《自动控制原理》A卷答案(电气工程及自动化专业)

第1页/共6页山东科技大学2007—2008学年第一学期《自动控制原理》考试试卷（A卷）答案及评分标准班级姓名学号一、填空题（每空1分，共15分）1、对自动控制系统的基本性能要求可归纳为三个方面，这三个方面是稳、快、准。2、对于最小相位系统，开环对数幅频特性的低频区决定了系统的准确性能；中频区决定了系统的快速性能。高频区决定了系统抗干扰性能。若要求提高系统的响应速度应选择超前校正装置。若要求提高系统抑制噪声的能力应选择滞后校正装置。3、某反馈控制的特征函数)5s1)(2s.01()5s.01)(1s.01()s(H)s(G1)s(F则该系统的开环极点-5，-0.2，为闭环极点为-10，-2。4、如下图所示系统的开环放大倍数为100，当输入信号4)t(r时，系统稳态误差为4/101，当输入信号4)t(rt时，系统稳态误差为。5、系统传递函数2345)(2ssssG，其可控标准型为xyuxx54,103210。可观测标准型动态方程为xyuxx10,543120。二、选择题（每题3分，共15分）1、若系统（或元件）的某输入输出的拉氏变换分别为)(),(0sxsxi，对应的传递函数记为G(s)，则下列说法是不正确的有（B）A在零初始条件下，)()(0sXsXiG(s)；B)()(G(s)0sXsXi，描述了系统的全部信息；题号一二三四总得分评卷人审核人得分第2页/共6页C若g(t)为单位脉冲响应，则L[g(t)]G(s)；DG(s)反映了系统本身的固有特性。2、已知系统的状态方程和输出方程为xyuxx532,121132，则系统状态（A）。A．可控，可观；B．可控，不可观；C．不可控，可观；D．不可控，不可观3、非线性系统周期运动如下图，G曲线和)(1AN曲线有两个交点1、2，下列说法正确的是（D）A、1对应的周期运动是稳定的，2对应的周期运动是稳定的。B、1对应的周期运动是不稳定的，2对应的周期运动是不稳定的。C、1对应的周期运动是不稳定的，2对应的周期运动是稳定的。D、1对应的周期运动是稳定的，2对应的周期运动是不稳定的。4、若某系统的Bode图已知，其低频处的幅频特性是一条斜率为20dB/dec-的直线，且当1时幅值为20dB，相频90)0(，则该系统（B）A是0型系统，开环放大倍数为10；B是I型系统，开环放大倍数为10；C是0型系统，开环放大倍数为10；D是I型系统，开环放大倍数为10。5、已知系统特征方程02333234ssss，下列说法正确的是（B）A．系统稳定。B.系统临界稳定。C.系统不稳定。D.无法判断。三、计算题（每题10分，共40分）1、如下图所示系统，其单位阶跃响应曲线h(t)所示，试确定参数k及a。解：依题可知21R第3页/共6页%91109.1%''75.01)(pth（3分）)1(22)(22222nnnnnaKssKassKs（1分）)4(75.012npt（1分）22122ln0.090.76651%0.09(5)0.76650.60833(52.55)10.7665e（2分）:)4()5((6)236.5608.0175.02秒弧n（1分）)1()6).(5(37.6236.5608.0224.27236.522nnaK（2分）2、系统结构图如下图所示，求系统的闭环传递函数)(s.解（1）：等效变换法：(每步2分)第4页/共6页3211212322441321413243241212132411)]([1)()()()(GGGHGGHGGHGGGGGGGGGGGGGGHGGHGGGGGsRsCs＋＋＋＋＋＋　　　　　　＝3、采样系统结构如下图所示，其中K=1，T=1s，1）求闭环脉冲传递函数)(z。2）判断系统稳定性。解：1）368.0368.1264.0368.0)1(1)1()(221zzzssZzzG(4分)632.0264.0368.0)(1)()(2zzzzGzGz(2分)2）系统闭环特征方程为：0632.0)(2zzzD(2分)特征根618.05.02,1jz，在单位圆内，系统稳定。(2分)4、系统的动态方程为，uxx202310，xy02，能否通过状态反馈把系统的极点配r(t)c(t)seTs1)1(ssK-第5页/共6页置在-10，-10处，若可以，求出实现上述极点配置的反馈矩阵K。4220AbbS，ranks=2，系统可控，可以通过状态反馈实现极点配置。（3分）21kkK，221121()2(1)233222ssIAbKskskksk（3分）*2()20100asss（2分）212(1)2023100kk,1251.511kk（2分）四、绘图题（每题15分，共30分）1、已知某系统的开环传递函数为)2)(1()()(sssKsHsG，1）画出以K为参数的闭环系统根轨迹图；2）求出使系统稳定的K值范围。解：开环极点:210321p,p,p渐近线:180601aa（2分）实轴上的根轨迹:]0,1[],2,(（2分）分离点:舍577.1433.0612602630)()([2,12sssdssHsGd（3分）与虚轴交点:02323ksss（2分）kskskss0123323216k时，有0632s,得：221js,单位阶跃响应呈阻尼衰减振荡的k值范围为:60k（3分）第6页/共6页绘图（3分）2、已知单位反馈系统的开环传递函数为)14.0)(11.0(5)()(ssssHsG，要求：1）绘制概略开环幅相曲线（要求确定起点，终点，与实轴的交点）；2）利用奈氏判据判定系统稳定性（步骤，结论）。3）确定系统的幅值裕度和相角裕度。解：1)起点：，90)0()0(jHjG（1分）终点：2700)()(jHjG（1分）与实轴的交点：5x,4.0)(xxjHjG(4分)概略幅相曲线为：（1分）2)R=0，P=0Z=0，由奈氏判据可知系统不稳定。（2分）3)5.2)()(1xxjHjGh（2分）5.31)()(cccjHjG（2分）164.01.090180)()(180ccccarctgarctgjHjG（2分）