2022年自动控制工程 .pdf

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1、09 年春期自动控制工程基础课程期末复习指导重庆电大远程教育导学中心理工导学部2009 年 12 月修订第一部分课程考核说明1考核目的考核学生对机电控制系统控制的基本原理及基本构成方法的掌握，并具备对掌握控制系统的基本分析的能力。2考核方式开卷、笔试、答题时限90分钟。3命题依据本课程的命题依据是自动控制工程基础课程的教案大纲、教材、实施意见。4考试要求本课程的考试重点包括基本知识和应用能力两个方面，主要考核学生对自动控制的基本理论的理解和对自控系统进行分析、计算的能力。5考题类型及比重考题类型及分数比重大致为：填空题(20%)；简答题 (32%) ；计算题 (14%)；分析题(14%)；综合

2、题（20% ）。6、适用范围、教材本课程期末复习指导适用范围为成人教育专科机电专业的选修课程。考试命题的教材是由高金源主编，中央广播电视大学出版社1992 年 2 月第1 版自动控制工程基础教材。第二部分期末复习重点范围第一章自动控制的一般概念一、重点掌握1、三种基本控制方式及特点。2、自动控制的任务、作用，自动控制系统的组成，自动控制的有关术语（给定值、被控量、受校对象）。二、一般掌握1、正确认识对控制系统性能的要求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页2、通过自动控制系统的示例，逐步建立起“控制系统”的概念；要树

3、立时间的概念、“动态”的概念。第二章控制系统的数学模型一、重点掌握1、熟记典型信号的拉氏变换式，掌握较复杂信号的分解计算。2、熟记典型环节的传递函数, 正确理解传递函数的概念及系统的开环、闭环传递函数，输出对控制信号、输出对干扰的传递函数、误差传递函数等概念；熟练地求出传递函数。二、一般掌握1、系统微分方程组建立动态结构图的方法。2、结构图变换的基本法则及梅逊公式，要求能熟练地运用。第三章控制系统的时域分析和根轨迹一、重点掌握1、稳定性的概念，明确判别系统闭环稳定性的主要条件。熟练应用古氏判据判别系统的闭环稳定性。2、一、二阶系统的数学模型及阶跃响应的特点，熟练地计算系统的性能指标。二、一般掌

4、握1、稳态误差的定义及终值定理的使用条件，熟记并能应用此公式计算稳态误差，熟练应用误差系数求控制信号作用下的误差，明确型系统与稳态误差的关系。第四章控制系统的频域分析一、重点掌握1、典型环节（放大、积分、微分、惯性、一阶微分、二阶振荡环节）的频率特性的解读表达式、特征点、特征量。2、系统开环传递函数绘制开环渐近对数幅频和相频曲线的方法。3、奈魁斯特稳定判据，对数频率稳定判据判别系统闭环稳定性方法。二、一般掌握1、最小相位系统开环对数渐近幅频特性曲线反求传递函数的方法。第五章控制系统的校正一、重点掌握1、二阶最佳参考模型设计串联校正装置的方法。2、超前、滞后、滞后超前等串联校正的特点及其对系统阶

5、跃响应的影响。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页二、一般掌握1、反馈校正和复合校正的特点及作用。2、干扰的完全补偿条件。第六章计算机控制的基本知识一、重点掌握1、零阶保持器的传递函数及频率特性的特点。2、变换的定义、熟悉变换的基本定理及常用变换和反变换方法。熟记典型函数的变换式，理解变换和拉氏变换的对应关系。二、一般掌握1、计算机控制中的信号特征、理想采样信号的数学描述方法。2、采样系统极点分布与瞬态响应之间的关系。第三部分综合练习题一填空题1传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于,并且只适于零初始条件下的

6、系统。2系统的稳态误差与输入信号形式性质及系统的和有关。3有些系统无论怎样调整系统参数也无法稳定，称这种系统为。4. 计算机控制系统通常包含采样、和恢复五种信号形式。5惯性环节的主要特点是，当输入量发生突变时，其输出量是按变化。 6 通常相稳定裕度及谐振峰值Am反映了系统的平稳性，而截止频率C及谐振频率 r反映了系统的。二问答题1已知某系统的零极点分布如图示，试写出其传递函数，并指出其主导极点及偶极子。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页2已知传递函数)5)(22()15.0()(2sssssKsG, 试问当0及时，

7、相角)0(及)(分别为多少。3. 已知惯性环节的单位阶跃响应曲线如图示，试写出A、B、C各点等于多少。4. 图的、分别为一阶或二阶系统( 传递函数无零点) 的单位阶跃响应曲线，试说明哪个是一阶系统，哪个是二妎系统所对应的曲线。5已知系统开环幅相频率特性曲线如图所示，其中P为开环不稳定极点个数，试判断闭环系统稳定性。6. 已知系统开环截止频率C=5rad/s ，若希望保持零阶保持器在该频率处所产生的相位滞后小于50，试问采样周期T 应取多大。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页7已知串联校正环节的渐近对数幅频特性曲线如

8、图所示，试写出其传递函数，并说明其为何种校正。8. 已知系统的结构图如图所示，试求E(s)/R(s)。9已知复合控制系统的动态结构图如图所示，利用双通逆原理求GC(s)= ？，被控量C(t) 对干扰n(t) 具有不变性。10. 已知系统的开环渐近对数幅频特性曲线如图所示(1) 试问 C=？(2) 该系统为几型系统？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页11试画出图中S平面上线段AB 、BC在 z 平面上的映射位置。12. 请将下述结构图中的分岔点C移到 A点处，试画出等效结构图。13试在下述单位阶跃响应曲线上标出tP,

9、 % 及 tS。14. 试写出下图所示两个系统的传递函数G(z) 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页15已知系统开环幅相特性曲线如下图所示，其中 p 为开环不稳定极点个数，为开环积分环节个数，试判闭环系统的稳定性。16. 已知系统的单位脉冲响应函数为:g(t)=1-e-t/T (t0) 请问它的传递函数G(s)=? 17已知系统结构图如下所示，试问R(s) 或 N(s) 分别为 1/s2时，系统的稳态误差分别为多少？三计算题1已知系统结构如图示，求：)()(sRsC、)()(sNsC精选学习资料 - - - -

10、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页2. 已知系统变换方程为R1(s)=K1R(s) E(s)=R1(s)-T2G(s) X2(s)=sE(s) X1(s)=X2(s)-N(s)+K2R(s) C(s)=11TsX1式中 r(t)为输入， n(t)为干扰， C(t) 为输出，设系统初始状态为零，画出系统动态结构图。3. 已知两个单位负反馈系统的开环传递函数为A：)5)(1()1(10)(1sssssGB：)52)(1)(1.0(50)(2ssssG(1) 判断闭环系统的稳定性( 利用代数判据)；(2) 指出哪个是开环不稳定系统，并说明开环稳定与闭

11、环稳定的关系。4. 已知某系统如下述方程描述d /dt= (t) Jd(t)/dt+K2(t)=KmU1(t)+N(t) dU1(t)/dt=de(t)/dt+ae(t) e(t)=r(t)-Ub(t) Ub(t)=K1(t) (1) 试求上述各式的拉氏变换( 设初值均为零 ) ；(2) 画出结构图；5. 已知系统结构如下图所示，试求)(/ )(1)(2),(/)(0)(1sisussiss。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页四分析题1已知控制系统如图示，试确定跟踪单位斜坡输入信号时稳态时eSS0.1 ，试确定K1

12、的值。2设描述温度计的传递函数为(1/Ts+1) ，现用其测量容器中的水温需经过30 秒才能指示出实际水温的95% ，试问温度计的时间常数T。3. 通过实验测试，求得被控对象的单位阶跃响应曲线如下图所示(1) 试求被控对象的传递函数GP(s) ；(2) 现引入 GC(s)=KP+2/s 串联校正网络，试求使C=5rad/s时 KP值；(3) 计算此时的相位稳定裕度。4. 已知系统结构如下图所示， =10，试求使单位斜坡输入时稳态误差最小，且使系统稳定的及的范围。5已知下述单位反馈系统的开环传递函数，试确定使闭环系统稳定的K值范围。（1）G(s)=K/s(s+1)(0.5s+1) （2）G(s)

13、=K/s2(0.1s+1)(0.5s+1)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页五综合题1已知系统结构图如图示，要求系统输出c(t)对干扰n(t) 具有不变性。( 即 n(t) 对 c(t) 无影响，并且系统跟踪单位阶跃输入时，稳态误差为0) ，试选择和确定校正装置Gc1(s) 及 Gc2(s) 的形式。2已知系统的开环传递函数为G(s)=)2(/2nnss实验求得的单位反馈系统的阶跃响应的 %=4.3%,tS=1.24 秒( =5%) (1) 试求 G(s) 的参数 n及；(2) 计算该系统的相位稳定裕度。3已知控制

14、系统结构图如下所示(1) 试求传递函数)(/)()(sRsCsR；)(/)()(sMsCsM；(2) 如要求在M(s)=1/s作用下的稳态误差小于0.1 ，试确定增益K1。4. 已知一阶环节传递函数为G(s)=25/(s+4) 若采用下述系统使调节时间tS减小为原来的1/5 ，并保证总的放大倍数不变，试选择KH及 KO值。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页5已知闭环系统结构图如图(a) 所示。（ 1）试写出系统的开环传递函数G(s) ；（ 2）在图 (b) 上画出开环对数渐近幅频特性及近似相频特性曲线；（3）利用对数稳定判据，判断系统的稳定性。图 a 图 b精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页