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文本内容:
自动控制理论(A/B卷闭卷)
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G1s与G2s的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为,则Gs为(用G1s与G2s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Gs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
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,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
1、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;(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)试题一参考答案
一、填空题每题1分,共15分
1、给定值
2、输入;扰动;
3、G1s+G2s;
4、;;;衰减振荡
5、;
6、开环极点;开环零点
7、
8、;;稳态性能
二、判断选择题每题2分,共20分
1、D
2、A
3、C
4、A
5、D
6、A
7、B
8、C
9、B
10、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)33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、闭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rt=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(7分)
3、求系统满足上面要求的相角裕度(5分)试题
三一、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控制规律的时域表达式是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是;C、增大系统开环增益K可以减小稳态误差;D、增加积分环节可以消除稳态误差,而且不会影响系统稳定性
2、适合应用传递函数描述的系统是A、单输入,单输出的线性定常系统;B、单输入,单输出的线性时变系统;C、单输入,单输出的定常系统;D、非线性系统
3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为,则该系统的闭环特征方程为A、B、C、D、与是否为单位反馈系统有关
4、非单位负反馈系统,其前向通道传递函数为GS,反馈通道传递函数为HS,当输入信号为RS,则从输入端定义的误差ES为A、B、C、D、
5、已知下列负反馈系统的开环传递函数,应画零度根轨迹的是A、B、C、D、
6、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的A、低频段B、开环增益C、高频段D、中频段
7、已知单位反馈系统的开环传递函数为,当输入信号是时,系统的稳态误差是A、0;B、∞;C、10;D、
208、关于系统零极点位置对系统性能的影响,下列观点中正确的是A、如果闭环极点全部位于S左半平面,则系统一定是稳定的稳定性与闭环零点位置无关;B、如果闭环系统无零点,且闭环极点均为负实数极点,则时间响应一定是衰减振荡的;C、超调量仅取决于闭环复数主导极点的衰减率,与其它零极点位置无关;D、如果系统有开环极点处于S右半平面,则系统不稳定
三、16分已知系统的结构如图1所示,其中,输入信号为单位斜坡函数,求系统的稳态误差8分分析能否通过调节增益,使稳态误差小于
0.28分
四、16分设负反馈系统如图2,前向通道传递函数为,若采用测速负反馈,试画出以为参变量的根轨迹10分,并讨论大小对系统性能的影响6分
五、已知系统开环传递函数为均大于0,试用奈奎斯特稳定判据判断系统稳定性16分[第五题、第六题可任选其一]
六、已知最小相位系统的对数幅频特性如图3所示试求系统的开环传递函数16分
七、设控制系统如图4,要求校正后系统在输入信号是单位斜坡时的稳态误差不大于
0.05,相角裕度不小于40o,幅值裕度不小于10dB,试设计串联校正网络16分图4第1页共2页一GsRsCs图1图2Hs一GsRsCsLω1ω11020ω2-20-40-40ω图3-10dBCsRs一图4。