自动控制原理期末考试题A卷

A卷一、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。2、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－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ωh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：________________。二、选择题（每题2分，共10分）1、设系统的传递函数为G（S）＝152512ss，则系统的阻尼比为（）。A．21B．1C．51D．2512、非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为()A、()()()ESRSGSB、()()()()ESRSGSHSC、()()()()ESRSGSHSD、()()()()ESRSGSHS3、伯德图中的低频段反映了系统的（）。A．稳态性能B．动态性能C．抗高频干扰能力D．.以上都不是4、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、(2)(1)KsssB、(1)(5Ksss）C、2(1)Ksss－D、(1)(2)Ksss5、已知系统的开环传递函数为100(0.11)(5)ss，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()()CSRS。四、(8分)已知反馈系统的开环传递函数为)6)(3()1()(2ssssKsG。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eSS≤0.5，试确定K的取值范围。（4分）五、（14分）已知系统的开环传递函数)22()()(2sssKsHsGr1）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）绘制闭环系统的根轨迹图。（6分）4）从图上确定5.0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0()L如图所示：1）、写出该系统的开环传递函数)(0sG；（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。（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）说明能否直接由该渐近对数幅频曲线判断系统的稳定性。（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rad,开环剪切频率rad/s,相角裕度,幅值裕度。设计串联超前校正网络。1.0sse4.4''co45''dbdbh10)(''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N0，N10，N20，判断各图中N0，N10，N20对应的周期运动是否稳定。（a）（b）（c）（d）A卷答案一、填空题（每空1分，共10分）1、水箱；水温2、稳定性；快速性；稳定性和准确性。3、极点；零点4、0()()()()tpppiKdetmtKetetdtKTdt；1()(1)CpiGsKsTs5、2(2)2shhT二、选择题（每题2分，共10分）A；D；A；B；C；三、（6分）解：………………………………..（2分）…………………………….…………..（４分）四、(8分)解：开环传递函数)6)(3()1()(2ssssKsG特征方程：0)1()6)(3(2sKsss………………………………………（2分）系统稳定的K取值范围0K81。…………………………………………………………（2分）由eSS=2*（1/K*）=36/K≤0.5，72≤K得：72≤K81…………………………………………………………………（4分）五、（14分）解1）图中标出开环零极点90oσ210-1-1p1P2P3jω135o135190245180)90135(0…………………………………………（2分）2）令js代入02223rKsssS4118KS39KS2162-K9KS1K2-81KS09K则有023022rK所以001rK；423.2rK；……………………………………（3分）3）每条根轨迹各2分σ210-1-1p1P2P3jω………………………………………………（6分）4）σ210-1-1p1P2P3jω60os…………………………………………………（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。故其开环传函应有以下形式12()11(1)(1)KGssss由图可知：1处的纵坐标为40dB,则(1)20lg40LK,得100K…………………（2分）1210和=100……………………………………………………………………………（2分）故系统的开环传函为1100110100)(0ssssG…………………………………………（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：开环频率特性0100()1110100Gjjjj……………………………………（1分）开环幅频特性022100()1110100A…………………………………（1分）开环相频特性：110()900.10.01stgtg…………………………………（1分）3、求系统的相角裕度：求幅值穿越频率，令022100()11110100A得31.6/crads……………（1分）11110()900.10.01903.160.316180ccctgtgtgtg………………（1分）0180()1801800c……………………………………………………………（1分）对最小相位系统0临界稳定4、可以采用以下措施提高系统的稳定裕度：增加串联超前校正装置；增加串联滞后校正装置；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）依图可写出GsKss()()()1211dbLK40)(lg20，100K………………………….…………（2分）所以Gsss()()()100111112…………………………………….…………..（1分）（2）……………………………………………….……（5分）因为P=0，N=0，Z=0，所以系统稳定。……………………………………………..（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）……………………………………………………………(4分)……………………………………………(6分)………………………………………………………(4分)九、（10分）图（a）N0稳定；………………………………………(2分)图（b）N0不稳定；………………………………………(2分)图（c）N10不稳定，N20稳定；……………………………(3分)图（d）N10稳定，N20不稳定。……………………………(3分)