自动控制原理期末考试题A卷

1、一、填空题（每空1分，共10分）1、在水箱水温控制系统中，受控对象为,被控量为O2、对自动控制的性能要求可归纳为、快速性和准确性三个方面，在阶跃响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的，而稳态误差体现的是。3、闭环系统的根轨迹起始于开环传递函数的，终止于开环传递函数的或无穷远。4、PID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:5、香农采样定理指出：如采样器的输入信号e（t）具有有限宽带，且有直到3h的频率分量，则使信号e（t）完满地从采样信号e*（t）中恢复过来的采样周期T要满足下列条件：o二、选择题（每题2分，共20分）1、设系统的传递函数为G （S） =J则系统的阻

2、尼比为（）。25“+5s + 1A. B 1C. D 25252、非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G，反馈通道传递函数为WS丿，当输入信号为R,则从输入端定义的误差E为（A、 E(S) = /?(S)G(S)B、E(S) = R(S)G(S)H(S)C、E(S) = /?(S)G(S) H(S)D、E(S) = R(S)-G(S)H(S)3、伯徳图中的低频段反映了系统的（)o4、5、A稳态性能B.动态性能C抗高频干扰能力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)5(5 + l)K($ + l)s(s + 5)K5(52 5 + 1)D.以上都不是)oD、K(l

3、-s)5(2-5)已知系统的开环传递函数为100(0.15 + 1)(5 4-5)则该系统的开环增益为（A、 100B、 1000C、20D、不能确定三、（6分）系统方框图如图所示，画出其信号流图，并求出传递函数器。K(s + 1)52(5+ 3)(5+ 6)四、（8分）已知反馈系统的开环传递函数为G（$） =1）试确定使系统稳定的K的取值范围。（4分）2）若要求系统对于输入r（t）= t2作用下的静态误差ess0.5,试确定K的取值范圉。（4分）五、（14分）已知系统的开环传递函数（沪荷二冇1）确定闭环系统根轨迹的出射角。（2分）2）确定闭环系统的根轨迹与虚轴的交点。（3分）3）绘制闭环系统

4、的根轨迹图。（6分）4）从图上确定 = 0.5时，闭环系统复数极点的位置。（3分）六、（14分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线厶）（"）如图所示:1）、写出该系统的开环传递函数Go（$）； （5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）、求系统的相角裕度卩。（3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？（3分）七、（14分）一最小相位系统传递函数的渐近对数幅频曲线如下图所示。1）求其传递函数。（3分）2）概略绘制系统的奈氏曲线图及用奈氏判据分析该系统的稳定性。（8分）3）说明能否直接山该渐近对数幅频曲线判断系统的稳定

5、性。（3分）八、（14分）设控制系统如图所示，要求：单位斜坡输入时，位置输出稳态误差Ssrad ,开环剪切频率©上4.4 rad/s,相角裕度/' >45w，幅值裕度h clb） > Odb .设计串联超前校正网 络。R(s)九、(10分)以下(a), (b)、(c)、(d)四图中的G曲线与负倒函数曲线的交点为NO, N10, N20, 判断各图中N10, 20对应的周期运动是否稳定。P-0(b)A卷答秦一、填空题(每空1分，共10分)1、水箱：水温2、稳能性：快速性：稳定性和准确性。3、极点：零点 4、加(/) = * + 牛 J： MM + K/ 讐Gc (s

6、) = Kp (1 + 右 + :5、丁 < :疋-二 28“、二、选择题(每题2分，共10分)A：D：A：B：C；三、(6分)解:恥）R(s,G(s)GqG)CG)（2分）P = G3G2 Pi= GGi Ai = A: = lL、=-G,H 厂 L 产-GG：H、（4分）Cs)_ G、G 广 G G 帀 zGEGGH四. （8分）G（s） =解：开环传递函数K(s + 1)52 (5+ 3)(5+ 6)特征方程：厂+ 3)(s + 6) + K(s + 1) = 0S4118KS39KS2162- K9KS1K2-81KSO9K系统稳左的K取值范围0<K<81.由 eSS

7、=2* (1/K*) =36/KW05, 72WK得：72WKQ1（2分）（2分）（4分）五、（14分）解1）图中标岀开环零极点&2 =90°（2分）0 = 0-(135° + 90°)±180° = ±452)令 s = js代入+ 25" +2s + Kr =0则有 一。'+2。= 03 = 土近;« = 4所以0=0； Kr=0（3分）3）每条根轨迹各2分（6分）（3分）画出60度角的矢量线与根轨迹的交点六.（14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。G

8、(y) =故其开环传函应有以下形式Ks(丄 $ + 1)(丄$ + 1)co &)2由图可知：血=1处的纵坐标为40dB,则厶（1） = 20lgK = 40,得K = 100（2分）=10 和 6?2=100（2分）故系统的开环传函为G()(s) =（1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:100(0 tY° 八 ICO +1/ + 1开环频率特性（1分）J l；10100人0)=开环幅频特性开环相频特性:%(y) = -90 -/g“O.ley-rg°0.010（1分）（1分）3、求系统的相角裕度了：儿（°）=求幅值穿越频率，令

9、=1得a 3.6rad/s（1分）（1分）（1分）)= _90 -fg“O0 -仗"0010. =-90 -/g36-仪0316总一180 丫 = 180 +%(q) = 180 180 = 0对最小相位系统z=0 临界稳泄4、可以采用以下措施提髙系统的稳定裕度：增加串联超前校正装置；增加串联滞后校正装宜：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。（3分）七、（14分）(1)依图可写岀G(s) =( + !)( + !)所以(2)201gK = E(e) = 40b,宀、 100gg)= j（2分）（1分）( 5+1)(5+1

10、) ® 0)2-12051因为P=o, N二0, Z=0,所以系统稳定。.O.42£aue4u（3 分）（3）可以直接由该渐近对数幅频曲线判断系统的稳定性。（3分）八、（14分）解：1）诊断由 G°（s）=（E pf（.$ +1）当KR10时，可满足稳态要求。 取K=10,绘出厶o（a»和（） 可求出：仪0 =廊心8°知,0.11 "i"i t n I| I I I 111KV10! ：10厶显然,/> /0 >（）且从段（劲下降不制烈J - 1 -'JJ1综合以上因索，适宜釆用G（$）=；"斗

11、a > 1门+ 1I I I 11 II I一| -1 t nt-180° ；（4分）希望指标:r>4.4 / >45°T 一丨一11 TI I I 11 II I|-| T m j"T T -1 -IHII1111aT 0.456f=Hi4 = 8-8- 8.8 10 , 倍厶（Q）1 2.2J10I | 111 |v .2）计算参数初选获） 基本出发点：使% = Q 由£（0）=厶（乞）+厶（皱）=仏（化）+10 lg a = 0A （歐）=一101厘由图，厶（Q）= -401g竺%44 =一40览一7=J Vio=-lOlga4u 3.75 * 4T =f=0.114ia（oc丁44.4th 厂 aTs +10.456s+ 1于是，（.（$丿=八丿 75+10.114S + 1（6分）3）校验:写出校正后的传递函数:G（沪K" +