2022年电气工程自动化,自动控制原理L试题及答案 .pdf

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1、一.填空 (每空一份 )1.控制系统从信号传送的特点或结构形式来看，可分为和系统。2.闭环控制系统，对主反馈而言，只有按_ 原理组成的闭环控制系统才能实现自动控制。因为这种系统能使_越来越小， 甚至被消除。3.工程上把控制性能的要求归纳为，和三个方面。4.利用 Routh 判据判断闭环系统稳定的充分必要条件是系统特征方程的全部系数（不缺项） 均为， 且 Routh 表都是正数。5. 二阶系统，其阻尼系数等于1 时，单位阶跃响应是_ 过程，若阻尼系数大于零小于1，单位阶跃响应是_ 过程。6. 减小或消除控制系统的稳态误差. 通常可以通过增大系统的开环放大系数 或 增加 _ 环节个数来达到，但往往

2、又会使系统的_ _ 变差，甚至导致系统_ _ 。7.系统在 作用下的稳态误差，说明系统的型别为。8.闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的_ 。9.适合应用传递函数表述的系统是 _。10.若两个系统的根轨迹相同，则它们有相同的 _。11.系统的稳定性取决于系统的 _。12.在 S 平面右半部 _和_ 称为最小相位传递函数。13.一阶系统的闭环极点越靠近原点，响应速度_ 。14.线性定常二阶系统的闭环增益加大，则系统的动态性能 _。15. 积分环节的幅频特性，其幅值与频率成 _。16 已知单位反馈系统的开环传递函数为，则其幅值裕量等于 _ 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -

3、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 17.用频率法设计串联校正装置时，采用串联滞后校正网络是利用其 _ 特性18.线性系统的传递函数取决于系统本身的_ 。19.最小相位系统的重要特征在于：其相频特性与对数幅频特性之间存在着 _ 的关系20. 按输入信号变化规律不同，系统可分为 _、_。二、简答（每题5 分 共 20 分）1. 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。2.什么叫传递函数？它有什么性质？3.简述 PID 调节器参数对

4、控制系统性能的影响。4.简述恒值控制系统、随动系统、程序控制系统的特点。三、论述（每题10 分 共 10 分）请说明自动控制系统的基本性能要求。四、计算题（每题10 分 共 40 分）1、 求下列函数的拉氏变换。（1）)sin1 (3)(ttf名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - （2）attetf)(（3）)43cos()(ttf2、分别列图中各无源网络的微分方程（设电容C上的电压为)(tuc，电容1C上的电压为)(

5、1tuc，以此类推）。R1R2Cuiuo(a)+uc(t)RRC1uiuo(b)C2+uc1(t)+uc2(t)CCR1uiuo(c)R2+uR1(t)+uc1(t)+uc2(t)3、 已知系统开环传递函数为：1011)2(50)()(2ssssHsGa计算截止频率c。b确定对数幅频渐进特性曲线的低频渐进线的斜率。c绘制对数幅频特性曲线。4、 已知系统开环传递函数) 1)(1()(sTssKsG；0,TK试根据奈氏判据，确定其闭环稳定条件：a2T时，K值的范围；b10K时，T值的范围；cK，T值的范围。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

6、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - 答案：一： 1. 开环控制闭环控制 2.负反馈偏差 3.稳定性快速性准确性 4. 正数第一列元素5. 单调衰减衰减的振荡 6.前向通道积分动态性能不稳定 7. 0型或型 8. 中频段特性 9. 线性定常系统 10闭环极点 11. 结构和参数 12.没有开环极点开环零点13. 越慢 14. 不变 15. 反比关系 16. 无穷大 17. 高频衰减18. 结构和参数 19. 一一对应 20. 程序控制系统 、随动系统二：1. 自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装

7、置与被控对象组成；受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值参考输入即为给定值。反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。2 线性定常系统，在初始条件为0 的条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。它具有以下性质：仅适用于线性定常系统；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心

8、整理 - - - - - - - 第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - 传递函数中各系数取决于系统结构和参数；一个传递函数只能表示一个输入量和一个输出量的关系。3. PID 调节器的传递函数为：。比例参数的作用是加快系统的响应速度、提高系统的调节精度。积分参数的作用是消除系统的稳态误差。微分参数的作用是改善系统的动态性能。4.恒值控制系统输入信号为某一常数。 随动系统的输入信号是预先不知道的随时间任意变化的函数。程序控制系统的输入信号按预先知道的时间函数变化。5（1）稳定性：对恒值系统而言，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。而对随动系统而言，被

9、控制量始终跟踪参考量的变化。稳定性通常由系统的结构决定的，与外界因素无关，系统的稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。（2）准确性：控制系统的准确性一般用稳态误差来表示。即系统在参考输入信号作用下，系统的输出达到稳态后的输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。（3）快速性：对过渡过程的形式和快慢的要求，一般称为控制系统的动态性能。系统的快速性主要反映系统对输入信号的变化而作出相应的快慢程度，如稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。四、1. （1）

10、( )3(1sin )L f tLt2223( 1sin )113()13(1)(1)LLtsssss s名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - （2）attetf)(21 L ts21( )()atL f tL tesa（3）2( )cos(3)sin(3 )cos(3 )42f tttt2( )sin(3 )cos(3 )2L f ttt2222( sin(3 )cos(3 )223()2992329LtLtssss

11、s2. 解： （a）设电容C上电压为)(tuc，由基尔霍夫定律可写出回路方程为21)()()()()()(RtuRtudttduCtututuoccoic整理得输入输出关系的微分方程为121)()()()11()(RtudttduCtuRRdttduCiioo（b）设电容1C、2C上电压为)(),(21tutucc，由基尔霍夫定律可写出回路方程为dttduRCtutudttduCRtutuRtututututuccoccocioic)()()()()()()()()()()(11222221整理得输入输出关系的微分方程为RtudttduCdttudCRCRtudttduCCdttudCRCii

12、iooo)()(2)()()()2()(12221212221（c）设电阻2R上电压为2( )Rut，两电容上电压为)(),(21tutucc，由基尔霍夫定律可写出回路方程为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - )()()(21tututuRic（1）)()()(22tututuRoc（2）2221)()()(RtudttduCdttduCRcc（3）dttduCRtutucoi)()()(21（4）（2）代入（ 4）

13、并整理得CRtutudttdudttduoioR12)()()()(（5）（1） 、 （2）代入（ 3）并整理得222)()(2)()(RtudttduCdttduCdttduCRRoi两端取微分，并将（ 5）代入，整理得输入输出关系的微分方程为CRtudttduCRdttudCRCRtudttduCRdttudCRiiiooo1122211222)()(1)()()()11()(3.250(2)50(2)( )( )1110(1)(10)ssG s H sssss50(2)()()(1)(10)jG jHjjj111222222G ( j) H ( j)5 0(4) (1)(1 00)111

14、2222222 0 l n G ( j) H ( j)20 l n( 5 0(4) (1)(1 00)2222 0 l n 5 01 0 l n ( 4)1 0 l n (1)1 0 l n (1 0 0)0计算可得c49/rads当1时，斜率为 0；当12时，斜率为 -20dB/d；当 210时，斜率为 0；当10时，斜率为 -20dB/d；绘制对数幅频特性曲线，如图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - 4.由

15、系统的开环传递函数可知，系统的开环曲线图如图所示由于0P，故想要闭环系统稳定，必有0N，即幅相曲线不包围点( 1, 0)j。系统的频率特性表达式如下2224222(1)(1)()(1)(1)(1)(1)KKTjKTG jjTjjTTa、2T时，对于开环幅相曲线与实轴的交点有22242224222(1)(21)0(1)(1)9(21)KTKTT由上式可得22，则交点的实轴坐标为22242224222(1)31(1)(1)9(21)KTKTT由上式可得302Kb、10K时，对于开环幅相曲线与实轴的交点有222422224222(1)10 (1)0(1)(1)(1)(1)KTTTTTT名师资料总结

16、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - 由上式可得1T，则交点的实轴坐标为224222222110(1)(1)1111(1)(1)(1)(1)TKTTTTTTTTT由上式可得109Tc、对于开环幅相曲线与实轴的交点有222422224222(1)(1)0(1)(1)(1)(1)KTKTTTTT由上式可得1T，则交点的实轴坐标为2242222221(1)(1)1111(1)(1)(1)(1)KTKTTTTTTTTT由上式可得110,01TKTTK名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -