《自動(dòng)控制原理》模擬試卷三及答案.doc

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《自動(dòng)控制原理》模擬試卷三 一、填空題（每空 1 分，共15分） 1、在水箱水溫控制系統(tǒng)中，受控對(duì)象為 ，被控量為 。 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種基本控制方式，當(dāng)控制裝置與受控對(duì)象之間只有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系時(shí)，稱為 ；當(dāng)控制裝置與受控對(duì)象之間不但有順向作用而且還有反向聯(lián)系時(shí)，稱為 ；含有測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)，屬于 。 3、穩(wěn)定是對(duì)控制系統(tǒng)最基本的要求，若一個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線為衰減振蕩，則該系統(tǒng) 。判斷一個(gè)閉環(huán)線性控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定，在時(shí)域分析中采用　 　　　 ；在頻域分析中采用　 　　　 。 4、傳遞函數(shù)是指在　 初始條件下、線性定常控制系統(tǒng)的　　 　　　　　 與　　　 　 之比。 5、設(shè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，則其開(kāi)環(huán)幅頻特性為 ，相頻特性為 。 6、頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)有著對(duì)應(yīng)關(guān)系，開(kāi)環(huán)頻域性能指標(biāo)中的幅值穿越頻率對(duì)應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo) ，它們反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的　　　　　　。 二、選擇題（每題 2 分，共20分） 1、關(guān)于傳遞函數(shù)，錯(cuò)誤的說(shuō)法是 ( ) A 傳遞函數(shù)只適用于線性定常系統(tǒng)； B 傳遞函數(shù)不僅取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，給定輸入和擾動(dòng)對(duì)傳遞函數(shù)也有影響； C 傳遞函數(shù)一般是為復(fù)變量s的真分式； D 閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 2、下列哪種措施對(duì)改善系統(tǒng)的精度沒(méi)有效果 ( )。 A、增加積分環(huán)節(jié) B、提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K C、增加微分環(huán)節(jié) D、引入擾動(dòng)補(bǔ)償 3、高階系統(tǒng)的主導(dǎo)閉環(huán)極點(diǎn)越靠近虛軸，則系統(tǒng)的 ( ) 。 A、準(zhǔn)確度越高 B、準(zhǔn)確度越低 C、響應(yīng)速度越快 D、響應(yīng)速度越慢 4、已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益為 ( )。 A、 50 B、25 C、10 D、5 5、若某系統(tǒng)的根軌跡有兩個(gè)起點(diǎn)位于原點(diǎn)，則說(shuō)明該系統(tǒng)( ) 。 A、含兩個(gè)理想微分環(huán)節(jié) B、含兩個(gè)積分環(huán)節(jié) C、位置誤差系數(shù)為0 D、速度誤差系數(shù)為0 6、開(kāi)環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對(duì)應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo)( ) 。 A、超調(diào) B、穩(wěn)態(tài)誤差 C、調(diào)整時(shí)間 D、峰值時(shí)間 7、已知某些系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下，屬于最小相位系統(tǒng)的是( ) A、 B 、 C 、 D、 8、若系統(tǒng)增加合適的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，則下列說(shuō)法不正確的是 ( )。 A、可改善系統(tǒng)的快速性及平穩(wěn)性； B、會(huì)增加系統(tǒng)的信噪比； C、會(huì)使系統(tǒng)的根軌跡向s平面的左方彎曲或移動(dòng)； D、可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。 9、開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的低頻段決定了系統(tǒng)的( )。 A、穩(wěn)態(tài)精度 B、穩(wěn)定裕度 C、抗干擾性能 D、快速性 10、下列系統(tǒng)中屬于不穩(wěn)定的系統(tǒng)是( )。 A、閉環(huán)極點(diǎn)為的系統(tǒng) B、閉環(huán)特征方程為的系統(tǒng) C、階躍響應(yīng)為的系統(tǒng) D、脈沖響應(yīng)為的系統(tǒng) 三、(8分)寫(xiě)出下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)，梅遜公式均可）。 四、（共20分）設(shè)系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) ，試求： 1、；； ；時(shí)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間及峰值時(shí)間。（7分） 2、；和；時(shí)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和峰值時(shí)間。（7分） 3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論參數(shù)、對(duì)階躍響應(yīng)的影響。（6分） 五、(共15分)已知某單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，試： 1、繪制該系統(tǒng)以根軌跡增益Kr為變量的根軌跡（求出：分離點(diǎn)、與虛軸的交點(diǎn)等）；（8分） 2、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開(kāi)環(huán)增益K的取值范圍。（7分） 六、（共22分）已知反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 ，試： 1、用奈奎斯特判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（10分） 2、若給定輸入r(t) = 2t＋2時(shí)，要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25，問(wèn)開(kāi)環(huán)增益K應(yīng)取何值。 （7分） 3、求系統(tǒng)滿足上面要求的相角裕度。（5分） 《自動(dòng)控制原理》模擬試卷三 參考答案 一、填空題(每題1分，共20分) 1、水箱；水溫 2、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng) 3、穩(wěn)定；勞斯判據(jù)；奈奎斯特判據(jù) 4、零； 輸出拉氏變換；輸入拉氏變換 5、；(或：) 6、調(diào)整時(shí)間；快速性 二、判斷選擇題(每題2分，共 20分) 1、B　　2、C　　3、D　　4、C　　5、B　　6、A　　7、B　　8、B 9、A　10、D 三、(8分)寫(xiě)出下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)，梅遜公式均可）。 解：傳遞函數(shù)G(s):根據(jù)梅遜公式 （1分） 4條回路:, ， 無(wú)互不接觸回路。（2分） 特征式： （2分） 2條前向通道: ； （2分） （1分） 四、(共20分) 解：系統(tǒng)的閉環(huán)傳函的標(biāo)準(zhǔn)形式為：，其中 1、當(dāng) 時(shí)， （4分） 當(dāng) 時(shí)， （3分） 2、當(dāng) 時(shí)， （4分） 當(dāng) 時(shí)， （3分） 3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論參數(shù)、對(duì)階躍響應(yīng)的影響。（6分） (1)系統(tǒng)超調(diào)只與阻尼系數(shù)有關(guān)，而與時(shí)間常數(shù)T無(wú)關(guān)，增大，超調(diào)減小； （2分） (2)當(dāng)時(shí)間常數(shù)T一定，阻尼系數(shù)增大，調(diào)整時(shí)間減小，即暫態(tài)過(guò)程縮短；峰值時(shí)間增加，即初始響應(yīng)速度變慢； （2分） (3)當(dāng)阻尼系數(shù)一定，時(shí)間常數(shù)T增大，調(diào)整時(shí)間增加，即暫態(tài)過(guò)程變長(zhǎng)；峰值時(shí)間增加，即初始響應(yīng)速度也變慢。 （2分） 五、(共15分) (1)系統(tǒng)有有2個(gè)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)（起點(diǎn)）：0、3，1個(gè)開(kāi)環(huán)零點(diǎn)（終點(diǎn)）為：-1； （2分） (2)實(shí)軸上的軌跡：（-∞，-1）及（0，3）； （2分） (3)求分離點(diǎn)坐標(biāo) ，得　 ； （2分） 分別對(duì)應(yīng)的根軌跡增益為　 (4)求與虛軸的交點(diǎn) 系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為,即 令　,得　 （2分） 根軌跡如圖1所示。 圖1 2、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開(kāi)環(huán)增益K的取值范圍 系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)根軌跡增益Kr的取值范圍：， （2分） 系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)根軌跡增益Kr的取值范圍：， （3分）　 開(kāi)環(huán)增益K與根軌跡增益Kr的關(guān)系： （1分） 系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開(kāi)環(huán)增益K的取值范圍： （1分） 六、（共22分） 　解：1、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性為　　　　　?。?分） 幅頻特性：， 相頻特性：（2分） 起點(diǎn)：　?。唬?分） 終點(diǎn)：　??；（1分） ， 圖2 曲線位于第3象限與實(shí)軸無(wú)交點(diǎn)。（1分） 開(kāi)環(huán)頻率幅相特性圖如圖2所示。 判斷穩(wěn)定性： 開(kāi)環(huán)傳函無(wú)右半平面的極點(diǎn)，則， 極坐標(biāo)圖不包圍（－1，j0）點(diǎn)，則 根據(jù)奈氏判據(jù)，Z＝P－2N＝0 系統(tǒng)穩(wěn)定。（3分） 2、若給定輸入r(t) = 2t＋2時(shí)，要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25，求開(kāi)環(huán)增益K：　 系統(tǒng)為1型，位置誤差系數(shù)K P =∞，速度誤差系數(shù)KV =K ， （2分） 依題意： ， （3分） 得　 （2分） 　　　故滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為　　　　　 3、滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求系統(tǒng)的相角裕度： 令幅頻特性：，得， （2分） ， （1分） 相角裕度： （2分） 8