自动控制原理试题库含答案

1、课程名称：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G,(s)2的环节，以并联方式连接,其等效传递函数为G($),则G(s)为(用(s) 5 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q =,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O5、若某系统的单位脉冲响应为g(f) = 10e-Q21 + 5厂g ,则该系统的传递函数G厶丿为o6、根轨迹起始于,终止于O7、设某最小相位系统的

2、相频特性为（pco） = tglTCD）-90-tgl（Teo）,则该系统的开环传递函数为 O8、PI控制器的输入一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D（s） = s + 2+3

3、$ + 6 = 0,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Z = 2o4、系统在r（t） = t2作用下的稳态误差匕=8,说明（）A、型别vv2;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K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G（s）H（s） = +1 o6、开环频域性能指标中的相角裕度了对应时域性能指标（）。A、超调cr%B、稳态误差智 C、调整时间心D、峰值时间tp7、已知开环幅频特性如图2所示，则图中不稳定

4、的系统是（)o*J0=0-1CUTS系统系统系统A、系统B、系统C、系统D、都不稳定8、若某最小相位系统的相角裕度y 0 ,则下列说法正确的是()oA、不稳定;稳定；B、只有当幅值裕度1时才C、稳定;的稳定性。D、不能判用相角裕度判断系统9、若某串联校正装置的传递函数为船，则该校正装置属于()oA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.=1处提供最大相位超前角的是:105 + 10.15 + 125 + 10.55 + 1A 10s + l 、5 4-1n o.Ij+1、105+1UiR2三、（8分）试建立如图3所示电路的动态微分方程，并

5、求传递函数。+Uo四、（共20分）系统结构图如图4所示:图1桎制系鑼甜图1、写出闭环传递函数昨嚅表达式；（4分）2、要使系统满足条件：g = 0.707, co讥=2 ,试确定相应的参数K和 0; （4 分）3、求此时系统的动态性能指标b%, ; （4分）4、r）= 2r时，求系统由厂产生的稳态误差匕；（4分）5、确定G”（$）,使干扰“对系统输出c（f）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6（5）= L :5（5 + 3）1、绘制该系统以根轨迹增益/C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0 歹1的开环增益K的取值范围

6、。（7分）六、（共22分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线厶）如图5所示：1、写出该系统的开环传递函数G（s）; （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、求系统的相角裕度了。（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，受控对象为为O2、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O3、稳定是对控制系统最基本

7、的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统o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O4、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K（ + l）,则其开环幅频特性s（Ts + l）为 , 相频特性为 O6、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O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

8、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（ ）oA、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（25 + 1）（5 4-5）（）oA. 50B、25C. 10D、5、若某系统的根轨迹有两个起点位于原点，则说明该系统（）。5B、含两个积A、含两个理想微分环节分环节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厂对应时域性能指标（）。A

9、、超调b% B、稳态误差智 C、调整时间匚D、峰值时间tp7、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、K（2_s） b、K（s + 1）c、 D、Kg）S（S + 1）S（S + 5）5 + 1）5（2 - S）8、若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是（ ）oA、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（ ）oA、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、闭环极点为斗=-1 ）2的系统B、闭环特

10、征方程为52 + 2j + 1 = 0的系统C、阶跃响应为c（f） = 20（l +严别）的系统 D、脉冲响应为h（t） = 804z的系三、（8分）写出下图所示系统的传递函数器（结构图化简，梅逊公 式均可）。 GlCs) 心T 赵s) |晞) 牛一牛一H(s)四、（共20分）设系统闭环传递函数（$） = 02 =R（s）1TV+275 + 11 孑= 0.2; T = 0.085 :孑= 0.8; 丁 = 008$曰寸单位阶跃口向应的超调量b%、调节时间匚及峰值时间Y，。（7分）2、g = 0.4; T = 0.04s和歹= 0.4; T = 0.16s时单位阶跃响应的超调量b%、调节时间匚

11、和峰值时间J。（7分）3、根据计算结果，讨论参数、T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G(S)H(S) =Z + 1)5(53)，试:+ 1）1、绘制该系统以根轨迹增益/C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G（s）HG） = 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，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卩。（5分）试题三一、填空题（每

12、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：、片夬速才生专口O2、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O3、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 O 6、奈奎斯特稳定判据中，Z二P - R ,其中P是指, z是指, R指O7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，定义为o b%是O8、PI控制规律的时域表达式是o P I D控制规律的传递函数表达式是O9、设系统的开环传递函数为,则其开环幅频特性s(TL

13、s + l)(T2s +1)为,相频特性为O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e= lim E ;io l + G(s)H(s)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( )oA、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 + 1)特征方程为()。A、s(s + l) =

14、OC、s(s + l)+l = 0B、s(s + l) + 5 = 0D、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G(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 ( )A、 E(S) = /?(S)G(S)B、E(S) = R(S)G(S)H(S)C、E(S) = R(S)G(S) H(S)D、E(S) = R(S) G(S)H(S)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()oA、K2-s)5(5-1)(5+ 5)5(2-5)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

15、频段D、中频段7、已知单位反馈系统的开环传递函数为G($)=、OS 1),当输入$(丁 + 6$ + 100)信号是r(t) = 2 + 2t + t2时，系统的稳态误差是()A、 0;B、 8；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

16、，其中心$ + 1）,+ 1）（25 + 1） 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k，使稳态误差小于（8分）。四、（16分）设负反馈系统如图2 ,前向通道传递函数为G（$） =,若采用测速负反馈H（s） + k,s,试画出以&为参变量 + 2）的根轨迹（10分）,并讨论R,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s（Ts +1）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

17、单位斜坡时的 稳态误差不大于，相角裕度不小于40，幅值裕度不小于10dB, 试设计串联校正网络。（16分）试题四 一、填空题(每空1分，共15分)1、对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面，即：、 和,其中最基本的要求是O2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为G($),则该系统的开环传递函数为O3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有、等。4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采用、等方法。5、设系统的开环传递函数为,则其开环幅频特性s(Tls + l)(T2s + i)为,相频特性为O6、PID控制器的输入一输出关系

18、的时域表达式是,其相应的传递函 数为O7、最小相位系统是指o二、选择题(每题2分，共20分)1、关于奈氏判据及其辅助函数F(s)= 1 +G(s)H(s),错误的说法是()A、F(s)的零点就是开环传递函数的极点B、F(s)的极点就是开环传递函数的极点C、F (s)的零点数与极点数相同D、F(s)的零点就是闭环传递函数的极点2、已知负反馈系统的开环传递函数为G($)= , “ + 1,则该系统的5 + 6s +100闭环特征方程为()。A、52 + 65 + 100 = 0B、 ($+ 6s+ 100) +(2$+ 1) = 0C、F + 6$ + 100+l = 0D、与是否为单位反馈系统有

19、关3、一阶系统的闭环极点越靠近S平面原点，则()。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(0.15+ 1)(5+ 5)()oA、100B、1000C、20D、不能确定5、若两个系统的根轨迹相同，则有相同的：A、闭环零点和极点B、开环零点C、闭环极点D、阶跃响应6、下列串联校正装置的传递函数中，能在0=1处提供最大相位超前 角的是()。A105 + 1D 105 + 1门 25 + 1A、 D、 U、5 + 10.15 + 10.55 + 1n 0.15 + 1、105 + 17、关于P I控制器作用，下列观点正确的有()A

20、、可使系统开环传函的型别提高，消除或减小稳态误差；B、积分部分主要是用来改善系统动态性能的；C、比例系数无论正负、大小如何变化，都不会影响系统稳定性；D、只要应用P I控制规律，系统的稳态误差就为零。8、关于线性系统稳定性的判定，下列观点正确的是（）。A、线性系统稳定的充分必要条件是：系统闭环特征方程的各项 系数都为正数；B、无论是开环极点或是闭环极点处于右半S平面，系统不稳定；C、如果系统闭环系统特征方程某项系数为负数，系统不稳定；D、当系统的相角裕度大于零，幅值裕度大于1时，系统不稳定。9、关于系统频域校正，下列观点错误的是（）A、一个设计良好的系统，相角裕度应为45度左右；B、开环频率特

21、性，在中频段对数幅频特性斜率应为-20dB/dec ;C、低频段，系统的开环增益主要由系统动态性能要求决定；D、利用超前网络进行串联校正，是利用超前网络的相角超前特 性。10、已知单位反馈系统的开环传递函数为当输r（5 + 65 + 100）入信号是r（t） = 2 + 2t + t2时，系统的稳态误差是（）A、0B、 gC 10D、20三、写出下图所示系统的传递函数少（结构图化简，梅逊公式均可）。R（s）四、（共15分）已知某单位反馈系统的闭环根轨迹图如下图所示1、写出该系统以根轨迹增益为变量的开环传递函数；（7分）2、求出分离点坐标，并写出该系统临界阻尼时的闭环传递函数。（8分）五、系统结

22、构如下图所示，求系统的超调量b%和调节时间。（12分）25+ 5)Z?/c六、已知最小相位系统的开环对数幅频特性厶o(Q)和串联校正装置的 对数幅频特性厶)如下图所示，原系统的幅值穿越频率为0. = 24.3mdIs :(共 30 分)1写出原系统的开环传递函数G($),并求其相角裕度乙，判断系统 的稳定性；(10分)2、写出校正装置的传递函数G,(s); (5分)3、写出校正后的开环传递函数G(s)G($),画出校正后系统的开环对 数幅频特性LGC(co),并用劳斯判据判断系统的稳定性。(15分)答案 试题一一、填空题(每题1分，共15分)仁给定值2、输入;扰动;3、G(s)+G2(s);4

23、、近;述 = 0.707; 52 + 25 + 2 = 0 :衰减振荡 2 5、亠+亠；5 + 0.255+0.556、开环极点;开环零点7 K(ts + ) 、s(Ts +1)8 u(t) = Kpe(t)+e(t)dt; l+由;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M 一 U o 刖u x (t)-u o (t)u o (t)卜 C=&dtR2(2分)即（2分）& R、C + (& + R Ju。=& R. C+

24、 R U (t)at at2、求传递函数对微分方程进行拉氏变换得(2R 足 CsUo(s) + g + R2)U0(s) = R2 CjUi(5)+ Z?2 Ut(5)分)得传递函数（2分）R、RCs + R：RRs + R + R2四、（共20分）解：1、（4分）呻嚅=Kp K s2 + K/3s+ Ki H1S 52、（4分）K = 40 = 0.7073、（4分）(7% =严/內=4.32%=丄=卓= 2.83利V24、（4分）G( 5)=5= 八 =+ K/35(5 + K0) 0s(s +1)1/01A一 = 20 = 1.414Kk5、(4分)-比”=0 G)得：G“($) = s

25、+K0五、（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、终点）；（1分）（2）实轴上的轨迹：_3）及（-3,3条渐近线:60, 180分离总 4启得：Kr =|d|*/ + 3=4与虚轴交点：D(5)=+6s2 +9s + Kr =0/1血(闷 =-or +9q= 0ReD(j6y)= -Geo1 + Kr = 0绘制根轨迹如右图所示。A： =54（2分）得K = K/9（1分）K与根轨迹增益G($) =5(5 + 3) 29系统稳定时根轨迹增益ZC的取值范围：Kr 54,（2分）系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益/C的取值范围：4K,.54,（3分）系统稳定且为欠

26、阻尼状态时开环增益K的取值范围：-K- tg 0.0 la）（1分）开环相频特性:（1分）3、求系统的相角裕度了:求幅值穿越频率，令人（q）=100=1得仪 31.6rad/ s（3分）%（0）= _9（F /gTO10fgTOOlQ =-90 -/gT316 fgT0316a-18（r（2分）/ = 180 + 0o（0.） = 180 180 = 0（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。试题二答案一

27、、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、霎； 输出拉氏变换;输入拉氏变换5、；如丽或：-180 -arctan）Q叩尸+I 1 +存少6、调整时间匚;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、B 9、 A 10、 D三、（8分）写出下图所示系统的传递函数器（结构图化简，梅逊公式均可）。解：传递函数 G(s):根据梅逊公式 G(s) = 3 = R(s) A(1分)4 条回路：厶=G2(s)G3(s)/($), L2 =-G4(5)7/(5

28、),厶=-G s)G2 (j)G3 ($),L4 = Gt (s)G4 (5)无互不接触回路。(2分)特征式4 = 1 一工厶=1 + G： (s)G, (s)H (s) + G4 (s)H(s) + G (s)G2 (s)G, ($) + Gk (s)G4 (s)/=!(2分)2 条前向通道：=G1（5）G2（5）G3（5）,A=1 ;P2 = G1(5)G4(5),A2 = 1(2分)/. G(s)=c(s)_ 也 + P4R(s) G】(s)G； (s)G3 (s) + q (Gj (s)1 + G2 (j)G3 (s)H ($) + G4 ($)H (s) + G(5)G2 (j)G3

29、 (s) + G、(s)G4 (s)（1分）四、（共20分）闭环传函的标准形式为：恋 其中血=-T2s2 + 2Ts + 1 + 2现$ + &” T= 52.7%1当江爲时,现 0.27t7t7lTx0.08Jl-0 才=0.265（4分）CT% = e e1.5%土 =竺=僭生04s现 g 0.8(3分）2、当m时,（4分）ttT/rx008= /二=，；二一=0.42s 叫G)n Jl_ 了Jl_ 了 Jl-087tb% =严 E =严 E = 25.4%4 4T 4x0.04rc =o.4j现 0.4t _兀_ 兀兀丁 _空0.0 卩 y/i /1-0.42O-% =严 E =严 E

30、= 25.4%4 4T 4x0.16匚=1.05现 0-4t _龙_ 兀冗丁 _卩 /1-0.42（3分）3、根据计算结果，讨论参数、T对阶跃响应的影响。（6分）（1）系统超调b%只与阻尼系数f有关，而与时间常数厂无关，纟增 大，超调刊）减小；（2分）（2）当时间常数厂一定，阻尼系数f增大，调整时间j减小，即暂 态过程缩短；峰值时间-增加，即初始响应速度变慢； （2分）（3）当阻尼系数纟一定，时间常数厂增大，调整时间f,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。（2分）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）实轴上的

31、轨迹：（- 00 , T ） 及 （0 ,3 ）:（2分） (3)求分离点坐标1 1 1=1d+1 d d-3(2分)分别对应的根轨迹增益为Kr = 1, Kr = 9求与虚轴的交点系统的闭环特征方程为 5(5-3) + K,.($ +1) = 0,即 52 + (Kr -3)5 + K,.=0令+ (Kr -3)5 + Kr s=j6) = 0, 得co=3, K, =3(2分)根轨迹如图1所示。2、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益的取值范围系统稳定时根轨迹增益ZC的取值范围：Kr3 ,(2分)(3分)开环增益 K与根轨迹增益 /C的关系：K3（1分）系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取

32、值范围：（1分）六、（共22分）解：1、系统的开环频率特性为（2分）jco(+jco)幅频特性:心）=相频特性：(pco) = -90 - arctan cd(2分)起点：cd = 0+, A(0+) = ,0+) = -90: (1 分)终点：0too,4(oo) = O(oo) = -18O ; (1 分)判断稳定性:开环传函无右半平面的极点，则P = 0,极坐标图不包围（一1, jO）点，则N = 0根据奈氏判据，Z = P-2N = 0系统稳定。（3分）2、若给定输入厂（t） =2t+2时，要求系统的稳态误差为，求开环增益系统为1型，位置误差系数Kp二oo,速度误差系数KV=K ,（2

33、分）依题意：, = = = =0.25 ,K K、. K K（3分）得K = 8（2分）故满足稳态误差要求的开环传递函数为G(s)H(s) =85(5 + 1)3、满足稳态误差要求系统的相角裕度I得叭-2.78令幅频特性 ：4（劲=一 =1COyjl + Of（2分） 0( ) = -90 一arctancoc = -90 一arctan2.7 -160（1分）相 角 裕 度/ = 180 + 0() = 180 160 = 20（2分）试题三答案、填空题（每题1分，共20分）1、稳定性（或：a,平稳性）:准确性（或：稳态精度,精度） 2、输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值;%.

34、+ 2打+研（或：5沪卅+ ；%$+1）3、劳斯判据（或:时域分析法）;奈奎斯特判据（或:频域分析法）4、结构；参数5、201gA(d?)(或:厶（e） ; lg Q （或：co按对数分度）6、开环传函中具有正实部的极点的个数，（或：右半S平面的开环极闭环传函中具有正实部的极点的个数（或：右半S平面的闭环极点 个数,不稳定的根的个数）;奈氏曲线逆时针方向包围（-1, jO ） 整圈数。7、系统响应到达并保持在终值5%或2%误差内所需的最短时间（或: 调整时间,调节时间）；响应的最大偏移量/心）与终值/心）的差与 /心）的比的百分数。（或：也A 勺X 100%,超调）/?（s）8、m(t) =

35、Kpe(t) + -e(t)dt(或：K/(f) + kJ： e(t)dt)Gcs) = Kp(l+- + rs)IQ(或：Kp + + Kds)9、4(劲=ii=/(刁劲？ +1 yl(T2co)2 + 10(e) = -90 一 好1 (7 - b (7二、判断选择题（每题2分，共16分）1、 C 2、 A 3、 B 4、 D 5、 A 6、 D 7、 D 8、A三、（16分）解：I型系统在跟踪单位斜坡输入信号时，稳态误差为= （2分）而静态速度误差系数 Kv = lini S G(s)H (5) = lun s K(0.5$ + l) = (2$to$to 5(5 + 1)(2j +1)

36、分)稳态误差为= =丄。(4分)Kv K要使 = 5f即K要大于5。(6分)0.2但其上限要符合系统稳定性要求。可由劳斯判据决定其上限。系统的闭环特征方程是0s) = $($ + l)(2s + l) + 0.5Ks + K = 2s+ 3,+ (l + 0.5K)s + K = 0(1分)构造劳斯表如下5321 + 0.5K523K3_05K为使首列大于0, 必须 0vK6。51035 K0综合稳态误差和稳定性要求，当5K（5）= 52 + 25 + 10V + 10 = 0, （1分）以不含K的各项和除方程两边，得、叫 =一1 ，令 10上=疋，得到等效开环传函为 = -1F + 2$ +

37、 1055- + 2S + 10（2分）参数根轨迹，起点：pl2=-lj3,终点：有限零点z严0,无穷零点y （2 分）实轴上根轨迹分布：, 0（2分）实轴上根轨迹的分离点：令 $仟+ 2$ + 10得ds I s 丿52-10 = 0,512 =/10 = 3.16合理的分离点是 =-710 = -3.16, （2分）该分离点对应的根轨迹增益为C _1_ 9 C -L 1 f）K； = = 4.33 ,对应的速度反馈时间常数k=- = 0.433 （1 分）10根轨迹有一根与负实轴重合的渐近线。由于开环传函两个极点/2=-lJ3 , 一个有限零点 = 0且零点不在两极点之间，故根轨迹为以零点

38、 = 0为圆心，以该圆心到分离点距离为半径的圆周。根轨迹与虚轴无交点，均处于S左半平面。系统绝对稳定。根轨迹如 图1所示。(4分)讨论大小对系统性能的影响如下：(1) 当 0 0.433(或/T 4.33),为过阻尼状态。系统响应为单调变化 过程。(1分)图1 四题系统参数根轨迹五、（16分）解：由题已知：G(s)H(s) = K(l_“),K,t,T0 , s(Ts +1)系统的开环频率特性为G(T吩也晋存1Q分)co(y + T-co-)开环频率特性极坐标图起点： 血=0+，4(0+) = 00,仅0+) = -90; (1 分)终点： 69oo,A(oo) = 0,?(oo) = -27

39、0 : (1 分)当 Krvl时，极坐标图不包围（-1, jO）点，系统稳定。（1分）当 心=1时，极坐标图穿过临界点(-1, jO)点，系统临界稳定。(1分)当 Krl时，极坐标图顺时针方向包围(1, jO)点一圈。N = 2(N_ N_) = 2(0 1) = 2按奈氏判据，Z = P-N = 2o系统不稳定。(2分)闭环有两个右平面的极点。六、(16分)解：从开环波特图可知，系统具有比例环节、两个积分环节、一个一 阶微分环节和一个惯性环节。K(丄 s + 1)故其开环传函应有以下形式G($)=(8分)52(5 + 1)由图可知：q = 1处的纵坐标为40dB,贝J L(l) = 201g

40、/C = 40 , 得K = 100(2 分)又由 3=和斫10的幅值分贝数分别为20和0,结合斜率定义，有-=-40,解得 co. =/10 = 3.16 rad/s (2 分) lg-lglO同理可得20 (10) =_20 或 201g 空=30lg lg0& =1000研=10000 得0 = 100 rad/s (2 分)(2分)故所求系统开环传递函数为G(s) =七、（16分）解：（1）、系统开环传函 G（s） = 输入信号为单位斜坡函数时 5（5 + 1）的稳态误差为,由于要求稳态误差不大于，取K = 20故20心灾+1）(5分)(2)、校正前系统的相角裕度/计算：Lco) =

41、20 lg 20 - 20 lg iu - 20 lg yjar + 1onL()a201g =0tq2 = 20 得 叭=4.47 rad/s/ = 180o-90o-rg_14.47 = 12.6 :而幅值裕度为无穷大，因为不存在0。（2 分）（3）、根据校正后系统对相位裕度的要求，确定超前环节应提供的相位补偿角% = 了”_了+8 = 40 12.6 + 5 = 32.433（2 分）（4）、校正网络参数计算1 + sui（p）n _ 1 + sin 331 - sm cpm l-sui33= 3.4（2分）（5）、超前校正环节在处的幅值为:101go = 101g3.4 = 5.31d

42、B使校正后的截止频率0发生在处，故在此频率处原系统的幅值应为一解得= 6（2分）厶（色”）=厶（氓）= 201g20-201g - 20 lg J（e + 1 =-5.31（6）、计算超前网络。=34血= CDn=-=T = = = = = a.Tyacom4a 6V34在放大倍后，超前校正网络为lf75 = l0306八1 + 751 + 0.095校正后的总开环传函为:分）Ge(s)G(s) =20(1 + 0.306s)5(5 + 1)(1 + 0.095)(2（2分）（7）校验性能指标相 角裕度 / = 180+（0.306x6）-90-tg16-tg1 （0.09x6） = 43 由

43、于校正后的相角始终大于一 180,故幅值裕度为无穷大。符合设计性能指标要求。（1分）试题四答案一、填空题（每空1分，共15分）仁稳定性 快速性准确性 稳定性2、G（$）;3、微分方程 传递函数 （或结构图信号流图）（任意两个均可）4、劳思判据根轨迹奈奎斯特判据5、4(劲=； 仅 = 90 fgT(7 fgT(7；6?)coylco)2 +1 y(T2(D)2 +16、 /?(/) = Kpe(t) + 牛 J： e(t)dt + Kpr-Gc (s) = K“ (1 + 吉 + rs)7、S右半平面不存在系统的开环极点及开环零点二、判断选择题(每题2分，共20分)kA 2、B3、D4、C5、C

44、6、B 7、A 8、C 9、C 10、D三、(8分)写出下图所示系统的传递函数3 (结构图化简，梅逊公R(s)式均可)。曲解：传递函数G(s):根据梅逊公式 G(s) = 3 = (2R(s) A分)3 条回路：厶=-G（s）Hi（s）, L. = -G2（s）H2（s）, Lj =-G5（s）H5（s）（1 分）1对互不接触回路：厶厶=q厲G,(s)比(s)(1分)A = 1-L/ + Z1L3 =l+G1（5）/1（5）+ G2（5）/2（5）+ G3（5）/3（5）4-G1（5）/1（5）G3（5）/3（5） Z=11条前向通道:P = G（s）Gm（s）G3（$）,= 1（2分）G（S

45、）G2（S）G3（S）1 + Gs）Hs） + G2（S）H2（S）+ Gs（5）/3（5）+ Gi（5）/1（5）G3（5）/3（5）（2分）四、（共15分）1、写出该系统以根轨迹增益zr*为变量的开环传递函数；（7分）2、求出分离点坐标，并写出该系统临界阻尼时的闭环传递函数。（8分）解：仁由图可以看出，系统有1个开环零点为：1 （1分）；有2个 开环极点为：0、-2 （1分），而且为零度根轨迹。由此可得以根轨迹增益炉为变量的开环传函G（$）=K*（-l）=l（l-s）（5 分）+ 2） + 2）2、求分离点坐标= 4 + -,得 =-0.732, d、= 2.732（2 分）d-1 d d+2-分别对应的根轨迹增益为 K： = 1.15, K； = 7.46（2分）分离点4为临界阻尼点，4为不稳定点。单位反馈系统在出（临界阻尼点）对应的闭环传递函数为,K7-S)(S)= G($)=$G + 2) =K*(l_s)= _1.15($_1)( 41 + G(s)卜 K*(l_s) s(s + 2)