自动控制原理试卷及答案

1课 程 名 称 : 自 动 控 制 理 论 （ A/B 卷 闭 卷 ）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 给 定 值 与 反 馈 量 的 差 值进 行 的 。2、 复 合 控 制 有 两 种 基 本 形 式 ： 即 按 输 入 的 前 馈 复 合 控 制 和 按 扰 动 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， 则 G(s)为 G1(s)+G2(s)（ 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()1ttgte则 该 系 统 的 传 递 函 数 G(s)为 。6、 根 轨 迹 起 始 于 极 点 ， 终 止 于 零 点 或 无 穷 远 。7、 设 某 最 小 相 位 系 统 的 相 频 特 性 为 ， 则 该 系 统 的101()()9()tgtgT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 ）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 ， 则 系 统 ( )0632)(3ssDA、 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 。2Z24、 系 统 在 作 用 下 的 稳 态 误 差 ， 说 明 ( )2)(trseA、 型 别 ； B、 系 统 不 稳 定 ；vC、 输 入 幅 值 过 大 ； D、 闭 环 传 递 函 数 中 有 一 个 积 分 环 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 外 的 其 他 参 数 变 化 时 ；rKC、 非 单 位 反 馈 系 统 ； D、 根 轨 迹 方 程 （ 标 准 形 式 ） 为 。1)(sHG6、 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 C、 调 整 时 间 D、 峰 值 时 间%sest 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 2A、 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 ， 则 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )。0A、 不 稳 定 ； B、 只 有 当 幅 值 裕 度 时 才 稳 定 ；1gkC、 稳 定 ； D、 不 能 判 用 相 角 裕 度 判 断 系 统 的 稳 定 性 。9、 若 某 串 联 校 正 装 置 的 传 递 函 数 为 ， 则 该 校 正 装 置 属 于 ( )。 10sA、 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 处 提 供 最 大 相 位 超 前 角 的 是 ：cA、 B、 C、 D、s10.s210.5s0.1s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 。3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 表 达 式 ； （ 4 分 ）()CsR2、 要 使 系 统 满 足 条 件 ： , ,试 确 定 相 应 的 参 数 和 ； （ 4 分 ）70.2nK3、 求 此 时 系 统 的 动 态 性 能 指 标 ； （ 4 分 ）st,4、 时 ， 求 系 统 由 产 生 的 稳 态 误 差 ； （ 4 分 ）tr2)()rtse5、 确 定 ， 使 干 扰 对 系 统 输 出 无 影 响 。 （ 4 分 ）sGnn)(tc五 、 (共 15 分 )已 知 某 单 位 反 馈 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 : 2()3)rKGs1、 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 、 与 虚 轴的 交 点 等 ） ； （ 8 分 ）2、 确 定 使 系 统 满 足 的 开 环 增 益 的 取 值 范 围 。 （ 7 分 ）10六 、 （ 共 22 分 ） 某 最 小 相 位 系 统 的 开 环 对 数 幅 频 特 性 曲 线 如 图 50()L所 示 ：图 441、 写 出 该 系 统 的 开 环 传 递 函 数 ； （ 8 分 ）)(0sG2、 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、 ； ； ； 衰 减 振 荡0.720s5、 ；5.2.s6、 开 环 极 点 ； 开 环 零 点7、 (1)KsT8、 ； ； 稳 态 性 能()()()putettd1pKTs二 、 判 断 选 择 题 (每 题 2 分 ， 共 20 分 )1、 D 2、 A 3、 C 4、 A 5、 D 6、 A 7、 B 8、 C 9、 B 10、 B三 、 (8 分 )建 立 电 路 的 动 态 微 分 方 程 ， 并 求 传 递 函 数 。5解 ： 1、 建 立 电 路 的 动 态 微 分 方 程根 据 KCL 有 (2200i10i )t(u)t(tdu)t(tuRCR分 )即 (2)t(u)t(d)t(u()td i2i21021021 分 )2、 求 传 递 函 数对 微 分 方 程 进 行 拉 氏 变 换 得(2 分 )(U)()(U() i2i21021021 sRsCsRsCR得 传 递 函 数 (2 分 )2121i)(G四 、 (共 20 分 )解 ： 1、 （ 4 分 ） 22221)( nsKssKsRC2、 （ 4 分 ） 242nK70.3、 （ 4 分 ） 0103.e8.2nst4、 （ 4 分 ） )1()(1)(2 sKssGvK4.2KsAe5、 （ 4 分 ） 令 ： 0)(1)( sGKsNCnn 得 ： KsGn)(第 1 页 共 2 页6五 、 (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 条 渐 近 线 ： （ 2 分 ）18,6a(4) 分 离 点 ： 得 ： （ 2 分 ）0321d1d42Kr(5)与 虚 轴 交 点 ： 096)(3rKssD（ 2 分 ）0)(ReIm2rj543r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)()22sKsGrr得 （ 1 分 ）9r系 统 稳 定 时 根 轨 迹 增 益 Kr 的 取 值 范 围 ： ， （ 2 分 ）54r系 统 稳 定 且 为 欠 阻 尼 状 态 时 根 轨 迹 增 益 Kr 的 取 值 范 围 ： ， （ 3 分 ） 54rK系 统 稳 定 且 为 欠 阻 尼 状 态 时 开 环 增 益 K 的 取 值 范 围 ： （ 1 分 ）69六 、 （ 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 (2 分 )12()(1)Gss由 图 可 知 ： 处 的 纵 坐 标 为 40dB, 则 , 得 (2 分 )10lg4LK0（ 2 分 ）120和 =7故 系 统 的 开 环 传 函 为 （ 2 分 ）101)(0ssG2、 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 （ 1 分 ）0()10jjj开 环 幅 频 特 性 （ 1 分 ）022()10A开 环 相 频 特 性 ： （ 1 分 ）10()9.stgt3、 求 系 统 的 相 角 裕 度 ： 求 幅 值 穿 越 频 率 ， 令 得 （ 3 分 ）0220()1A.6/crads（ 2 分 ）11110()9.903.60.8ccctgttgt （ 2 分 ）018()80c对 最 小 相 位 系 统 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 。试 题 二一 、 填 空 题 （ 每 空 1 分 ， 共 15 分 ） 1、 在 水 箱 水 温 控 制 系 统 中 ， 受 控 对 象 为 ， 被 控 量 为 。2、 自 动 控 制 系 统 有 两 种 基 本 控 制 方 式 ， 当 控 制 装 置 与 受 控 对 象 之 间 只 有 顺 向 作 用而 无 反 向 联 系 时 ， 称 为 ； 当 控 制 装 置 与 受 控 对 象 之 间 不 但 有 顺 向作 用 而 且 还 有 反 向 联 系 时 ， 称 为 ； 含 有 测 速 发 电 机 的 电 动 机 速 度控 制 系 统 ， 属 于 。83、 稳 定 是 对 控 制 系 统 最 基 本 的 要 求 ， 若 一 个 控 制 系 统 的 响 应 曲 线 为 衰 减 振 荡 ， 则该 系 统 。 判 断 一 个 闭 环 线 性 控 制 系 统 是 否 稳 定 ， 在 时 域 分 析 中 采 用 ； 在 频 域 分 析 中 采 用 。4、 传 递 函 数 是 指 在 初 始 条 件 下 、 线 性 定 常 控 制 系 统 的 与 之 比 。5、 设 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 ， 则 其 开 环 幅 频 特 性 为 ， 相2(1)KsT频 特 性 为 。6、 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 穿 越频 率 对 应 时 域 性 能 指 标 ， 它 们 反 映 了 系 统 动 态 过 程 的 。c二 、 选 择 题 （ 每 题 2 分 ， 共 20 分 ）1、 关 于 传 递 函 数 ， 错 误 的 说 法 是 ( )A 传 递 函 数 只 适 用 于 线 性 定 常 系 统 ；B 传 递 函 数 不 仅 取 决 于 系 统 的 结 构 参 数 ， 给 定 输 入 和 扰 动 对 传 递 函 数 也 有 影响 ；C 传 递 函 数 一 般 是 为 复 变 量 s 的 真 分 式 ；D 闭 环 传 递 函 数 的 极 点 决 定 了 系 统 的 稳 定 性 。2、 下 列 哪 种 措 施 对 改 善 系 统 的 精 度 没 有 效 果 ( )。A、 增 加 积 分 环 节 B、 提 高 系 统 的 开 环 增 益 K C、 增 加 微 分 环 节 D、 引 入 扰 动 补 偿3、 高 阶 系 统 的 主 导 闭 环 极 点 越 靠 近 虚 轴 ， 则 系 统 的 ( ) 。A、 准 确 度 越 高 B、 准 确 度 越 低 C、 响 应 速 度 越 快 D、 响 应 速 度 越 慢4、 已 知 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 ， 则 该 系 统 的 开 环 增 益 为 ( )。50(21)sA、 50 B、 25 C、 10 D、 5 5、 若 某 系 统 的 根 轨 迹 有 两 个 起 点 位 于 原 点 ， 则 说 明 该 系 统 ( ) 。 A、 含 两 个 理 想 微 分 环 节 B、 含 两 个 积 分 环 节 C、 位 置 误 差 系 数 为 0 D、 速 度 误 差 系 数 为 06、 开 环 频 域 性 能 指 标 中 的 相 角 裕 度 对 应 时 域 性 能 指 标 ( ) 。9A、 超 调 B、 稳 态 误 差 C、 调 整 时 间 D、 峰 值 时 间%sest pt7、 已 知 某 些 系 统 的 开 环 传 递 函 数 如 下 ， 属 于 最 小 相 位 系 统 的 是 ( )A、 B 、 C 、 D、(2)1Ks(1)5Ks） 2(1)Ks (1)2Ks8、 若 系 统 增 加 合 适 的 开 环 零 点 ， 则 下 列 说 法 不 正