09-11年自控原理试卷.pdf

第 1 页 共 7 页 洛阳理工学院 2010 2011 学年 第一学期 自动控制原理 期末考试试题卷 A 适用班级 B080405 06 07 08 考试日期时间 一 填空题 每小题 2 分 共 30 分 1 自动控制系统基本控制方式有 三种 2 传递函数 G S 的拉氏反变换是系统的单位 响应 3 连续系统稳定的充要条件 判断系统稳定的方法有 稳定性判据 4 已知某校正网络传递函数为 1 1 s G S as 当满足 条件时 则该校正网络为超前校正网络 当满足 条 件时 该校正网络为滞后校正网络 5 设闭环系统稳定 闭环传递函数为 s 系统输入信号为余弦函数 cos r tAt 时 系统的稳态输出为 6 非线性控制系统自激振荡是指没有外界周期变化信号的作用时 系统内部产生的具有 的稳定周期运 动 简称自振 7 香农采样定理为 8 开环系统的频率特性与闭环系统的时间响应有关 开环系统的低频段表征闭环系统的 开环系统的中频 段表征闭环系统的 开环系统的高频段表征闭环系统的 9 稳定系统的开环幅相频率特性靠近 1 j0 点的程度表征了系统的相对稳定性 它距离 1 j0 点越 闭环系统相对稳定性就越高 二 已知系统结构图如图 1 所示 试求系统传递函数 共 10 分 三 已知系统结构图如图 2 所示 第一小题 6 分 第二小题 9 共 15 分 1 确定在系统在单位阶跃输入信号 1 r tt 作用下时域性能指标 超调量 p 峰值时间 p t和调节时间 s t 提示 2 1 2 3 5 1 ps n n ett 2 当 1 sinr tt n tt 时 判断系统的稳定性 并求此时系统的稳态误差 四 设某单位负反馈控制系统的开环传递函数为 1 10 k G s s ss 每小题 5 分 共 10 分 1 G s 2 G s 3 G s 4 G s 2 Hs 3 H s 1 H s C s 一 一 一 图 1 R s 1 4s 8 2s R s C s N s 图 2 第 2 页 共 7 页 1 试绘制参量 k由 0 变至 时的概略根轨迹图 2 用根轨迹的方法求出使系统稳定时 k的取值范围 五 最小相位系统的开环渐近幅频特性曲线如图 3 所示 每小题 5 分 共 15 分 1 求开环传递函数表达式 2 求系统的截止频率 c 3 设参考输入 r tabt 其中 a b是常数 求系统的稳态误差 六 已知下列系统的开环传递函数 所有参数均大于 0 每小题 5 分 共 10 分 a 123 1 1 1 K G s TsT sT s b 1 1 21 sTsTs K sG 及其对应的幅相曲线分别如下图4所示 应用Nyquist稳定判据判断各系统的稳定性 若闭环系统不稳定 指出系统在S 平面右半部的闭环极点数 七 已知采样系统如图 5 所示 其中 T 和 K 是常数 试求闭环系统脉冲传递函数 C z R z 共 10 分 提示相关 z 变换关系式 2 1 1 1 at aT zTzz tte zzze 1 Ts e s R s E s C s 1 K s s 图 5 图 3 图 4 1 j a 1 j b 40 0 20 100 20 20 db 第 3 页 共 7 页 B080405 06 07 08 试卷试卷 a 答案答案 一 填空题 每小题 2 分 共 30 分 开环控制 闭环控制 复合控制 脉冲 特征方程的根均具有负实部或系统极点均位于 s 平面左半部份 劳斯判据 1a 1a cos jtjAtcss 固有振幅和周期 如果采样器的输入信号具有有限带宽 并有直到 h的频率分量 则使信号圆满的从采样信号中恢复过来的采样周期 T 满足条件 2 2 h T 或采样周期角频率满足2 sh 稳态精度 稳态性能 动态性能 噪声抑制能力 远 二 1234 122343231122343 1 GG G GC s s R sGG HG G HG G HGG H G G H 三 1 2 88 4 2 68 G s ssss 2 2 8 16 26 616 0 75 4 nn n s ss 2 1 2 2 84 1 187 1 167 1 ps n ett 2 当 1 0 5 ssr r tt e sinn tt 2 8 4 616 cn s s ss 0 8 4 615 cn j jA j 0 sin ssnssn ecAt 总误差 0 0 5sin ssssrssn eeeAt 四 1 系统根轨迹图 30 25 20 15 10 50510 20 15 10 5 0 5 10 15 20 Root Locus Real Axis Imaginary Axis 2 K 110 第 4 页 共 7 页 五 1 2 13 1 1 1 K T s G s TsT s 322 112 1000 3 3 100 0 01 K T 2 1 0 1 100 T T 100 0 11 1001 0 011 s G s ss 2 1 C 3 注意先必须进行稳定性判断 才能采用中值定理计算稳态误差 ss e 六 a 0 P 2 R 2 Z 不稳定 b 0 P 0 R 稳定 七 1 2 1 1 1 1 1 TTT T KeTzeTe G zzK sszze 1 1 1 1 1 1 1 TTT TTTT G zeTzeTe zK G zK eTzKeTezze 第 5 页 共 7 页 二 00 九至二 0 一 0 学年 第一学期期终试卷 A 课程 自动控制原理 适用班级 B070301 05 题号 一 二 三 四 五 六 七 总分 分数 阅卷人 一 10 分 已知系统结构图如图 1 所示 试计算输出 C S 二 20 分 已知系统结构图如图 2 所示 1 确定在系统在单位阶跃输入信号 1 r tt 作用下时域性能指标 超调量 p 峰值时间 p t和调节时间 s t 提示 2 1 2 3 5 1 ps n n ett 2 当 2 1 sin3r tt n tt 时 求此时系统的稳态误差 三 20 分 设某单位负反馈控制系统的开环传递函数为 2 2 5 k G s sss 1 G s 2 G s 3 G s 4 G s 2 Hs 2 Hs 1 H s N s C s 一 一 一 一 图 1 班级 学号 姓名 密 封 线 1 4s 8 2s R s C s N s 图 2 第 6 页 共 7 页 1 试绘制参量 k由 0 变至 时的概略根轨迹图 2 用根轨迹的方法求出使系统稳定时 k的取值范围 3 求出分离点处系统的闭环传递函数 四 20 分 最小相位系统的开环渐近幅频特性曲线如图 3 所示 低频段延长线与 相交与 10rad s 1 求开环传递函数表达式 2 求系统的截止频率 c 3 求出闭环系统相角裕度 4 设参考输入 r tabtab 其中 是常数 求系统的稳态误差 五 15 分 最小相位系统开环幅相频率特性曲线如图 4 所示 其中 p 为开环不稳定极点个数 1 请叙述奈氏稳定性判据 2 试判断闭环系统的稳定性 六 15 分 已知系统的结构图如下图 5 所示 1 求该系统的相交裕度 和幅值裕度 h 2 设计串联超前矫正网络 1 1 c aTs G s Ts 使系统新的截止频率 5 c 弧度 秒 相角余度 0 50 10 1 s s R s C s 图 5 0 Im Re 1 0 0P 0 Im Re 1 0 0P 0 Im Re 1 0 0P 图 4 a b c 0 20 L dB 20dB dec 40dB dec 60 8 20 40 20dB dec 2010 6 40dB dec 20dB 图 3 第 7 页 共 7 页 自控原理 B070301 05 第一学期期终 A 卷答案 一 答案 123 4 12222231 1 GG GC s G R sGG HG HG G H 二 答案 1 2 88 4 2 68 G s ssss 2 2 8 16 26 616 0 75 4 nn n s ss 2 1 2 2 84 1 187 1 167 1 ps n ett 2 当 2 1 1 ssr r tt e sin3n tt 2 8 4 616 cn s s ss 0 8 34 3 2 0731 88 187 cn j j j 0 2 07cos 331 88 ssnssn ect 总误差 0 1 2 07cos 331 88 ssssrssn eeet 三 解答 K 0 无论却何值 根轨迹有两只均位于右半平面 故系统不稳定 四 解答 1 22 11 1011 820 111 11 6012006 ss G s ssss 2 60 c 五 解答 a 稳