(第23讲)自动控制原理5-8(2)习题课

1、 自动控制原理自动控制原理西北工业大学自动化学院西北工业大学自动化学院 自自 动动 控控 制制 原原 理理 教教 学学 组组自动控制原理课程的任务与体系结构自动控制原理课程的任务与体系结构自动控制原理自动控制原理 5 5. . 线性系统的频域分析与校正线性系统的频域分析与校正 5.1 5.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念 5.2 5.2 幅相频率特性（幅相频率特性（Nyquist图）图） 5.3 5.3 对数频率特性（对数频率特性（Bode图）图） 5.4 5.4 频域稳定判据频域稳定判据 5.5 5.5 稳定裕度稳定裕度 5.6 5.6 利用开环频率特性分析系统的性能利用开环频率特性

2、分析系统的性能 5.7 5.7 闭环频率特性曲线的绘制闭环频率特性曲线的绘制 5.8 5.8 利用闭环频率特性分析系统的性能利用闭环频率特性分析系统的性能 5.9 5.9 频率法串联校正频率法串联校正 线性系统的频域分析与校正线性系统的频域分析与校正第五章小结第五章小结频域分析法小结频域分析法小结 自动控制原理自动控制原理4 45 5章测验题章测验题 一一. 单项选择题单项选择题 ( 在每小题的四个备选答案中，选出一在每小题的四个备选答案中，选出一 个正确的答案，将其题号写入题干的个正确的答案，将其题号写入题干的内，每小题内，每小题 1分，共分，共 分分 )1 1已知系统开环传递函数已知系统开

3、环传递函数 )(3(10)(asssG 若要绘制系统根轨迹，则其等效开环传递函数应该是若要绘制系统根轨迹，则其等效开环传递函数应该是 1032 ssas102)3(2 sssa10332 ssas10332 ssaasABCDD频域分析法小结频域分析法小结 2 2给出单位负反馈系统的开环传递函数，当给出单位负反馈系统的开环传递函数，当K=0K=0 变化时，应绘制变化时，应绘制0 0根轨迹的是根轨迹的是 )3)(2()1(*sssK )3)(2()1(*sssK )3)(2()1(*sssK )3)(2()1(*sssK ABCD3 3闭环系统幅频特性如图所示，闭环系统幅频特性如图所示， 则系统

4、带宽频率是则系统带宽频率是 ABCD2 3 4 5 BC频域分析法小结频域分析法小结 AD4 4开环对数幅频特性的中频段决定开环对数幅频特性的中频段决定 A系统的型别；系统的型别； B系统的抗干扰能力；系统的抗干扰能力； C系统的稳态误差；系统的稳态误差； D系统的动态性能。系统的动态性能。5 5最小相角系统闭环稳定的充要条件是最小相角系统闭环稳定的充要条件是 A奈奎斯特曲线不包围奈奎斯特曲线不包围(-1,j0)点；点；B奈奎斯特曲线包围奈奎斯特曲线包围(-1,j0)点；点；C奈奎斯特曲线顺时针包围奈奎斯特曲线顺时针包围(-1,j0)点；点； D奈奎斯特曲线逆时针包围奈奎斯特曲线逆时针包围(-

5、1,j0)点。点。频域分析法小结频域分析法小结 6 6开环对数频率特性沿开环对数频率特性沿 轴向左平移时轴向左平移时 A. c 减小，减小，g g 增加；增加； B. c 减小，减小，g g 不变；不变；C. c 增加，增加，g g 不变；不变； D. c 不变，不变，g g 也不变。也不变。7 7两典型二阶系统的超调量两典型二阶系统的超调量s s相等，则此两相等，则此两 系统具有相同的系统具有相同的 A. 自然频率自然频率 n； B. 相角裕度相角裕度g ;g ; C. 阻尼振荡频率阻尼振荡频率 d； D. 开环增益开环增益K。BB频域分析法小结频域分析法小结 D8 8单位反馈系统的开环传递

6、函数单位反馈系统的开环传递函数 0 A. D.dB 16 C.dB 24 B.其幅值裕度其幅值裕度 h h 等于等于 )24(16)( sssG9 9已知串联校正装置的传递函数为已知串联校正装置的传递函数为 则它是则它是 10)5(2 . 0 ssA相位迟后校正；相位迟后校正； B迟后超前校正；迟后超前校正； C相位超前校正；相位超前校正； D、都不是都不是。C频域分析法小结频域分析法小结A1010开环系统开环系统Bode图如图所示，对应的开环传递图如图所示，对应的开环传递 函数函数G(s)应该是应该是 1112 ss1112 ss1121 ss1112 ssA.B.C.D.频域分析法小结频域

7、分析法小结C11.11.单位反馈最小相角系统的开环对数频率特性如图单位反馈最小相角系统的开环对数频率特性如图 所示，要用串联校正方式使校正后系统满足条件所示，要用串联校正方式使校正后系统满足条件 ，则应采用，则应采用 超前校正；超前校正； 迟后校正；迟后校正； 迟后迟后- -超前校正；超前校正； D 用串联校正方式用串联校正方式 不可能满足要求不可能满足要求。 50, 4*g g C频域分析法小结频域分析法小结 1212典型二阶系统的超调量越大，反映出系统典型二阶系统的超调量越大，反映出系统 频率特性的谐振峰值越小；频率特性的谐振峰值越小； 阻尼比越大；阻尼比越大； 闭环增益越大；闭环增益越大

8、； 相角裕度越小。相角裕度越小。 D频域分析法小结频域分析法小结 二二. . 多项选择题多项选择题( (在每小题的五个备选答案中，选出在每小题的五个备选答案中，选出 二至五个正确的答案，将其号码写入题干的二至五个正确的答案，将其号码写入题干的 内，正确答案没有选全、多选或有内，正确答案没有选全、多选或有 选错的，该题无分，每小题选错的，该题无分，每小题2 2分，共分，共 分分) ) 1 1系统的频率特性系统的频率特性 A是频率是频率的函数；的函数； B与输入幅值有关；与输入幅值有关； C与输出有关；与输出有关； D与时间与时间t t有关；有关； E由系统的结构、参数确定。由系统的结构、参数确定

9、。 A E频域分析法小结频域分析法小结 2 2根据下列开环传递函数作根据下列开环传递函数作K=0变化的根轨迹变化的根轨迹, , 应画常规根轨迹的有应画常规根轨迹的有 )3)(2()1(* sssK)3)(2()1(* sssK)3)(2()1(* sssK)3)(2()1(* sssK)3)(2()1(*sssK A.B.C.D.E.A B C E频域分析法小结频域分析法小结 3 3指出下列由闭环频率特性引出的指标指出下列由闭环频率特性引出的指标 A带宽频率带宽频率 b ； B相角裕度相角裕度g g； C零频值零频值M(0) ； D 谐振峰值谐振峰值 r ； E截止频率截止频率 c 。 A C

10、 D频域分析法小结频域分析法小结 4 4典型欠阻尼二阶系统，典型欠阻尼二阶系统， 当开环增益当开环增益K K增加时，系统增加时，系统 A阻尼比阻尼比x x增大，超调量增大，超调量s s增大增大； B阻尼比阻尼比x x减小，超调量减小，超调量s s增大增大； C阻尼比阻尼比x x增大，超调量增大，超调量s s减小减小； D无阻尼自然频无阻尼自然频率率 n增大增大； E无阻尼自然频无阻尼自然频率率 n减小减小。 B D频域分析法小结频域分析法小结 5 5指出下列由开环频率特性引出的指标指出下列由开环频率特性引出的指标 A幅值裕度幅值裕度h； B谐振频率谐振频率 r； C截止频率截止频率 c； D带

11、宽频率带宽频率 b； E相角裕度相角裕度g g。EA C频域分析法小结频域分析法小结 6 6若为非最小相位系统，则有若为非最小相位系统，则有 A画根轨迹时，应作零度根轨迹；画根轨迹时，应作零度根轨迹； B一定存在一个使闭环系统不稳定的开环增益的一定存在一个使闭环系统不稳定的开环增益的 取值范围；取值范围； C对应的闭环系统一定不稳定；对应的闭环系统一定不稳定； D其相频特性相角变化的绝对值一定不小于最小其相频特性相角变化的绝对值一定不小于最小 相位系统相角变化的绝对值；相位系统相角变化的绝对值； E根据对数幅频特性可以确定系统的传递函数。根据对数幅频特性可以确定系统的传递函数。 B D频域分析

12、法小结频域分析法小结 7 7典型二阶系统，当典型二阶系统，当x x=0.707时，试问时，试问: :无阻尼自然频无阻尼自然频率率 n、阻尼振荡频率、阻尼振荡频率 d以及谐振频率以及谐振频率 r之间的关系是之间的关系是nr A.nd B.dn C.rd D.rn E.EC D频域分析法小结频域分析法小结 三分析计算题三分析计算题1.1.单位反馈系统的开环传递函数为单位反馈系统的开环传递函数为 , , 试估算下列各性能指标值试估算下列各性能指标值: : )24(16)( sssG 超调量超调量 s s= = 相角裕度相角裕度g g = = 调节时间调节时间 t ts s= = 幅值裕度幅值裕度=

13、= r(t)=1(t)时时,ess= = 谐振频率谐振频率 r= = r(t)= t 时时, ,ess= 谐振峰值谐振峰值Mr= = 截止频率截止频率 c= = 带宽频率带宽频率 b= =0032. 4225 . 304222 4 .632422tg90-1 014 n 频域分析法小结频域分析法小结0)21(212)1( NPZ 2.2.已知开环系统的频率特性如下图所示，试判断闭环已知开环系统的频率特性如下图所示，试判断闭环系统系统 的稳定性，求出闭环系统在右半平面的极点数。的稳定性，求出闭环系统在右半平面的极点数。 0)1(222)2( NPZ0)0(202)3( NPZ解解. . 频域分析法小结频域分析法小结 3. 3.假设当假设当K=100时，系统开时，系统开环幅相特性如图所示。已知右环幅相特性如图所示。已知右 半半s平面的开环极点数平面的开环极点数P=0, , 试确定使系统稳定的开环增试确定使系统稳定的开环增 益益K的范围。的范围。 解解. . 100)( KjG 1)( jGK( (临界临界)50 50)(50 jG25010050 K220 20)(20 jG52010020 K50.0505. 0)(05. 0 jG200005. 010005. 0 K20000稳稳定定 稳稳定定 频域分析法小结频