中国石油大学2011自动控制原理期中考试试题(答案).doc

20112012学年第1学期自动控制原理期中考试试卷（适用专业：自动化、电气、测控） 专业班级 姓 名 学 号 开课系室 自动化系 考试日期 题 号一二三四五六七总分得 分阅卷人22011-2012第1学期自动控制原理一、 简答题 （15分）1. 反馈控制系统的基本组成有哪几部分？答：测量元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件2. 控制系统正常工作的最基本要求是什么？答：稳定性、快速性、准确性3. 什么是线性系统？线性系统的特征是什么？答：用线性微分方程描述的系统称为线性系统。 其特征是满足叠加原理，即叠加性与齐次性。4. 控制系统的传递函数的定义和应用范围是什么？答：控制系统的传递函数的定义为：零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 应用范围是：线性定常系统5. 控制器中加入比例+微分环节对控制系统的影响是什么？答：比例微分环节可增大系统的阻尼比，超调量增加，调节时间缩短，且不影响系统的稳态误差与自然振荡频率；允许选取较高的开环增益，因此在保证一定的动态性能条件下，可以减小稳态误差。二、 (12分)如图1所示单容水箱，为水箱的横截面积，为输入流量，为输出流量，为水箱的实际液位， ，为流量系数。当输入流量和输出流量相等时，液位维持在处，。（1） 以为输入，以为输出，建立该单容水箱的非线性微分方程模型。（3分）（2） 对（1）中非线性微分方程在处进行线性化，求线性化微分方程，并求单容水箱的传递函数。 （9分）图1解：（1）由物料平衡得下列方程单容水箱的非线性微分方程模型为 （3分）（2）考虑到 代入式得 （2分）即 将在处展开成Taylor级数，只取到线性项 （2分）代入，并考虑，得 整理得 （2分）即为所求的线性微分方程在两边取拉氏变换得 （2分）故其传递函数为 （1分）三、 （20分）结构图化简。1（10分）、系统结构图如图2所示，试通过等效变换求系统的闭环传递函数.-C(s)R(s)G1G2G3H2H1图2解：(2.5分)(2.5分)(2.5分)(2.5分)(2)利用梅森(Mason)增益公式求取图3的。 （10分）图3解：四、 （10分）已知系统的结构图如图4所示：图4（1） 若令，求此时的阻尼比和自然频率，并求此时的超调量、调节时间。 （2） 试确定、,使系统的阻尼比、自然频率，并求此时的超调量、调节时间。解：（1）开环传函： 令 （1分） （2分）(5%误差带) (2%误差带) （2分）（2）开环传函： （1分） （2分）(5%误差带) (2%误差带) （2分）五、 （15分）已知系统的结构图如图5所示： 图5试确定时，系统的稳态误差。解： 作用下的误差传递函数 （2分）作用下的误差传递函数 （2分）作用下的误差传递函数 （2分）产生的稳态误差 （2分）产生的稳态误差 （2分）产生的稳态误差 （2分）由线性系统的叠加原理知，系统总静态误差 （3分）六、 （15分）系统结构如图6，试用劳斯判据确定使系统稳定的的取值范围。C(s)R(s)-s1+图6解：开环传递函数（3分）特征方程（2分）劳斯表如下：11010010由此得，要使系统稳定，须（10分）七、 （13分）.已知系统开环传递函数为，试绘制系统的根轨迹；并求使系统稳定时开环增益 K 的取值范围。解： 实轴上的根轨迹：-,-4, -2,0 （1分） 渐近线： （