自动控制原理复习习题答案解析.doc

自动控制原理复习提纲一、单选题1根据控制元件的特性，控制系统可分为（ B ）。A.反馈控制系统和前馈控制系统 B.线性控制系统和非线性控制系统C.恒值控制系统和随动控制系统 D.连续控制系统和离散控制系统2系统的动态性能包括（ D ）。A稳定性、准确性 B快速性、稳定性 C稳定性、平稳性 D平稳性、快速性3传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？（ C ）。A.输入信号 B.初始条件 C.系统的结构参数 D.输入信号与初始条件4. 如下图所示系统的闭环传递函数Gk(s) =（ C ）。C(s)R(s)G3H1G1G2+H2A. B. C. D. 5设系统的传递函数为，则系统的阻尼比为（ A ）。A.0.5 B. 1 C.0.2 D. 1.26.适合应用传递函数描述的系统是（ A ）。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7.二阶系统的传递函数为,则其无阻尼固有频率和阻尼比依次为（ B ）。A.1,0.5 B.0.5,1 C.2,1 D.1,2 8. 主导极点的特点是（ D ）。A.距离实轴很远B.距离实轴很近C.距离虚轴很远 D.距离虚轴很近9.增大系统的开环增益，将使系统跟随稳态误差( B )。A.变大 B.变小 C.不变 D.不能确定10. 非单位负反馈系统，其输出为C(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为（ D ）。ABCD11.典型二阶系统的阻尼比=0时，其单位阶跃响应是（B）。A.单调上升曲线B.等幅振荡曲线C.阻尼衰减振荡曲线D.发散增幅振荡曲线11如果典型二阶系统的单位阶跃响应为减幅振荡，则其阻尼比（ C ）。A0 B=0C01 D112.设系统的开环传递函数为，则其频率特性的奈氏曲线与负实轴交点的频率值为（ C ）rad/s。A5 B1/5 C D 1/13二阶系统当00B. 30D. =-18019.若开环传函为, 此时相位裕量和的关系是（ B ）。A. 随K增加而增大 B.随K增大而减小 C. 与K值无关 D.以上都不是20.设开环系统的频率特性为,则其频率特性的极坐标图的奈氏曲线与负虚轴交点的频率值为（ B ）rad/s。 A.0.1 B. 1 C. 10 D. 221设单位负反馈系统的开环传函为G(s)=，那么它的相位裕量的值为（ D ）A.15B.60C.30D.4522某校正环节传递函数Gc(s)=，则其频率特性的奈氏图终点坐标为（ D ）A.(0,j0)B.(1,j0)C.(1,j1)D.(10,j0)23下列串联校正的传递函数中,能在处提供最大相位超前角的是（ A ）。24设系统校正前后的对数幅频特性曲线如图所示，则通过校正下列没有改变的参数为（ A ）。A 系统的型 B. 带宽（0，） C. 相角裕度 D. 截止频率25若某系统的根轨迹有两个起点位于原点，则说明该系统（ C ）。A位置误差系数为0 B速度误差系数为0C含两个积分环节 D含两个理想微分环节26下列哪种措施对改善系统的精度没有效果 ( A )。A增加微分环节 B提高系统的开环增益K C增加积分环节 D引入扰动补偿27高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的（ D ）。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28已知开环幅频特性如下图所示，则图中不稳定的系统是（ B ）。 系统 系统 系统A系统 B系统 C系统 D都不稳定29有一电网络，其传递函数为，若此网络作为滞后校正环节使用，则其系数必须符合（ A )。A BC任意 D30PID控制器的输入输出关系的时域表达式是（ D ）。ABCD30.PI控制规律指的是( B )。A比例、微分 B比例、积分 C积分、微分 D.比例、积分、微分31采样系统结构如图所示，求闭环系统的脉冲传递函数为（ D ）。A B C D二、填空题1.根据有无反馈，控制系统可分为两类：开环控制系统 、闭环控制系统 。2闭环系统稳定的充要条件是全部闭环极点均位于左半s平面。6.系统的微分方程为在零初始条件下，以r为输入，y为输出的系统的传递函数为_。2.已知单位闭环负反馈系统的开环传递函数为，则该系统的阻尼比为制 法，自然振荡频率为制；当时，该系统的阶跃响应曲线为 衰减振荡曲线，当时，该系统的阶跃响应曲线为 单调上升 曲线。当时，该系统为 临界阻尼 系统，当 0.707 时，该系统获得最佳过渡过程。3.如图2所示的RC电路的传递函数 ，频率特性 ，当时，稳态输出为 。4.在频率校正法中，串联超前校正是利用串联校正装置在系统的 中频区产生相角 超前 ，以提高系统的 相位裕量 ，且使幅值穿越频率 增大 ，从而系统的响应速度 加快 。6已知单位反馈系统的开环传递函数为，若要求带宽增加a倍，相位裕量保持不变，则K应为 aK ，T应为 T/a 。7最小相位系统的开环对数幅频特性三频段分别反映的系统性能是 低频段反映 稳态特性法； 中频段反映 动态特性法； 高频段反映 法抗高频干扰能力。8最大超调量反映了系统暂态过程的 平稳性 ，调节时间总体上反映了系统的 快速性 。9已知最小相位系统的开环对数幅频特性曲线如下图所示，其传递函数分别为：（a）：_ ；（b）： 。（a） （b）10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 ，其开环幅频特性为 。三、计算题1已知系统的结构图如图所示，图中为输入信号，为干扰信号，试求传递函数，。解：令，求 。图中有3条前向通路，2个回路。（1分）（3分）则有 （1分）令，求 。有1条前向通路，回路不变。（1分）（1分）则有 （1分）2某最小相角系统的开环对数幅频特性如图4-82所示。要求（1） 写出系统开环传递函数；（2） 利用相角裕度判断系统的稳定性；（3） 将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。解（1）由题4-29图可以写出系统开环传递函数如下： （2）系统的开环相频特性为 截止频率 相角裕度 故系统稳定。（3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程后，可得系统新的开环传递函数其截止频率 而相角裕度 故系统稳定性不变。所以，系统的超调量不变，调节时间缩短，动态响应加快。3试根据奈氏判据，判断题4-80图(1)(10)所示曲线对应闭环系统的稳定性。已知曲线(1)(10)对应的开环传递函数如下（按自左至右顺序）。解 题4-13计算结果列表题号开环传递函数闭环稳定性备注10-12不稳定2000稳定30-12不稳定4000稳定50-12不稳定6000稳定7000稳定811/20稳定9101不稳定101-1/22不稳定4已知一单位反馈控制系统，其被控对象G0(s)和串联校正装置Gc(s)的对数幅频特性分别如图5-86 (a)、(b)和(c)中和所示。要求： （1）写出校正后各系统的开环传递函数； （2）分析各对系统的作用，并比较其优缺点。解 (a) 未校正系统开环传递函数为 采用迟后校正后 画出校正后系统的开环对数幅频特性如图解5-37(a)所示。有 ， 可见 (b) 未校正系统频率指标同(a)。采用超前校正后画出校正后系统的开环对数幅频特性如图解5-37(b)所示。可见 (c) 校正前系统的开环传递函数为 画出校正后系统的开环对数幅频特性，可见采用串联滞后超前校正后 6T=0.25s ,当r(t)=2.1(t)+t时，欲使稳态误差小于0.1,试求K值 Tr(t)ZCHC(t)解：由图， G(s)= = G(Z)=Z= = 系统为I型，故阶跃折入R下的稳态误差e=0，而单位斜坡折入R下的稳态误差e为常值K=(Z-1)G(Z) =Ke= e= e+ e= = = 要求 e107求稳态误差C(s)T_R(s)K0.5s设K=10,T=0.2s, r(t)=1(t) +t +t解 ：系统开环脉冲传递函数为G(Z) = Z = = 10 = G(Z)|= K=K=K= =10e()=e=+=0.18某单位反馈系统的开环传函为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）；（7分）2）确定使系统满足的开环增益的取值范围。（3分）解：1）绘制根轨迹 （7分）(1)系统有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）；（0.5分）(3) 3条渐近线： （1分）(4) 分离点： 得： （1分） (5)与虚轴交点： （2分）绘制根轨迹如右图所示。（1.5分）2）确定使系统满足的开环增益的取值范围（3分）开环增益K与Kr的关系：得（0.5分）系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：， （0.5分）系统为临界阻尼状态时， （1分）所以系统稳定且为欠阻尼时根轨迹增益Kr的取值范围：（0.5分）系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围： （0.5分）9某单位反馈系统的开环传函为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）；（6分）2）确定使系统满足的开环增益的取值范围。（4分）解：1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹（6分）。(1)系统有2个开环极点（起点）：0、2，1个开环零点（终点）为：-2；（0.5分） (2)实轴上的轨迹：（-，-2）及（0，2）；（0，5分）(3)求分离点坐标，得，（1分） (4)求与虚轴的交点系统的闭环特征方程为,即令，得（2分）根轨迹如下图所示。（2分）2、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：，（1分）将代入闭环特征方程后得到系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr的取值范围：，（1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）9已知最小相位系统的开环对数幅频特性和串联校正装置的对数幅频特性如下图所示，原系统的幅值穿越频率为， 1）写出原系统的开环传函,并求其相角裕度，判断系统的稳定性；（7分）2）写出校正装置的传递函数，并判断为何种校正方式；（2分）3）写出校正后的开环传递函数，画出校正后系统的开环对数幅频特性，并判断系统的稳定性。（6分）0.010.11101000.322024.340-20dB/dec-20dB/dec-40dB/dec-60dB/decL(w)wL0Lc-20-40-20-40-60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，且两个惯性环节的转折频率分别为10和20。 （1分）故其开环传函应有以下形式： (1分)由图可知：处的纵坐标为40dB，则，得 (1分)故原系统的开环传函为 （1分）求原系统的相角裕度： （1分）由题知原系统的幅值穿越频率为 （1分）对最小相位系统不稳定 （1分）2）从开环波特图可知，校正装置一个惯性环节、一个微分环节，转折频率分别为0.32和0.01，为滞后校正装置。（1分）故其开环传函应有以下形式 (1分)3）校正后的开环传递函数为 (1分)用劳思判据判断系统的稳定性，系统的闭环特征方程是（其他方法判断只要结论对即可） （1分）构造劳斯表如下 首列均大于0，故校正后的系统稳定。（2分）画出校正后系统的开环对数幅频特性如蓝色线所示 （2分）8-17已知采样系统结构图如下图所示，其中，1）试确定闭环系统稳定的K值范围； 解：1）由系统的结构图可得开环传递函数为 根据采样开关的位置，对上式取Z变换，得系统