2022年自动控制原理_期末试卷及答案 .pdf

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1、课程名称:自动控制理论（A/B 卷闭卷）考试时间100 分钟题号一二三四五六七八九十总分统分人签名题分15 20 8 20 15 22 100 得分考生注意事项：1、本试卷共2 页，试卷如有缺页或破损，请立即举手报告以便更换。2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。3、答案请写在答题纸之密封线内和纸卷正面，否则不记分。一、填空题（每空 1 分，共 15 分）1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过与反馈量的差值进行的。2、复合控制有两种基本形式：即按的前馈复合控制和按的前馈复合控制。3、两个传递函数分别为G1(s)与 G2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G

2、s，则 G(s)为（用 G1(s)与 G2(s)表示）。4、典型二阶系统极点分布如图1 所示，则无阻尼自然频率n，阻尼比，该系统的特征方程为，该系统的单位阶跃响应曲线为。5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105ttg tee，则该系统的传递函数G(s)为。6、根轨迹起始于，终止于。7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tgtgT，则该系统的开环传递函数为。8、PI 控制器的输入输出关系的时域表达式是，其相应的传递函数为，由于积分环节的引入，可以改善系统的性能。二、选择题（每题 2 分，共 20 分）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页

3、-1、采用负反馈形式连接后，则()A、一定能使闭环系统稳定；B、系统动态性能一定会提高；C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果()。A、增加开环极点；B、在积分环节外加单位负反馈；C、增加开环零点；D、引入串联超前校正装置。3、系统特征方程为0632)(23ssssD，则系统()A、稳定；B、单位阶跃响应曲线为单调指数上升；C、临界稳定；D、右半平面闭环极点数2Z。4、系统在2)(ttr作用下的稳态误差sse，说明()A、型别2v；B、系统不稳定；C、输入幅值过大；D、闭环传递函数中有一个积分环

4、节。5、对于以下情况应绘制0根轨迹的是()A、主反馈口符号为“-”；B、除rK 外的其他参数变化时；C、非单位反馈系统；D、根轨迹方程（标准形式）为1)()(sHsG。6、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标()。A、超调%B、稳态误差sseC、调整时间stD、峰值时间pt7、已知开环幅频特性如图2 所示，则图中不稳定的系统是()。系统系统系统图 2 A、系统B、系统C、系统D、都不稳定8、若某最小相位系统的相角裕度0，则下列说法正确的是 ()。A、不稳定；B、只有当幅值裕度1gk时才稳定；C、稳定；D、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第

5、 2 页，共 7 页 -9、若某串联校正装置的传递函数为1011001ss，则该校正装置属于()。A、超前校正 B、滞后校正C、滞后-超前校正 D、不能判断10、下列串联校正装置的传递函数中，能在1c处提供最大相位超前角的是：A、1011ssB、1010.11ssC、210.51ssD、0.11101ss三、(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 四、（共 20 分）系统结构图如图4 所示：1、写出闭环传递函数()()()C ssR s表达式；（4 分）2、要使系统满足条件：707.0,2n,试确定相应的参数K和；（4 分）3、求此时系统的动态性能指标st,00

6、；（4 分）4、ttr2)(时，求系统由()r t产生的稳态误差sse；（4 分）5、确定)(sGn，使干扰)(tn对系统输出)(tc无影响。（4 分）五、(共 15 分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为2()(3)rKG ss s: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、图 4 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -与虚轴的交点等）；（8 分）2、确定使系统满足10的开环增益K的取值范围。（7 分）六、（共 22 分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线0()L如图 5所示：1、写出该系统的开环传递函数)(0sG；（8 分）2、

7、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）试题一答案一、填空题(每题 1 分，共 15 分)1、给定值2、输入；扰动；3、G1(s)+G2(s)；4、2；20.7072；2220ss；衰减振荡5、1050.20.5ssss；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -6、开环极点；开环零点7、(1)(1)Kss Ts8、1()()()pu tKe te t dtT；11pKTs；稳态性能二、判断选择题(每题 2 分，共 20 分)1、D2、A

8、3、C4、A5、D6、A7、B8、C 9、B10、B 三、(8 分)建立电路的动态微分方程，并求传递函数。解：1、建立电路的动态微分方程根据KCL有200i10i)t(u)t(u)t(du)t(u)t(uRdtCR(2 分)即)t(u)t(du)t(u)()t(dui2i21021021RdtCRRRRdtCRR(2 分)2、求传递函数对微分方程进行拉氏变换得)(U)(U)(U)()(Ui2i21021021sRsCsRRsRRsCsRR(2 分)得传递函数2121221i0)(U)(U)(RRCsRRRCsRRsssG(2 分)四、(共 20 分)解：1、（4 分）22222221)()()

9、(nnnssKsKsKsKsKsKsRsCs2、（4 分）2224222nnKK707.04K3、（4 分）0010032.42e83.2244nst名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -4、（4 分）)1(1)(1)(2ssKssKsKsKsG11vKK414.12KssKAe5、（4 分）令：0)()(11)()()(ssGssKsNsCsnn得：KssGn)(五、(共 15 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

10、条渐近线：180,602333a（2分）(4)分离点：0321dd得：1d（2 分）432ddKr(5)与虚轴交点：096)(23rKssssD06)(Re09)(Im23rKjDjD543rK（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：139)3()(22ssKssKsGrr得9rKK（1 分）系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：54rK，（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：544rK，（3 分）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K 的取值范围：694K（1

11、分）六、（共 22 分）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12()11(1)(1)KG ssss(2 分)由图可知：1处的纵坐标为40dB,则(1)20lg40LK,得100K(2 分)1210和=100（2分）故系统的开环传函为1100110100)(0ssssG（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0100()1110100Gjjjj（1 分）开环幅频特性022100()1110100A（1 分）开环相频特性：110()900.10.01stgtg（1 分）3、求系统的相角裕度：求幅值穿越频率，令022100()11110100A得31.6/crads（3 分）11110()900.10.01903.160.316180ccctgtgtgtg（2 分）0180()1801800c（2 分）对最小相位系统0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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -