电子科技大学自动控制原理考研试题

电子科技大学2011年攻读硕士学位研究生入学试题考试科目；839自动控制原理提示：所有答案必须写在答姬纸上，做在试卷或草稿纸上无效1、（共10分）某负反馈系统动态结构枢圈如图1所示,选取图中玉，丛作为系统的状态变试列写其状态空间表达式。22222、（共20分）在变速风力发电机纽中.液压变桨子系统可以通过••个二阶模彤来模拟，如图力所示.但当液压下降或有空"进入时，系统参数及特性都将发生改变•现在给系统引入微分反燃控制1+15,如图2b所希.图中叼=2,，=0.4,子=0.1.试求：1）原系统的辎值时间®最大超调成。％及调整时间r5（A=5%>2）引入该微分反馈控制后•计算并比较系统时域动态性能指标有何变化。%)。%)。Q（共10分）某控制系统框图如图3所示,图中0（$）的单位阶跃响应为=（1-广‘）,若系统输入尸（7）=20乂1（。,求系统稳态输出c（«）4、（共15分）某采样控制系统如图4所示，试给出该系统稳定的条件。5、（共15分）某系统的开环传遂前数为G（听=";・・—77・二一］.其中参数八匕，K均S（1+Cs）（l+&）大于零，试绘制系统的开环频率极坐标图（Nyquist图）.；（s+Q）6、（共15分）某单位倒反馈系统开环传递函数为＜7（5）=七-■当参数角从0连续向F变化时，试绘制系统的闭环根轨迹图.（共20分）某控制系统方框图如图5所示，前向通道中=f为比例积分微分控制器，榆称P】D控制器。其中、k"《分别为比例、积分和饿分系数，通常通过调节'系数可以得到不同的控制效果.试确定：1）如何调节P1D控制器参数站，知眉的值，可使得控制器筒化为PI控制器，且系统闭环枪•定：2）如何调节PID控制器参数人尸&，加伯痕，可使控制器简化为PD控制器•旦系统的闭环极点均位于s平面平行于虚轴的直线s=•】的左边•8、（共15分）某非线性系统框图如图6所示.其中可（刀）=竺=二，试讨论；nAjfA1）反馈通道参敏E）时，当系统受到脉冲干扰顾*t・S）的作用下，18时，系统是否处于自持振落状态?2）反愀通道参数成时，如何调整K和t的值可以使系统以A=2,wl为参数做自持振荡运动？国6X=%+u9、（共15分〉某系统状态空间表达式为’L6°JL2J，j=[0试通过没计全维状态观奥器实现系统状态反馈，并使系统闭环极点配置6i-5±/5.且豆泌器的极点配省在-10±;10TOC\o"1-5"\h\z10、（共15分）己知某线性离散系统的齐次状态方程为郴+!）=她蜀，其中01o',=001,a>002a0■■试用Lyapunov法确定•使系统在平衡点天=0处渐进稳定时】的取值范电于科技大字2011年攻读硕士学位研究生入学试题参考答案

考试科目；839自动控制原理】、(共10分)x2=-2j,-3xx2=-2j,-3x2+2u

x3=2与一3习001-o乂=-2-30n202-3♦■0一■*=[100]^2、（共20分）1）con=2g=0.43fn=—=―=1.725,u%=es，＜：xlOO%=25.3%.'=—=3.75（A=5%）Qo）』-尸知、当引入微分反馈后，闭环特征方程为$、雄对.5畋)心m」=0,此时系统等效叫=2,&=。+0.5砰=0.5r=—=—=1.815.or%=x100%=16.3%吐心T；L=—^―=3(△=5%)加引入微分反馈控制后,股大超诚鱼降低，调益肘何缩短.系统响应速度有所下降.（共10分）由题意可得G」s)=2j+5由系统框图可得0($)=空=—R(s)了+95+100由中伉定理可得.系统和态误差为c(oc)=lim.^)/e(5)=—I。54、（共L5分）!）由题意可得K(1-检)26⑵二(z-l)(z-e7)JLLLII系统特征方程为(z-*-/)#K(l・e，)z=0,即舛[K(l-cr)-(l+e，)]z+c'=0.二L-IL=—代入特征方程可得，K(i-Q)/+(2-2j，)w[2(l+J)-K(l+。『)]=0w-1由Roulh判据可知IK(l"十)>0i]^e~t,2-2eT>0=系统渐进稳定的条件为3.乙1-&'2(l+e,)-K(l+e)0S、（共］5分）l）系统频率特性K_和-7脆）|.K（g）G"=C/M（l+m）（E7>j"—胃（1町％顶1十&豚）十）航而布'讶y糊濒特性冏，切）|=、j『：,3；~T相频特性a㈣=顺°ft建丁询一吹圾r?。实频特性i/@）=_盘（嵩二，疽）虚频特性气（i+f常京：）2）可以判断当3由。TX时，Nyquist曲线位于复平面的一、二象限•起点？limReG（Jm）=plimImG（ja））=s,“TO'由于实部趋于-8的速度快，故初始相角为T80°终点:lim|G（/0）|=0limZG（；fi））=-360°a—（T♦-*0与虚轴交点：©二4时,与虚轴交点1"）=切耍44Eg)]Ir令人黑可得一=-142可知可按180°根轨迹规则绘制系统根轨迹1）起点、终由：起始于Q,Q5,-0,5,终止于无穷远处2）实轴上根轨迹区何（・》,0]3）渐近线：三条渐近线七=-：与实轴正方向夹角为60&,180°,-120°4）分离点；d=-L65〉与庞轴的交点；±j|-05RealAm系统根轨迹如图所示...RootLocus.44Eg)]Ir令人黑可得一=-142可知可按180°根轨迹规则绘制系统根-05RealAm系统根轨迹如图所示...RootLocus.oJeMe?§^G-（共20分）令5可以使得P1D控制器简化为PI控制器.此时系统闭环传递函数为6($)二6($)二k》s十站

j3+2s?+ks+k.531kDs，2K系统闭环特征方程为：y5+2s2+kDs^k.=0-列出Routh表,源-kP，F竺M02s°k0由稳定条件可得2）令皓0,PID控制器简化为PD控制器。此时系统闭环传函为①（s）m—系统闭环特征方程为：『4（2+幻）=0为使系统闭环极点均位于$=-1左边，令ZS+1,代入上式得z2+k,z-l-k」+稣=。.列Routh表，—I-1-知+*pZ’、。Z°-f%°由毯定性判据可待当满足灯油kp>l+k.时，系统闭环极点均位于s・.l左边'8、（共15分）1）由IS可知G（初）=3K一KSa?）____1_=_^A"（1十〃）（4+/）'砍1+击）（4十cy2）'N（A）8通过绘制G啊MA）的曲线.可以判断.系统是自特振荡状态。当系统受到脉冲干扰后，经过一段时间将恢复到自持振荡上来.2）系统处于自持振荡必满足G（问）=—.即N（/）G（）初）=一1N（少8眼加心如（|阳）GW）|=1=芸:冲"）（2+问。"犬葺妣[zW）G如=-180°ZN（^）+ZG（Jcy）=-180°=>t=0.322即K=2.4&,v=0.322时，系统做自持振荡运动9、（共15分）1）先判断系统状态的能控能观性由rank[BAB}^-rank0-220=2,系统状态完全能控■.C=rank■■01C7f■■60■.=2,系统状态完全能观测1]|=g+10■j\0)(f+10+/IO)一项2>设观测器反馈矩阵打=%凡］丁，令

s+51

1]|=g+10■j\0)(f+10+/IO)一项设状态反馈增留知降K=［*kg,令s+51-6、.比皎系数可得K=[&站]=[9.5&止(s+5-/5)G+5+/5)-25]10、(