《自动控制原理》期末考试复习题及参考答案.pdf

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1、自动控制原理自动控制原理复习题（课程代码课程代码 392215392215）一通过结构图化简，试求下图所示系统的闭环传递函数C(s)。R(s)G3R(S)-G1G2C(S)G4二 根据下图所示的 RC 电路原理图，写出该系统以 Ui 为输入量，Uo 为输出量的微分方程。RiCUoUi三 通过结构图化简，试求下图所示系统的闭环传递函数C(s)。R(s)R(S)G1-G2G3C(S)-G4四 控制系统中的性能指标分为动态性能指标与静态性能指标。动态指标中用-评价系统的阻尼程度，用-和-评价系统的响应速度，用-同时反映响应速度和阻尼程度。静态指标用-描述，它反映了系统的-。G(S)ks(0.2s 1

2、)(0.5s 1)，试绘制相应的闭环根轨五 设单位反馈系统开环传递函数为迹图；若对该系统增加开环零点，则根轨迹图会如何变化；若增加该系统的开环极点，则根轨迹图如何变化。六 已知系统开环传递函数为性曲线图。七 简述奈氏稳定判据。G(s)2s1,试画出系统的对数幅频特性曲线图和对数相频特自动控制原理复习题1 1/6 6八 自动控制系统从控制的基本方式看可分为哪三种控制？并分别介绍每种控制。九 已知一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)25，试计算其动态性能指标（%，tp，s(s6)tr和 ts）。十 已知系统的闭环特征方程s4+2s3+3s2+4s+5=0，试用劳斯判据分析系统的稳定性。若系统不稳

3、定，指出不稳定根的个数。十一 简述线性系统的两个重要特性，并利用该特性计算下图所示输出量的拉氏表达式。（已知 R(S)=1/S,N(S)=1/S2）。N(S)R(S)1/S1/(S+1)C(S)-110S(S 4),若输入信号为 r(t)=4+6t+3t2,求稳态误差。G(S)十二 已知开环传递函数为十三 简述控制系统稳态误差的含义，并给出其常有的两种定义方法。十四 试举出在控制系统中，常用的典型输入信号有哪几种。十五 简述系统的幅频特性、相频特性和频率特性的含义。十六 简述经典控制论的含义。十七 试写出比例环节、惯性环节、积分环节的传递函数。十八 简述开环控制和闭环控制的含义，并分别说出其特

4、点。十九 简述自动控制系统的三大性能要求。G(S)二十 设单位反馈系统开环传递函数为二十一 已知最小相位系统的对数幅频特性曲线如下，写出其传递函数表达式。KS(S 1)(S 2)，试绘制相应的闭环根轨迹图。自动控制原理复习题1 1/6 6二十二试画出积分环节1的对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线S二十三 试画出比例环节 K 的对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线二十四试画出惯性环节1TS 1的对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线二十五.简述增加开环零极点对根轨迹有什么影响。C(S)二十六.已知控制系统结构图如下图所示，试求系统传递函数R(S)。R(s)E(s)G1(s)G2(s)C(s)Y(s)H

5、(s)二十七.简述频率特性的含义，并写出惯性环节的频率特性表达式。参考答案：参考答案：1C(s)(G1G4)G2R(s)1G2G32RC3duou0 uidtG1G2G3C(s)R(s)(1G2G3)(1G1G4)4超调量%上升时间 tr峰值时间 tp调节时间 ts稳态误差 ess控制精度（或抗干扰能力）5 实轴上为（-，-5）和（-2，0）段，根轨迹与虚轴交点为3.33j，渐进线与实轴交点为-2.3，分离点为-0.88。增加开环零点，根轨迹图向左弯曲或移动，开环零点越接近原点，系统的性能越好。增加开环极点，根轨迹图向右弯曲或移动，开环极点越接近原点，系统的性能越差。6 转折频率前斜率为 0d

6、b/dec,转折频率之后为-20db/dec。相角变化范围为 0 到-90 度，并关于-45 度对称（具体图形略）自动控制原理复习题1 1/6 67 控制系统稳定的充要条件为,奈氏曲线逆时针包围临界点的周数 N,等于在 S 右半平面上开环极点的个数 P.当系统开环稳定(即 P=0)时,则闭环系统稳定的充要条件为,奈氏曲线不包围临界点(-1,j0).如果 N 不等于 P,则意味着闭环系统不稳定,这时分布在右半平面上的闭环极点个数为：Z=P-NZ=P-N8 开环控制、闭环控制和复合控制。开环控制是指系统输出端与输入端之间并不存在反馈回路。闭环控制是指系统输出端与输入端之间有反馈回路。复合控制是开环

7、和闭环相结合的一种方式。29n 25,2n 6解得：n 5 s1，0.6,dn12 4 s12111 tg cos 53.1 0.93rad性能指标：t 0.55srd4tp 0.785s,ts1.33s 2%dn2 e1100%9.5%10 不稳定，有两个正实部根11 线性系统的重要特性：叠加性和齐次性。叠加性即当系统同时存在几个输入量作用时，其输出量等于各输入量单独作用时所产生的输出量之和。齐次性即当系统的输入量增大或缩小若干倍时，系统输出量也按同一倍数增大或缩小 c(s)2s(s2 s1)12Kp,K 2.5,Ka 0e 466 ss1 KpKKa十三 稳态误差是描述系统稳态性能的性能指

8、标。E(s)R(s)B(s)R(s)H(s)C(s)输入端定义：输入信号与反馈信号之差为作用误差。输出端定义：理想输出值与实际输出值的差值R(s)E(s)C(s)C(s)C(s)为系统误差。H(s)十四 阶跃函数、斜坡函数、加速度（抛物线）函数、脉冲函数、正弦函数十五幅频特性：定义稳态输出量的幅值与输入量的幅值之比相频特性：定义稳态输出与输入的相位差。频率特性：在正弦信号输入下，系统输出的稳态分量与输入量的复振幅之比C(j)C()ej()G(j)A()ej()j 0R(j)Re自动控制原理复习题1 1/6 6十六以传递函数为系统的数学模型，采用频率响应法和根轨迹法为分析方法，来研究“单输入-单

9、输出”线性定常控制系统的分析和设计。十七 分别是 K、I/1+TS、1/TS十八 开环控制系统：控制量与输出量间仅有前向通路，而无反馈通路。控制精度取决于元器件的精度，控制精度不高闭环控制系统（反馈控制系统）：系统的输出量（被控量）对控制作用有直接影响。控制精度较高，但采用元件多，线路较复杂。稳定性较差十九 稳定 快速 准确二十10二十一G(s)0.1 s 1二十二二十三自动控制原理复习题1 1/6 6二十四二十五添加位于左半平面的开环极点，将使根轨迹向右半平面移动，系统的稳定性能降低。添加位于左半平面的开环零点，将使根轨迹向左半平面移动，系统的相对稳定性得到改善。二十六G1G2G1G2C(s)C(s)R(s)1G1G2H R(s)1G1G2H二十七在正弦信号输入下，系统输出的稳态分量与输入量的复振幅之比。自动控制原理复习题1 1/6 6