2022年2022年自动控制原理期末考试卷与答案

1、精选学习资料 - - - 欢迎下载自动掌握原理期末考试卷与答案一.填空题（每空1分,共 20 分）1.对自动掌握系统的基本要求可以概括为三个方面,即：稳固性.快速性和精确性；2.掌握系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值称为传递函数；3.在经典掌握理论中,可采纳劳斯判据 或：时域分析法.根轨迹法或奈奎斯特判据或：频域分析法 等方法判定线性掌握系统稳固性； 4.掌握系统的数学模型,取决于系统结构和参数 、与外作用及初始条件无关；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载5.线性系统的对数幅频特性,纵坐标取值为20lga 或：l ,横坐标为lg；精品学习资料精选学习资料 - -

2、- 欢迎下载6.奈奎斯特稳固判据中,z = p - r,其中 p 为指开环传函中具有正实部的极点的个数,z 为指闭环传函中具有正实部的极点的个数,r 指 奈氏曲线逆时针方向包围-1、 j0 整圈数；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载7.在二阶系统的单位阶跃响应图中,ts 定义为调整时间；% 为超调量；akkt 21t21精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载8.设系统的开环传递函数为st1s,就其开环幅频特性为1t2 s112,相频特性精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载90 0tg 1ttg 1t为12；9.反馈掌握又称偏差掌握,其掌握作用为通过给定值与反馈量的

3、差值进行的；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载10.如某系统的单位脉冲响应为g t 10e0.2t5e 0.5 t ,就该系统的传递函数gs为105；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载s0.2ss0.5s11.自动掌握系统有两种基本掌握方式,当掌握装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为开环掌握系统；当掌握装置与受控对象之间不但有顺向作用而且仍有反向联系时,称为闭环掌握系统；含有测速发电机的电动机速度掌握系统,属于闭环掌握系统；12.根轨迹起始于开环极点,终止于开环零点；13.稳固为对掌握系统最基本的要求,如一个掌握系统的响应曲线为衰减振荡,就该系统稳固；判定

4、一个闭环线性掌握系统为否稳固,在时域分析中采纳劳斯判据；在频域分析中采纳奈奎斯特判据；14.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越频率c 对应时域性能指标调整时间ts ,它们反映了系统动态过程的快速性二. 8 分 试建立如图3 所示电路的动态微分方程,并求传递函数；图 3解： 1.建立电路的动态微分方程精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载依据 kcl有u i t u 0 t r1c du i t dtu 0 t u 0 t r2精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载2 分即r r cdu 0 t rr

5、u tr r cdu i tr u t 2 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载12120dt122idt精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载2.求传递函数对微分方程进行拉氏变换得精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载r1 r2csu 0 sr1r2 u 0 sr1 r2 csu i sr2 u i s2 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载得传递函数g su 0 su i sr1r2 csr2r1 r2csr1r22 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载三.（共 20 分）系统结构图如图4 所

6、示：精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载1.写出闭环传递函数sc srs表达式；（ 4 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载2.要使系统满意条件：0（ 4 分）0.707 、n2 、 试确定相应的参数k 和；图 4精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载3.求此时系统的动态性能指标0 、ts ；（4 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载4. r t2t 时,求系统由r t 产生的稳态误差ess ；（ 4 分）精品学

7、习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载5.确定gn s ,使干扰n t 对系统输出kct 无影响；（ 4 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载解： 1.（ 4 分）2.（ 4 分）ks2ncsrs1224s2kkss2k4ks2ksk2nnns22s2精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载3.（ 4 分）k2n10 0ek2224.32 000.7074t sn42.832精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载s2k1k k1ea21.414精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载4.（ 4 分）gs1ksss

8、kssks s1v1k精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载5.（ 4 分） 令：n sc sn s1k1 g ssn ss0得： gn ssk精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载四. 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l db精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载20-10-401 110-202-40精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载解：从开环伯德图可知,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；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载故

9、其开环传函应有以下形式g sk 1 s11s2 1 s128 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载由图可知：1 处的纵坐标为40db、就l 120lg k40 、得k1002 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载又由1和=10 的幅值分贝数分别为20 和 0,结合斜率定义,有精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载20040 ,解得lg1lg101103.16 rad/s2 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载同理可得201020或20lg230,精品学习资料精

10、选学习资料 - - - 欢迎下载lg1lg21精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载21000210000得100rad/s2 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载212精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载故所求系统开环传递函数为100s1gs10s2 s12 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载100五. 共 15 分 已知某单位反馈系统的开环传递函数为gsk rs s:32精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载1.绘制该系统以根轨迹增益k r 为变量的根轨迹（求出：渐近线.分别点.与虚轴的交点等）；（ 8 分）2.确定使系统满意01的开环增

11、益k 的取值范畴；（ 7 分）1.绘制根轨迹（ 8 分）1 系统有有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）；（ 1 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载(3) 3条渐近线：(4) 分别点：1d3a360 、20d332180得：（ 2 分）d1（ 2 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载2k rdd34精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载(5) 与虚轴交点：d ss36s29sk r0精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习

12、资料 - - - 欢迎下载im d j3903r（ 2 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载re d j62k0k r54精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载绘制根轨迹如右图所示；2.（ 7 分） 开环增益 k 与根轨迹增益kr 的关系：k rgsk r9精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载ss3 2s 2s13精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载得 kk r9（ 1 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载系统稳固时根轨迹增益k r 的取值范畴：k r54 ,（ 2 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载系统稳固且为欠阻尼状态

13、时根轨迹增益kr 的取值范畴：4k r54 ,（3 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载系统稳固且为欠阻尼状态时开环增益k 的取值范畴：4k69（1 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载六.（共 22 分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线l 0 如图 5 所示：精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载1.写出该系统的开环传递函数g0 s ；（8 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载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；（ 7 分）4.如系统的稳固裕度不够大,可以采纳什么措施提高系统的稳固裕

14、度？（4 分）解： 1.从开环伯德图可知,原系统具有比例环节.一个积分环节.两个惯性环节；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载故其开环传函应有以下形式gss 1 sk1 1 s12 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载12精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载由图可知：1 处的纵坐标为40db、就 l 120lg k40 、 得 k1002 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载110和2 =100（ 2 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载故系统的开环传函为g0 s100sss11（ 2 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载

15、101002.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：精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载开环频率特性g0 j100jj110j1100（ 1 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载开环幅频特性a0 10022（ 1 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载开环相频特性：10o0 s90tg11 0.1100tg110.01（1 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载3.求系统的相角裕度：精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载求幅值穿越频率,令a 1001得31.6rad/ s （

16、3 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载022c1110100精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载oo0 c 90tg 1 0.1tg 10.0190otg 13.16tg 1 0.316180o（2 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载cc180o0 c 180180o0（ 2 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载对最小相位系统0o临界稳固4.（ 4 分） 可以采纳以下措施提高系统的稳固裕度：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

17、 或 pid 掌握器；在积分环节外加单位负反馈；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载六.已知最小相位系统的开环对数幅频特性l0 和串联校正装置的对数幅频特性lc 如下图所示, 原系统的幅值穿精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载越频率为c24.3rad/ s ：（共 30 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载1. 写出原系统的开环传递函数g0 s 、并求其相角裕度0 ,判定系统的稳固性； （ 10 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料

18、 - - - 欢迎下载2. 写出校正装置的传递函数gc s ；（5 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载3.写出校正后的开环传递函数g0 sgc s,画出校正后系统的开环对数幅频特性lgc ,并用劳斯判据判定系统的精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载稳固性；（ 15 分）l精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载-20db/decl 040-40db/dec精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载0.320.010.111024.320100精品学习资料精选学习资料

19、- - - 欢迎下载-20db/decl c-60db/dec精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载解： 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；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载故其开环传函应有以下形式kg0 s112 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载ss1s1精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载12由图可知：1 处的纵坐标为40db、就l 120lgk40 、得k1002 分110和2 =20精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载故原系统的开环传函为g s100100（ 2 分）精品学习资料精选学习资料 -

20、 - - 欢迎下载011s0.1s10.05s1精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载ss1s1精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载o1020精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载求原系统的相角裕度0 ：0 s90tg 10.1tg 1 0.05精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载由题知原系统的幅值穿越频率为c24.3rad / s精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载oo0 c 90tg 10.1tg 1 0.05208o（1 分）精品学习资料精选学习资料

21、- - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载cc0180o0 c 180208o28o（ 1 分）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载o对最小相位系统0280 o不稳固精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载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,为滞后校正装置；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载故其开环传函应有以下形式g s1s12 '1s10.323.125s15 分精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载c11100 s1s1s11 '0.01精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载3.校正后的开环传递函数g0 sgc s 为精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资