自动控制原理期末试卷(答案)

PAGE3《自动控制原理》期末试卷及答案一、填空题（15分，每空0.5分）1、自动控制系统是指为了实现某种控制目的，将（被控对象）和（控制装置）按照一定的方式连接起来组成的有机整体。2、自动控制系统的基本控制方式包括（开环控制）、（闭环控制）和（复合控制）。3、线性连续定常系统按照输入量的变化规律不同可以划分为（恒值控制系统）、（随动控制系统）和程序控制系统。4、自动控制系统的基本要求包括（稳定性）、（快速性）和（准确性）。5、根据线性系统的（叠加）特性，当两个外作用同时加于系统所产生的总输出，等于各个外作用单独作用时分别产生的输出之和；为了简化研究工作，对控制系统的研究时其输入作用常取单位信号，这是利用线性系统（齐次）特性。6、关于系统传递函数的零点和极点对输出的影响而言，（极点）决定了描述系统自由模态，（零点）只影响各模态响应所占的比重系数，因而也影响响应曲线的形状。7、二阶系统的单位阶跃响应，其输出响应的超调量只与（阻尼比）有关，而与（自然振荡频率）无关。8、控制系统的根轨迹是关于（实轴）对称的，根轨迹曲线起始于（开环极点），终止于（闭环零点）。9、系统的幅相特性曲线，是关于（实轴）对称的，故一般只绘制从0变化到∞的幅相曲线；系统对数频率特性曲线的横坐标是按照（）的线性刻度划分的，其1个单位长度对应频率变化（10）倍。10、常用的系统校正方式包括（串联校正）、（并联校正）和（复合校正）。11、计算机离散控制系统的分析设计采用的主要数学模型是（Z脉冲传递函数），采样功能是由其内部的（A/D和D/A转换器）完成的；12、非线性控制系统的主要分析方法包括（线性化）、（相平面）和（描述函数法）。

二、（10分）一个控制系统结构如图，求传递函数解：采用梅逊公式计算有3个回路，，，【得2分】其中，两个回路不相交，有【得1分】所有，特征式为【得2分】前向通道只有一个，且与三个回路都相交【得2分】所以，传递函数为【得3分】

三、（15分）单位负反馈系统的开环传递函数为：，试利用劳斯判据确定使系统闭环稳定的K的取值范围。解：系统的闭环特征方程为（5分）列写Routh表（5分）闭环系统稳定的充要条件是，即使系统闭环稳定的K的范围是（5分）

四、(15分)已知单位负反馈系统的开环传递函数为1)试绘制系统随参数变化的根轨迹，并计算根轨迹的主要参数2)若要求系统在单位斜坡输入下稳态误差，求值范围解：1）根轨迹如图1）渐近线【得3分】2）分离点【得1分】得【得2分】3）与虚轴交点:闭环特征方程为【得1分】将带入，得得【得2分】2)所以，【得1分】在单位斜坡输入作用下，，得【得2分】又为保证闭环系统稳定，所以【得3分】

五、(15分)某控制系统的开环传递函数为1）绘制系统开环传递函数的概略幅相曲线；2）根据奈奎斯特判据确定使闭环系统稳定的值范围；3）计算使系统幅值裕度的值。解：1）系统频率特性为（2分）根据，得，（2分）与实轴交点为（2分）开环传递函数的概略幅相曲线如图所示（2分）2）因为，若要使系统稳定，则要求得（3分）3）已知，得（4分）

六、（15分）已知系统结构如图5所示，采样周期,求闭环脉冲传递函数，并判断闭环系统是否稳定。已知：解：【得4分】闭环脉冲传递函数为【得4分】所以，闭环特征方程为解得【得4分】因为，所以闭环系统不稳定【得3分】

七、（15分）系统如图所示，其中非线性环节描述函数为,线性部分1）试用描述函数法确定使系统存在周期运动的K值范围2）求出自振的频率和振幅解：1）非线性环节的负倒描述函数为【得1分】所以，【得1分】求线性部分的相位截止频率【得2分】得，【得2分】则【得2分】负倒描述函数曲线和线性部分幅相曲线如图所示。【得