华南理工大学自动控制原理2005-2014

413华南理工大学2006年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）科目名称：自动控制原理适用专业：机械制造及其自动化机械电子工程机械设计及理论机械电子工程共页第1页一、填空题（每空2分，共24分）：1．在闭环控制系统中，通过检测元件将输出量转变成与给定信号进行比较的信号，这个信号称为___________。2．若前向通道的传递函数为G（s），反馈通道的传递函数为H（s），则开环传递函数为___________。3．齿轮副中，以主动轮角速度为输入，以被动轮转角为输出，则这个装置为________________环节。4．若环节的传递函数为sK，则其对数幅频特性L（）在零分贝点处的频率数值为______________。5．Bode图中对数相频特性图上的－180o线对应于奈奎斯特图中的___________。6．自动控制系统对输入信号的响应，一般都包含两个分量，即一个是____________，另一个是__________分量。7．函数f(t)=te63的拉氏变换式是________________________________。8．积分环节的传递函数表达式为G（s）=_________________________。9．在斜坡函数的输入作用下，___________型系统的稳态误差为零。10．惯性环节的传递函数11Ts，它的幅频特性的数学式是__________,它的相频特性的数学式是____________________。二、简答题：1、何谓自动控制？开环控制和闭环控制各具有什么样的特点？（8分）2、什么叫传递函数？它有什么性质？（8分）三、试分别用简化结构图、信号流图方法求如图1所示系统的传递函数CsRs。（20分）第2页G1(s)+G2(s)G3(s)H1(s)--R(s)C(s)H2(s)4()Gs+图1四、控制系统结构图如图2所示。（1）希望系统所有特征根位于s平面上s＝－2的左侧区域，且不小于0.5。试画出特征根在s平面上的分布范围（用阴影线表示）。（2）当特征根处在阴影线范围内时，试求,KT的取值范围。（20分）R(s)C(s)-(1)KsTs1cKs图2五、已知系统的结构图如图3所示。若()21()rtt时，试求（1）当0fK时，求系统的响应ct，超调量%及调节时间st。（2）当0fK时，若要使超调量%＝20％，试求fK应为多大？并求出此时的调节时间st的值。（3）比较上述两种情况，说明内反馈fKs的作用是什么？（20分）-R(s)C(s)fKs-1000.5(2)ss图3六、系统结构图如图4所示。当输入信号()1()rtt，干扰信号()1()ntt时，求系统总的稳态误差ess。（15分）第3页R(s)C(s)-2KsN(s)1K图4七、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图5所示。要求：（1）写出系统开环传递函数；（2）利用相位裕量判断系统稳定性；（3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。（15分）c()/LdB20/dBdec00.11020-40-60图5八、某系统的开环对数幅频特性曲线如图6所示，其中虚线表示校正前，实线表示校正后。求解：（1）确定所用的是何种串联校正性质校正，并写出校正装置的传递函数()cGs。（2）确定校正后系统临界稳定时的开环增益值。（3）当开环增益K＝1时，求校正后系统的相位裕量，幅值裕量h。（20分）()/LdB0.11011000-40-40-60-201/s图6413华南理工大学2007年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）科目名称：自动控制原理适用专业：机械制造及其自动化机械电子工程机械设计及理论测试计量技术及仪器共4页第1页一、填空题（每空1.5分，共24分）：1、写出控制系统的三种典型输入信号：、、。2、线性系统的传递函数取决于系统本身的。3、最小相位系统的重要特征在于：其相频特性与对数幅频特性之间存在着的关系。4、比例—积分—微分（PID）控制规律的传递函数为。5、按输入信号的变化规律不同，控制系统可分为和。6、控制系统的基本控制方式为和。7、振荡环节的传递函数为121)(22TssTsG，则其幅频特性为，相频特性为。8、系统的加速度误差系数定义为。9、开环稳定的系统，其闭环稳定;开环不稳定的系统，其闭环稳定。10、两个二阶系统阶跃响应的超调量相等，则此两个系统具有相同的。二、简答题：（共16分）1、反馈控制系统的主要组成部分有哪些？对于自动控制系统的性能有哪三个方面的基本要求？（6分）2、PI及PD各属于什么性质的校正？各具有什么特点？（5分）3．系统开环对数幅频特性曲线的三个频段一般如何划分？各个频段对于系统的性能有何影响？（5分）第2页三、（15分）某最小相位系统的开环传递函数极坐标图如图1所示，试判断各系统闭环的稳定性，其中P表示不稳定极点的个数。（1）（2）P=1P=0(3)(4)P=2（5）图10w=0-1P=1ImRew=+w=0-10ImP=1Rew=+w=0Re-1Im0w=+w=0+ImRe0w=+Im0w=+ReW=0+-1第3页四、（15分）试用信号流图方法求如图2所示系统的传递函数CsRs。(1)画出相应的信号流图；(2)求出系统的传递函数。图2五、(15分)已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为)12)(1()1()(ssssKsG试确定系统稳定的条件。六、（25分）已知某单位反馈系统的开环传递函数为)5(100)(sssG，1．求系统的阻尼系数及无阻尼振荡圆频率；2．试求出该系统的单位阶跃响应的超调量和调整时间(取5%)；3．为了改善系统性能，对该系统实施速度反馈，如图3中虚线部分所示。为使系统的阻尼系数为0.7，速度反馈系数Kt为多少？-R(s)C(s)Kts-)5(100ss图3第4页七、(25分)系统的开环传递函数为)11.0)(1()()(sssKsHsG(1)当K=5时，绘制系统的开环对数幅频渐近特性曲线；(2)求开环剪切频率C和相角裕度；(3)用频率分析法求出系统处于临界稳定状态的K值。八、（15分）已知最小相位开环系统的渐近对数幅频特性如图4所示，试求系统的开环传递函数和剪切频率C。图4…………4200-20dB/dec-40dB/dec-40dB/decωc40110100L(ω)/dBω/s-1813华南理工大学2008年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回）科目名称：自动控制原理适用专业：机械制造及其自动化，机械电子工程，机械设计及理论共4页第1页一填空题（每题2分，共24分）1.系统在作用下的稳态误差2)(ttr=∞=sse，说明系统的型别。2.闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的。3.适合应用传递函数描述的系统是。4.若两个系统的根轨迹相同，则它们有相同的。5.系统的稳定性取决于系统的。6.在s平面右半部称为最小相位传递函数；7.已知系统的传递函数为1sKeTSτ−+，其幅频特性()Gjω为。8.一阶系统的闭环极点越靠近S平面原点，响应速度越。9.线性定常二阶系统的闭环增益加大，则系统的动态性能。10.积分环节的幅频特性，其幅值与频率成关系。11.已知单位反馈系统的开环传递函数为()422ss+，则其幅值裕量等于dbh。12.用频率法设计串联校正装置时，采用串联滞后校正网络是利用其特性。二问答题（每题8分共16分）1．简述PID调节器参数对系统控制性能的影响。2．简述恒值控制系统、随动系统、程序控制系统的特点。第2页三试用信号流图方法求如图1所示系统的传递函数()()CsRs。（共15分）(1)画出相应的信号流图；（5分）(2)求出系统的传递函数；（10分）图1四设图2（a）所示系统的单位阶跃响应如图2（b）所示。试确定系统参数和。(15分),1K2Ka图2-Rs()Cs()1Gs()2Gs()4Hs()3Gs()3Hs()2Hs()1Hs()4Gs()--+-第3页五控制系统如图3所示,扰动信号n(t)=2×1(t)。（共25分）(1)试求k=40时,系统在扰动作用下的稳态误差和稳态输出。（10分）(2)若k=20,其结果如何?（5分）(3)在扰动作用点之前的前向通道中引入一个积分环节s1,对结果有何影响?在扰动作用之后的前向通道中引入一个积分环节s1,结果又如何?（10分）+N(s)R(s)Y(s)-图3六复合控制系统结构图如图4所示，图中，，，均为大于零的常数。(共20分)1K2K1T2T（1）确定当闭环系统稳定时，参数，，，应满足的条件；（15分）1K2K1T2T（2）当输入tVtr0)(=时，选择校正装置，使得系统无稳态误差。（5分）)(sGC图4105.0+sk11+s2.5第4页七已知单位反馈控制系统的开环传递函数为10(1)()(1)hKsGsss+=−，试采用频域分析确定闭环系统临界稳定时的。（15分）hK八已知一系统原有的特性为()()21.01100sssW+=，校正装置的特性为()()()11.0101.0125.0+++=ssssWc，（共20分）（1）画出原系统和校正装置各自的对数幅频特性。（10分）（2）当采用串联校正时，求校正后系统的开环传递函数，并计算其相位裕量和幅值裕量。（10分）813华南理工大学2009年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回）科目名称：自动控制原理适用专业：机械制造及其自动化，机械电子工程，机械设计及理论共４页第1页一填空题每空2分，共20分1.欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应的稳态位置误差为。2.对于惯性环节，当频率趋于无穷大时，相移将趋于。3.若要求系统对于加速度输入作用下不存在稳态误差，则必须选用型及以上的系统。4.为了得到较满意的暂态响应，控制系统的相角裕度应当为之间，幅值裕度应大于。5.比例微分控制不改变系统的开环增益和自然频率，但可以增大系统的。6.是保证控制系统正常工作的先决条件。7.Ⅱ型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为（dB/dec）。8.在控制系统中加入微分负反馈,则系统的超调量。9.在串联校正中，加大控制器增益，可以提高系统的，减小系统的稳态误差。二问答题（共20分）1.减小或消除系统稳态误差的措施有哪些？（6分）第2页2.简述应用频率特性法进行控制系统分析的主要优点。（5分）3.对自动控制系统性能的基本要求包括哪三方面的内容?请简单说明。(9分)三如图1所示已知一阶环节的传递函数为12.010)(+=ssG,若采用负反馈的方法将调节时间ts减小为原来的0.1倍,并且保证总的放大系数不变,试选择kH和ko的值.（12分）R(s)Y(s)－图1四系统结构图如图2所示。已知系统单位阶跃响应的超调量σ%3.16=%，峰值时间s。1=pt（1）求系统的开环传递函数；)(sG（2）求系统的闭环传递函数)(sΦ；（3）根据已知的性能指标σ%、确定系统参数及ptKτ；（4）计算斜坡输入()1.5()rtts=°时系统的稳态误差。（20分）kHkoG(s)K)1(10+ssτs－－E(s)R(s)C(s)图2第3页五设单位反馈系统的开环传递函数为)611)(311()(sssksG++=求闭环系统稳定时k值的范围。（14分）六系统结构如图3所示，画出信号流图并求)()(sRsC，)()(sRsE。（20分）R(s)C(s)G1G2G4G3H1H2+－－E(s)图3七设控制系统结构如图4所示.其中k1=2k2=1,T2=0.25(s),k2k3=1.求:(1)当输入2211)(tttr++=时,系统的稳态误差；(2)系统的单位阶跃响应表达式。（20分）ｋ3s+E(s)R(s)－Y(s)图4ｋ1)1(22+sTsk第4页八单位反馈系统的开环对数幅频特性曲线)(0