2014自动控制原理期末考试卷含答案(共7页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上自动控制原理期末考试卷与答案一、填空题（每空 1 分，共20分） 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、快速性和 准确性 。2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据(或：时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或：频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。4、控制系统的数学模型，取决于系统结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为(或：)，横坐标为 。6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P是指 开环传函中具有正实部

2、的极点的个数，Z是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数，R指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，定义为 调整时间 。是超调量 。8、设系统的开环传递函数为，则其开环幅频特性为，相频特性为。9、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。10、若某系统的单位脉冲响应为，则该系统的传递函数G(s)为。11、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为 开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为 闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属

3、于 闭环控制系统。12、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。13、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统 稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。14、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值越频率对应时域性能指标 调整时间，它们反映了系统动态过程的快速性 二、(8分)试建立如图3所示电路的动态微分方程，并求传递函数。图3解：1、建立电路的动态微分方程根据KCL有 (2分)即 (2分)2、求传递函数对微分方程进行拉氏变换得 (2分)得传递函数 (2分)三、（共20分）系统结构图

4、如图4所示：图41、写出闭环传递函数表达式；（4分）2、要使系统满足条件：,试确定相应的参数和；（4分）3、求此时系统的动态性能指标；（4分）4、时，求系统由产生的稳态误差；（4分）5、确定，使干扰对系统输出无影响。（4分）解：1、（4分） 2、（4分） 3、（4分） 4、（4分） 5、（4分）令： 得：四、已知最小相位系统的对数幅频特性如图3所示。试求系统的开环传递函数。(16分)L()1110202-20-40-40图 3 -10dB解：从开环伯德图可知，系统具有比例环节、两个积分环节、一个一阶微分环节和一个惯性环节。故其开环传函应有以下形式 (8分)由图可知：处的纵坐标为40dB, 则,

5、得 (2分)又由的幅值分贝数分别为20和0，结合斜率定义，有，解得 rad/s(2分)同理可得或 ，得 rad/s(2分) 故所求系统开环传递函数为(2分) 五、(共15分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为: 1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹（求出：渐近线、分离点、与虚轴的交点等）；（8分）2、确定使系统满足的开环增益的取值范围。（7分）1、绘制根轨迹 （8分）(1)系统有有3个开环极点（起点）：0、-3、-3，无开环零点（有限终点）；（1分） (2)实轴上的轨迹：（-，-3）及（-3，0）； （1分）(3) 3条渐近线： （2分）(4) 分离点： 得： （2分） (5)与虚轴交

6、点： （2分）绘制根轨迹如右图所示。2、（7分）开环增益K与根轨迹增益Kr的关系：得 （1分） 系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：， （2分）系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr的取值范围：， （3分）系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围： （1分）六、（共22分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线如图5所示：1、写出该系统的开环传递函数；（8分）2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性。（3分）3、求系统的相角裕度。（7分）4、若系统的稳定裕度不够大，可以采用什么措施提高系统的稳定裕度？（4分）解：1、从开环伯德图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性

7、环节。故其开环传函应有以下形式 (2分)由图可知：处的纵坐标为40dB, 则, 得 (2分) （2分）故系统的开环传函为 （2分）2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性：开环频率特性 （1分）开环幅频特性 （1分）开环相频特性： （1分）3、求系统的相角裕度： 求幅值穿越频率，令 得（3分） （2分） （2分）对最小相位系统 临界稳定4、（4分）可以采用以下措施提高系统的稳定裕度：增加串联超前校正装置；增加串联滞后校正装置；增加串联滞后-超前校正装置；增加开环零点；增加PI或PD或PID控制器；在积分环节外加单位负反馈。六、已知最小相位系统的开环对数幅频特性和串联校正装置的对

8、数幅频特性如下图所示，原系统的幅值穿越频率为：（共30分） 1、 写出原系统的开环传递函数,并求其相角裕度，判断系统的稳定性；（10分） 2、 写出校正装置的传递函数；（5分） 3、写出校正后的开环传递函数，画出校正后系统的开环对数幅频特性，并用劳斯判据判断系统的稳定性。（15分）0.010.11101000.322024.340-20dB/dec-20dB/dec-40dB/dec-60dB/decL(w)wL0Lc解：1、从开环波特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。故其开环传函应有以下形式 (2分)由图可知：处的纵坐标为40dB, 则,得 (2分)故原系统的开环传函为

9、 （2分）求原系统的相角裕度：由题知原系统的幅值穿越频率为 （1分） （1分）对最小相位系统不稳定2、从开环波特图可知，校正装置一个惯性环节、一个微分环节，为滞后校正装置。故其开环传函应有以下形式 (5分)3、校正后的开环传递函数为 (4分)用劳思判据判断系统的稳定性系统的闭环特征方程是（2分）构造劳斯表如下 首列均大于0，故校正后的系统稳定。（4分）画出校正后系统的开环对数幅频特性L(w)-20-4040-20-400.32w201010.10.01-60起始斜率:-20dB/dec(一个积分环节) （1分）转折频率:(惯性环节), (一阶微分环节), (惯性环节), (惯性环节) （4分）专心-专注-专业