2019年陕西西安建筑科技大学自动控制原理考研真题.doc

2019年陕西西安建筑科技大学自动控制原理考研真题一、已知某控制系统有以下方程组成，其中 R ( s) 为输入，Y ( s) 为输出， X i ( s )(i = 1, 2, 3) 为中间变量。（共 10 分）X 1 (s ) = W1 (s ) R ( s ) -W1 (s )W7 (s )Y (s)X 2 (s ) = W2 (s ) X 1 (s ) -W6 (s ) X 3 (s)X 3 (s ) = X 2 (s ) -W5 (s )Y (s )W3 (s)Y (s ) = W4 (s ) X 3 (s)（1） 绘制系统的结构图。（5 分）（2） 由结构图求系统的传递函数W ( s) =Y ( s)。（5 分）R ( s)二、已知系统的结构图如图 1 所示，其中t =0.8 。（共 15 分）（1） 计算系统的超调量d % 和调节时间 ts (5%) 。（6 分）（2） 求 r ( t ) = t 时，系统的稳态误差 ess 。（5 分）（3） 分析t 值的变化，对系统的性能有何影响。（4 分）图 1K三、设单位反馈系统开环传递函数为Wk ( s ) =, ( K > 0) ，试分别用时域方法和( s + 2)( s 2 + 2 s + 5)频域方法求取使系统稳定的 K 的取值区间。（共 10 分）四、设系统的结构图如图 2 所示。（共 20 分） 图 2（1）为使闭环极点位于 s1,2 = -1 ± j 3 ，试确定增益 K 和反馈系数 Kh 的值。（6 分）（2）当 K 取第一问计算所得值，绘制以 Kh 为参变量的概略根轨迹。（5 分）（3）求系统工作在欠阻尼状态时，Kh 的取值范围。（5 分）（4） 写出系统工作在临界阻尼状态 (x = 1) 时，系统的闭环传递函数WB ( s) 。（4 分）五、已知单位反馈系统的开环传递函数为Wk ( s) =40。（共 25 分）s( s + 1)( s + 4)（1）绘制系统的 Bode 图，并在图上标注相位裕量g (wc ) 和增益裕量 GM 的位置；根据标注的g (wc ) 和GM 判断系统的稳定性。（10 分）（2）采用串联校正对系统进行校正，校正装置为Wc(s)= 5s+1，判断该校正装置是何种校正装置。（3 分） 60s+1（3）绘制校正后系统的对数幅频特性曲线，计算校正后系统的幅值穿越频率wc 。（6 分）（4）分析校正装置对系统的性能有何影响？（6 分）六、采样控制系统如图 3 所示。（共 14 分）（1）求系统的闭环脉冲传递函数WB (z) 。（4 分）图 3（2）采样周期 T = 1，确定使系统稳定的 K 值范围。（4 分）（3）写出 T = 1 ， K = 2 时系统的差分方程。（3 分）（4）试求 T = 0.5 ， K = 2 ， r ( t ) = 1( t) 时系统的稳态误差。（3 分）注： Z(1) =z, Z (1) =Tz, Z (1) =z, e-1» 0.37z - 1s 2( z - 1)2sz - e-aTs+ a七、非线性系统结构图如图 4 所示，其中非线性环节的描述函数如下：（共 12 分，每题 6 分）211æ1ö2N(A) =1-arcsin+1- ç÷ (A³1)pAAèA ø图 4（1）绘制线性环节的 Nyquist 图和非线性环节的负倒描述函数曲线。（2）分析 K 的取值对系统稳定性的影响。2八、已知系统的闭环传递函数为WB ( s) =。（共 15 分）s 3 + 5s 2 + 6s（1）写出系统能控标准型，并画出系统的状态图。（6 分）（2）设计全维状态观测器，极点均设置在-3 处，写出观测器方程。（4 分）（3） 利用状态观测器进行状态反馈，使系统的极点配置在 -6, -3 ± j3处，求满足要求的状态反馈阵 K。（5 分）九、系统的状态方程为 x =é -1-6ù x +é -2ùu ,y =01 x 。（共 15 分）ê02úêúëûë1û（1）判断系统的稳定性。（6 分）（2）讨论能否通过状态反馈，使系统渐近稳定。（5 分）（3）讨论能否通过输出反馈，使系统特征根均具有负实部。（4 分）十、已知系统的状态空间表达式如下所示：（共 14 分）ìé01 ùé0 ùïx = ê-6ú x + êú uíë-5ûë 1 ûïî y = 12x + u（1）求系统的传递函数W ( s) 。（4 分）（2）判断系统的能控性和能观测性。（6 分）（3）求系统的状态转移矩阵f( t) 。（4 分）