,212sj的系统B、闭环特征方程为2210ss的系统C、阶跃响应为0.4()20(1)tcte的系统D、脉冲响应为0.4()8thte的系统三、(8分)写出下图所示系统的传递函数()()CsRs(结构图化简,梅逊公式均可)。12四、(共20分)设系统闭环传递函数22()1()()21CssRsTsTs,试求:1、0.2;sT08.0;0.8;sT08.0时单位阶跃响应的超调量%、调节时间st及峰值时间pt。(7分)2、4.0;sT04.0和4.0;sT16.0时单位阶跃响应的超调量%、调节时间st和峰值时间pt。(7分)3、根据计算结果,讨论参数、T对阶跃响应的影响。(6分)13五、(共15分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为(1)()()(3)rKsGSHSss-,试:1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的
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