《自动控制原理》模拟试卷三及答案

1《自动控制原理》模拟试卷三一、填空题（每空1分，共15分）1、在水箱水温控制系统中，受控对象为，被控量为。2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于。3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用；在频域分析中采用。4、传递函数是指在初始条件下、线性定常控制系统的与之比。5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)KssTs，则其开环幅频特性为，相频特性为。6、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穿越频率c对应时域性能指标，它们反映了系统动态过程的。二、选择题（每题2分，共20分）1、关于传递函数，错误的说法是()A传递函数只适用于线性定常系统；B传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响；C传递函数一般是为复变量s的真分式；D闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。2、下列哪种措施对改善系统的精度没有效果()。A、增加积分环节B、提高系统的开环增益KC、增加微分环节D、引入扰动补偿3、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的()。A、准确度越高B、准确度越低C、响应速度越快D、响应速度越慢4、已知系统的开环传递函数为50(21)(5)ss，则该系统的开环增益为()。2A、50B、25C、10D、55、若某系统的根轨迹有两个起点位于原点，则说明该系统()。A、含两个理想微分环节B、含两个积分环节C、位置误差系数为0D、速度误差系数为06、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标()。A、超调%B、稳态误差sseC、调整时间stD、峰值时间pt7、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8、若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是()。A、可改善系统的快速性及平稳性；B、会增加系统的信噪比；C、会使系统的根轨迹向s平面的左方弯曲或移动；D、可增加系统的稳定裕度。9、开环对数幅频特性的低频段决定了系统的()。A、稳态精度B、稳定裕度C、抗干扰性能D、快速性10、下列系统中属于不稳定的系统是()。A、闭环极点为1,212sj的系统B、闭环特征方程为2210ss的系统C、阶跃响应为0.4()20(1)tcte的系统D、脉冲响应为0.4()8thte的系统三、(8分)写出下图所示系统的传递函数()()CsRs（结构图化简，梅逊公式均可）。3四、（共20分）设系统闭环传递函数22()1()()21CssRsTsTs，试求：1、0.2；sT08.0；0.8；sT08.0时单位阶跃响应的超调量%、调节时间st及峰值时间pt。（7分）2、4.0；sT04.0和4.0；sT16.0时单位阶跃响应的超调量%、调节时间st和峰值时间pt。（7分）3、根据计算结果，讨论参数、T对阶跃响应的影响。（6分）五、(共15分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为(1)()()(3)rKsGSHSss－，试：1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹（求出：分离点、与虚轴的交点等）；（8分）2、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围。（7分）六、（共22分）已知反馈系统的开环传递函数为()()(1)KGsHsss，试：1、用奈奎斯特判据判断系统的稳定性；（10分）2、若给定输入r(t)=2t＋2时，要求系统的稳态误差为0.25，问开环增益K应取何值。（7分）3、求系统满足上面要求的相角裕度。（5分）4《自动控制原理》模拟试卷三参考答案一、填空题(每题1分，共20分)1、水箱；水温2、开环控制系统；闭环控制系统；闭环控制系统3、稳定；劳斯判据；奈奎斯特判据4、零；输出拉氏变换；输入拉氏变换5、2222211KT；arctan180arctanT(或：2180arctan1TT)6、调整时间st；快速性二、判断选择题(每题2分，共20分)1、B2、C3、D4、C5、B6、A7、B8、B9、A10、D三、(8分)写出下图所示系统的传递函数()()CsRs（结构图化简，梅逊公式均可）。解：传递函数G(s):根据梅逊公式1()()()niiiPCsGsRs（1分）4条回路:123()()()LGsGsHs,24()()LGsHs，3123()()(),LGsGsGs414()()LGsGs无互不接触回路。（2分）特征式：423412314111()()()()()()()()()()iiLGsGsHsGsHsGsGsGsGsGs（2分）2条前向通道:11231()()(),1PGsGsGs；2142()(),1PGsGs（2分）12314112223412314()()()()()()()()1()()()()()()()()()()GsGsGsGsGsPPCsGsRsGsGsHsGsHsGsGsGsGsGs（1分）四、(共20分)5解：系统的闭环传函的标准形式为：222221()212nnnsTsTsss，其中1nT1、当0.20.08Ts时，22/10.2/10.2222%52.7%4440.081.60.20.080.261110.2snpdneeTtsTts（4分）当0.80.08Ts时，22/10.8/10.8222%1.5%4440.080.40.80.080.421110.8snpdneeTtsTts（3分）2、当0.40.04Ts时，22/10.4/10.4222%25.4%4440.040.40.40.040.141110.4snpdneeTtsTts（4分）当0.40.16Ts时，22/10.4/10.4222%25.4%4440.161.60.40.160.551110.4snpdneeTtsTts（3分）3、根据计算结果，讨论参数、T对阶跃响应的影响。（6分）(1)系统超调%只与阻尼系数有关，而与时间常数T无关，增大，超调%减小；6（2分）(2)当时间常数T一定，阻尼系数增大，调整时间st减小，即暂态过程缩短；峰值时间pt增加，即初始响应速度变慢；（2分）(3)当阻尼系数一定，时间常数T增大，调整时间st增加，即暂态过程变长；峰值时间pt增加，即初始响应速度也变慢。（2分）五、(共15分)(1)系统有有2个开环极点（起点）：0、3，1个开环零点（终点）为：-1；（2分）(2)实轴上的轨迹：（-∞，-1）及（0，3）；（2分）(3)求分离点坐标11113ddd，得121,3dd；（2分）分别对应的根轨迹增益为1,9rrKK(4)求与虚轴的交点系统的闭环特征方程为(3)(1)0rssKs－,即2(3)0rrsKsK令2(3)0rrsjsKsK,得3,3rK（2分）根轨迹如图1所示。图12、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：3rK，（2分）系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr的取值范围：3~9rK，（3分）7开环增益K与根轨迹增益Kr的关系：3rKK（1分）系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围：1~3K（1分）六、（共22分）解：1、系统的开环频率特性为()()(1)KGjHjjj（2分）幅频特性：2()1KA，相频特性：()90arctan（2分）起点：00,(0),(0)90A；（1分）终点：,()0,()180A；（1分）0~:()90~180，曲线位于第3象限与实轴无交点。（1分）开环频率幅相特性图如图2所示。判断稳定性：开环传函无右半平面的极点，则0P，极坐标图不包围（－1，j0）点，则0N根据奈氏判据，Z＝P－2N＝0系统稳定。（3分）2、若给定输入r(t)=2t＋2时，要求系统的稳态误差为0.25，求开环增益K：系统为1型，位置误差系数KP=∞，速度误差系数KV=K，（2分）依题意：20.25ssvAAeKKK，（3分）得8K（2分）故满足稳态误差要求的开环传递函数为8()()(1)GsHsss3、满足稳态误差要求系统的相角裕度：图28令幅频特性：28()11A，得2.7c，（2分）()90arctan90arctan2.7160cc，（1分）相角裕度：180()18016020c（2分）