(精品武汉科技大学2013-2014自动控制原理试卷a.pdf

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1、武汉科技大学 2013-2014 自动控制原理试卷 A最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除试 题参考答案2013年2014 年第一学期课程名称：自动控制原理适用专业年级：自动化 2011级考生学号：考生 姓 名：试卷类型：A 卷 B 卷 考试方式：开卷 闭卷 一、(15分，每小题 3分)简答题（1）简述频率特性的定义。（2）按照校正装置在系统中的连接方式，说说校正分哪几种方式；按照校正原理的不同，串联校正又分为哪几种方式？（3）简述线性系统和非线性系统区别。（4）简述香农采样定理。（5）简述闭环采样系统稳定的充要条件。答案：（1）频率特性是线性系统正弦输入信号作用下，系统稳态输出与输入的复数

2、之比。精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除（2）按照校正装置在系统中的连接方式，校正分为：串联校正、反馈校正和前馈校正；按照校正原理的不同，串联校正分为串联超前校正、串联滞后校正和串联滞后-超前校正。（3）可以从数学模型、稳定性和运动形式三方面来区别非线性系统与线性系统。数学模型稳定性运动形式线性系统线性微分方程系统固有特稳定、不稳定性，与外力无（临界稳定）关非线性系统非线性微分方与系统固有特稳定、不稳程性、输入及初定、自振始条件有关（4）香农采样定理：要使采样信号不失真地恢复为原来信号，采样角频率s必须满足s2max（max:连续信号最大频率）（5）闭环采

3、样系统稳定的充要条件为：闭环采样系统的闭环脉冲传函的全部极点位于 Z平面上以原点为圆心的单位园内。二、(10分)工业上使用的光电纠偏器常用于钢厂、纺纱厂等长距离走料场合，其功能是纠正长距离物料在走料过程中偏离中心的误差，其原理图如图 1所示，其中，光电位置传感器的输出为电压信号。精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除+设定点UrUe控制器U功率放大器M走料光电位置机构传感器Uf图 1（1）（3 分）指出该系统的输入量、输出量和反馈量；（2）（3 分）简述该系统工作原理；（3）（4 分）绘制系统原理方块图。答案：（1）系统的输入量：给定电位器电压Ur输出量：物料

4、的中心位置反馈量：光电位置传感器电压Uf；（2）回答出偏差控制思想即可（3）给定电位器UrUeUf控制器功率放大器U物料中心位置电机走料机构物料光电传感器三、(10分)已知某系统的动态结构图如图 2所示，（1）（5 分）求系统的传递函数C(s)/Rr(s)；（2）（5 分）求系统的传递函数C(s)/Rn(s)。精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除Rn(s)Rr(s)G1(s)G2(s)C(s)图 2答案：（1）系统的传递函数C(s)/Rr(s)（2）系统的传递函数C(s)/Rn(s)G1(s)G2(s)；1G1(s)G1(s)G2(s)G2(s)(1G1(s

5、)1G1(s)G1(s)G2(s)K，试选择参s(s1)四、（10 分）已知单位负反馈某系统的开环传递函数G(s)数K和的值以满足如下指标：1）当输入信号为t时，系统的稳态误差 0.05；2）当输入信号为单位阶跃信号时，超调量 25%，调节时间 0.4s（0.02）。答案：1）系统为 1 型系统，当输入信号为t时，系统的稳态误差ess1，因此有K1 0.05 K 20K（分）K2n2）G(s)与G(s)比较，可知：ns(s1)s(s2n)精品好资料-如有侵权请联系网站删除K11，2K最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除ts(0.02)4 0.4 0.05（n分）下面步骤二选一都得分12而%e

6、分）100%25%121.391 131 K（426综合：K 20；0.05；分）13 K 可以选择：0.05,K 20（42或者选择 0.05,K 20，验算得此时 121，计算2%e100%16.3%25%满足要求（分）（五 a、五 b 任选一题，不重复计分。）五 a、(15分)某单位负反馈系统开环传递函数为G(s)K(s 7)s(s 2)(s 3)（1）(2分)确定根轨迹的起点、终点及实轴上的根轨迹分布；（2）(2分)计算根轨迹的渐近线；（3）(2分)根据根轨迹的走向法则，判断根轨迹分离点的大致位置；（4）(4分)计算根轨迹与虚轴的交点，并确定要求系统稳定时，K的取值范围；（5）(2分)

7、确定系统临界稳定时的开环放大系数；（6）(3分)绘制根轨迹。精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除答案：（1）根轨迹的起点p 0,2,3、终点z 7及两个无穷远点，实轴上的根轨迹分布2,07,3；(2分)（2）根轨迹的渐近线 900，k1；(2分)（3）根轨迹分离点的大致位置：-1,0；(2分)（4）根轨迹与虚轴的交点，并确定要求系统稳定时，K的取值范围；s35s2(6 K)s7K 0利用劳斯判据或s j代如特征方程均可，得到：s 21j，K 15(2分)系统稳定时，K的取值范围为0 K 15(2分)（5）系统临界稳定时的开环放大系数为(2分)（6）绘制根轨迹

8、。(分)71517.56精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除-7-3-20五 b、(15分)（1）(2分)设多项式a(s)a0sn a1sn1an1s an的系数满足如下条件：ai ai ai,ai和ai给定，i 1,.n.根据 Kharitonov 定理，判断该区间多项式稳定性的充分必要条件为判断有限个确定多项式的稳定性，这几个确定多项式的系数仅与ai和ai有关。问需判断多少个确定的多项式？1（2）(7分)如图 3所示反馈系统，设G(s)，设计比例积分（PI）控制器s 11C(s)K(1)，使得闭环系统的极点为-2，-5。Tisr(t)y(t)u(t)e(

9、t)C(s)G(s)图 31（3）(6分)如图五 b所示反馈系统，设输入r(t)为单位阶跃信号且G(s)，设s计比例控制器 C(s)=K，使得代价函数J 2e2(t)dt u2(t)dt最小，给出 K 和00最小的 J值。六、(15分)判断稳定性精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除432（1）(5分)某闭环系统特征方程为s 5s 3s 4s 3 0，试用劳斯判据分别判定其稳定性，并说明特征根在复平面上的分布。（2）(5分)已知某线性系统开环幅相频率特性如图 4所示，已知系统开环稳定且为 III型系统，即v 3，试判断闭环系统的稳定性。Im 0 Re(1,j0

10、)图 4（3）(5分)在某非线性系统中，已知负倒描述函数G(j)曲线如图 5 所示，试判断1与开环频率特性N(X)1曲线与G(j)曲线的交点M、N哪个为N(X)Im稳定的自振点。N1N(X)oReM 0G(j)图 5答案：（1）(5分)精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除s4s3s2s1s013354113531113系统不稳定，有两个根在 s 右半平面（2）(5分)P 0,N N 01（3）(5分)N点为稳定的自振点七、(15分)已知单位负反馈最小相位系统开环对数幅频特性如图 6所示：dbP，系统不稳定2 20dB/dec01050 40dB/dec图 6

11、（1）(2分)求系统的型次和开环增益；（2）(3分)求系统开环传递函数Gk(s)；（3）(3分)求相位裕量(c)；（4）(2分)根据相位裕量判定其闭环系统的稳定性；（5）(5分)假设系统输入为r(t)2sin10t，确定系统的稳态输出。答案：（1）系统的型次：I型；开环增益为 50；（分）精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除（2）系统开环传递函数Gk(s)（分）50；ss(1)21011.302（3相位裕量；(c)1800900arctan（分）（4）(c)0，其闭环系统稳定；(2分)（5）(5分)假设系统输入为r(t)2sin10t，确定系统的稳态输出。1

12、00100系统闭环传递函数(s)2，(j)2s 2s100j2 100(2分)(j10)100(2)2(1002)210 5，(j10)900(2分)所以系统的稳态输出为：c(t)25sin(10t 900)10sin(10t 900)10cos10t(分)八、（10 分）已知某采样系统结构图如图 7所示，采样周期T 1s：（1）（5 分）求系统闭环脉冲传递函数；（2）（5 分）求闭环系统K的稳定域。R(s)-TKs(s4)C(s)图 7答案：（1）系统闭环脉冲传递函数；精品好资料-如有侵权请联系网站删除最新好资料推荐-如有侵权请联系网站删除KK1 K zz1（分）Gk(z)ZZ4Tss44z 1z es(s4)4由e4T 0.018计算Gk(z)0.2455Kzz21.018z 0.018（分）(s)Gk(z)0.2455Kz21Gk(z)z(0.2455K 1.018)z 0.018（分）（2）闭环系统K的稳定域。对特征方程z2(0.2455K 1.018)z 0.018 0（分）令z w1得0.2455w21.964w 2.0360.2455K 0或利用z 1计算w1（分）利用劳斯判据可得：闭环系统K的稳定域为0 K 8.29（分）精品好资料-如有侵权请联系网站删除