2022年自动控制原理期末考试卷与答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 自动掌握原理期末考试卷与答案一、填空题（每空 1 分,共 20 分）1、对自动掌握系统的基本要求可以概括为三个方面,即：稳固性、快速性和 精确性；2、掌握系统的 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、在经典掌握理论中,可采纳 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 等方法判定线性掌握系统稳固性；4、掌握系统的数学模型,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 20lg A 或：L ,横坐标为lg；6、奈奎斯特稳固判据中,Z = P -

2、 R ,其中 P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数,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,st 定义为 调整时间；% 是超调量；8、设系统的开环传递函数为 K,就其开环幅频特性为 A T 1 21 K T 2 21,相频特性s T s 1 T s 10 1 1为 90 tg T 1 tg T 2 ；9、反馈掌握又称偏差掌握,其掌握作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的；10、如某系统的单位脉冲响应为 g t 10 e 0.2 t5 e 0.5 t,就该系统的传递函数 Gs为 10 5；s 0.2

3、 s s 0.5 s11、自动掌握系统有两种基本掌握方式,当掌握装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为 开环掌握系统；当掌握装置与受控对象之间不但有顺向作用而且仍有反向联系时,称为 速度掌握系统,属于 闭环掌握系统；12、根轨迹起始于开环极点,终止于开环零点；闭环掌握系统；含有测速发电机的电动机13、稳固是对掌握系统最基本的要求,如一个掌握系统的响应曲线为衰减振荡,就该系统 稳固；判定一个闭环线性控制系统是否稳固,在时域分析中采纳劳斯判据；在频域分析中采纳奈奎斯特判据；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c对应时域性能指标调整时间st ,它们

4、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依据 KCL有uitu0tCduitu0tu0tR 1dtR 22 分即R 1R2Cdu0tR 1R 2u0tR 1R 2CduitR 2uit2 分第 1 页,共 7 页dtdt名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2、求传递函数对微分方程进行拉氏变换得R 1R 2Cs U0s R 1R 2U0sR 1R 2Cs UisR 2Uis 2 分2 分 得传递函数Gs U0s R 1R 2CsR 2Uis R 1R

5、 2CsR 1R2三、（共 20 分）系统结构图如图4 所示：C s R s 表达式；（4 分）1、写出闭环传递函数2、要使系统满意条件：0. 707,n2, 试确定相应的参数K 和；（4 分）图 4 3、求此时系统的动态性能指标00,st；（4 分）4、rt2t时,求系统由r t 产生的稳态误差e ；（4 分）5、确定Gns ,使干扰nt对系统输出ct无影响；（4 分）解： 1、（4 分）s Cs 1KKs2KsKs222s2 sKnR s Kn2nss22、（4 分）K2n2224K4nK220. 707e ssA2.14143、（4 分）00e124 . 3200st4n42 .832K

6、4、（4 分）Gs 12 sKs sKs 11 K K1KKKsv1s5、（4 分） 令：ns Cs 1Ks 1Gns0得：GnssssKNs 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 dB -40 名师归纳总结 20 1 110 -20 2第 2 页,共 7 页-10 -40 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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G s K1s18 分 2 s1s112由图可知：1处的纵坐标为40dB, 就L120l

7、gK40,得K1002 分 又由1和=10的幅值分贝数分别为20 和 0,结合斜率定义,有lg103.16 rad/s2 分 20040,解得1lg101同理可得201 1020或20lg230,lglg2121000210000得2100 rad/s2 分 21故所求系统开环传递函数为G s 100 s10s2 s10012 分；（8 分）第 3 页,共 7 页1五、 共 15 分 已知某单位反馈系统的开环传递函数为G s Kr32: s s1、绘制该系统以根轨迹增益K r 为变量的根轨迹（求出：渐近线、分别点、与虚轴的交点等）2、确定使系统满意01的开环增益 K 的取值范畴；（7 分）1、

8、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：a60332（2 分）3 ,1804 分别点：1d230得：d1（2 分）dK rdd3245 与虚轴交点：Ds s36 s29 sKr0ImDj6329r00Kr3（2 分）54ReDjK名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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：G s 4s Kr3 2sKr1s9

9、2s得KKr9（1 分）3系统稳固时根轨迹增益K r 的取值范畴：Kr54,（2 分）系统稳固且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr 的取值范畴：Kr54,（3 分）系统稳固且为欠阻尼状态时开环增益K 的取值范畴：4K6（1 分）9六、（共 22 分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线L0如图 5 所示：1、写出该系统的开环传递函数G0s；（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、如系统的稳固裕度不够大,可以采纳什么措施提高系统的稳固裕度？（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、两个惯性环节；故其

10、开环传函应有以下形式G s Ls 1Ks1K1002 分 第 4 页,共 7 页s11由图可知：1处的纵坐标为40dB, 就1240, 得2 分 120lgK110和2=100（2 分）名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 故系统的开环传函为G0s ss1001（2 分）1s 100102、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 G 0 j 100（1 分）j j 1 j 110 100100开环幅频特性 A 0 2 2（1 分）1 110 100o 1 1开环相频特性：0 90 tg 0.1 tg 0.01（1

11、分）3、求系统的相角裕度：求幅值穿越频率,令 A 0 2 1002 1 得 c 31.6 rad / s （3 分）1 110 100o 1 1 o 1 1 o0 c 90 tg 0.1 c tg 0.01 c 90 tg 3.16 tg 0.316 180（2 分）o o o180 0 c 180 180 0（2 分）对最小相位系统 0 o临界稳固4、（4 分） 可以采纳以下措施提高系统的稳固裕度：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 掌握器；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 L

12、 0 和串联校正装置的对数幅频特性 L c 如下图所示, 原系统的幅值穿越频率为 c 24.3 rad / s ：（共 30 分）1、 写出原系统的开环传递函数 G 0 s ,并求其相角裕度 0,判定系统的稳固性； （10 分）2、 写出校正装置的传递函数 G c s ；（5 分）3、写出校正后的开环传递函数 G 0 s G c s ,画出校正后系统的开环对数幅频特性 L GC ,并用劳斯判据判定系统的稳固性；（ 15 分）L -20dB/dec L 0名师归纳总结 40 0.01 0.1 -20dB/dec 0.32 1 -40dB/dec 第 5 页,共 7 页24.3 L c10 20

13、100 -60dB/dec - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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G0 s1sK1s,2 分 1112得K1002 分 由图可知：1处的纵坐标为40dB, 就L120lgK40110和2=201001（2 分）故原系统的开环传函为G s 0 s 110s100s1s 0.1 s1 12010.05 s求原系统的相角裕度0：0 90otg10.1tg10.05（1 分）由题知原系统的幅值穿越频率为c24.3rad/s0c90otg10.1ctg10.05c20

14、8o（1 分）0180o0c180o208o28o对最小相位系统028o0o不稳固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G c 1s11s13.125s115 分 20.32 11s1s1100s110.013、校正后的开环传递函数G0 s Gc s 为1s 0.11003.125s14 分 G0 s Gc s 0.1 s100s3.125s10.051 100s1s10.05s1100 s用劳思判据判定系统的稳固性系统的闭环特点方程是D s 4s 0.1s10.05s1100 s1s1003.125s1（2 分）0.5 s15.00

15、53 s100.152 s313.51000构造劳斯表如下名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4 s0.5100.15 100s 315.005313.50首列均大于0,故校正后的系统稳固；（4 分）s 289.710001 s296.80LGC0 s1000画出校正后系统的开环对数幅频特性L-20 -40 40 -20 0.01 0.1 0.32 1 10 -40 20 -60 起始斜率 :-20dB/dec一个积分环节 （1 分）第 7 页,共 7 页转折频率 :11/1000.01 惯性环节 , 21/ 3.1250.32 一阶微分环节 , 31/ 0.110 惯性环节 , 41/ 0.0520 惯性环节 （4 分）名师归纳总结 - - - - - - -