自动控制原理试题

1 一填空题 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 根轨迹起始于 开环极点 终止于 开环零点 4 在水箱水温控制系统中 受控对象为 水箱 被控量为 水温 5 传递函数是指在 零 初始条件下 线性定常控制系统的 输出拉氏变换 与 输入拉氏变换 之比 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 调整时间 它们反映了系统动态过程的 快速性 c s t 7 对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面 即 稳定性 快速性和 准 确性 8 在经典控制理论中 可采用 劳斯判据 或 时域分析法 根轨迹法或 奈奎 斯特判据 或 频域分析法 等方法判断线性控制系统稳定性 9 在二阶系统的单位阶跃响应图中 定义为 调整时间 是 超调 s t 10 判断一个闭环线性控制系统是否稳定 可采用 劳思判据 根轨迹 奈奎斯特判 据等方法 11 能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法 叫系统的数学模型 在古典控制理论中系统数学模型有 微分方程 传递函数 等 12 最小相位系统是指 S 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点 二 选择题 1 采用负反馈形式连接后 则 D 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 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 C 0632 23 ssssD 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 2 Z 4 系统在作用下的稳态误差 说明 A 2 ttr ss e A 型别 B 系统不稳定 2 v C 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 D 2 A 主反馈口符号为 B 除外的其他参数变化时 r K 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 A 超调 B 稳态误差 C 调整时间 D 峰值时间 ss e s t p t 7 已知开环幅频特性如图 2 所示 则图中不稳定的系统是 B 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 则下列说法正确的是 C 0 A 不稳定 B 只有当幅值裕度时才稳定 1 g k C 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 B 101 1001 s s 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 能在处提供最大相位超前角的是 B 1 c A B C D 101 1 s s 101 0 11 s s 21 0 51 s s 0 11 101 s s 11 关于传递函数 错误的说法是 B 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 12 下列哪种措施对改善系统的精度没有效果 C A 增加积分环节 B 提高系统的开环增益 K 3 C 增加微分环节 D 引入扰动补偿 13 高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴 则系统的 D 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 14 已知系统的开环传递函数为 则该系统的开环增益为 C 50 21 5 ss A 50 B 25 C 10 D 5 15 若某系统的根轨迹有两个起点位于原点 则说明该系统 B 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 0 16 开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标 A A 超调 B 稳态误差 C 调整时间 D 峰值时间 ss e s t p t 17 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 B A B C D 2 1 Ks s s 1 5 K s s s 2 1 K s ss 1 2 Ks ss 18 若系统增加合适的开环零点 则下列说法不正确的是 B A 可改善系统的快速性及平稳性 B 会增加系统的信噪比 C 会使系统的根轨迹向 s 平面的左方弯曲或移动 D 可增加系统的稳定裕度 19 开环对数幅频特性的低频段决定了系统的 A A 稳态精度 B 稳定裕度 C 抗干扰性能 D 快速性 20 下列系统中属于不稳定的系统是 D A 闭环极点为的系统 B 闭环特征方程为的系统 1 2 12sj 2 210ss C 阶跃响应为的系统 D 脉冲响应为的系统 0 4 20 1 t c te 0 4 8 t h te 三 名词解释 1 稳定性 答 指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平稳状态的能力 4 2 理想微分环节 答 输出变量正比于输入变量的微分 或 0 txktx i 3 调整时间 答 系统响应曲线达到并一直保持在允许衰减范围内的最短时间 4 正穿越 答 当奈氏图随 增加逆时针从第二象限越过负实轴向第三象限去时 叫正穿越 5 根轨迹 答 指当系统某个参数 如开环增益 K 由零到无穷大变化时 闭环特征根在 s 平面上移 动的轨迹 6 数学模型 答 如果一物理系统在信号传递过程中的动态特性能用数学表达式描述出来 该数学表达 式就称为数学模型 7 反馈元件 答 用于测量被调量或输出量 产生主反馈信号的元件 8 最大超调量 答 二阶欠阻尼系统在单位阶跃输入时 响应曲线的最大峰值与稳态值的差 9 频率响应 答 系统对正弦输入的稳态响应 10 幅值裕量 答 在频率为相位交界频率时 开环幅频特性的倒数称为系统的 g gg jHjG 幅值裕度 1 gg g jHjG K 11 自动控制 答 在没有人直接参与的情况下 使被控对象的某些物理量准确地按照预期规律变化 12 传递函数 答 传递函数的定义是对于线性定常系统 在零初始条件下 系统输出量的拉氏变换与输入 的拉氏变换之比 13 瞬态响应 答 系统在某一输入信号的作用下其输出量从初始状态到稳定状态的响应过程 14 最小相位传递函数 5 答 在右半 s 平面上无极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数 15 复现频率 答 在允许误差范围内的最高工作频率 四 简答题 1 什么是偏差信号 什么是误差信号 它们之间有什么关系 答 偏差信号 输入信号与反馈信号之差 误差信号 希望的输出信号与实际的输出信号之差 两者间的关系 当时 sHsEs 1 sH sEs 2 根轨迹的分支数如何判断 答 根轨迹 S 平面止的分支数等于闭环特征方程的阶数 也就是分支数与闭环极点的数目 相同 3 开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么 答 开环控制系统 是没有输出反馈的一类控制系统 其结构简单 价格低 易维修 精 度低 易受干扰 闭环控制系统 又称为反馈控制系统 其结构复杂 价格高 不易维修 但精度高 抗干 扰能力强 动态特性好 4 系统闭环零点 极点和性能指标的关系 答 1 当控制系统的闭环极点在 s 平面的左半部时 控制系统稳定 2 如要求系统快速性好 则闭环极点越是远离虚轴 如要求系统平稳性好 则复数极 点最好设置在 s 平面中与负实轴成 45 夹角线以内 3 离虚轴的闭环极点对瞬态响应影响很小 可忽略不计 4 要求系统动态过程消失速度快 则应使闭环极点间的间距大 零点靠近极点 即存 5 在偶极子 5 如有主导极点的话 可利用主导极点来估算系统的性能指标 5 如何减少系统的误差 答 可采用以下途径 1 提高反馈通道的精度 避免引入干扰 2 在保证系统稳定的前提下 对于输入引起的误差 可通过增大系统开环放大倍数和提 高系统型次减小 对于干扰引起的误差 可通过在系统前向通道干扰点前加积分增大放大 倍数来减小 3 采用复合控制对误差进行补偿 6 开环不稳定的系统 其闭环是否稳定 答 开环不稳定的系统 其闭环只要满足稳定性条件 就是稳定的 否则就是不稳定的 7 二阶系统的性能指标中 如要减小最大超调量 对其它性能有何影响 6 答 要减小最大超调量就要增大阻尼比 2 分 会引起上升时间 峰值时间变大 影响系 统的快速性 8 在保证系统稳定的前提下 如何来减小由输入和干扰引起的误差 答 对于输入引起的误差 可通过增大系统开环放大倍数和提高系统型次减小 对于干扰 引起的误差 可通过在系统前向通道干扰点前加积分增大放大倍数来减小 四 综合题 1 系统开环频率特性由实验求得 并已用渐近线表示出 试求该系统的开环传递函数 设 系统是最小相位系统 解 由图知该系统的开环传递函数为 4 分 12 1 22 TssTs k 其中 T 3 分 1 3 由低频渐近线与横轴交点为 得 2 分 10 10 k 修正量 得 2 分 10 2log 20 L158 0 故所求开环传递函数为 4 分 1105 0 9 1 10 2 sss 或记为 12 22 TssTs k 158 0 3 1 10 Tk 7 1 已知单位反馈系统的开环传递函数 12 1 sss k sGk l 求使系统稳定的开环增益 k 的取值范围 2 求 k 1 时的幅值裕量 3 求 k 1 2 输入 x t 1 0 06 t 时的系统的稳态误差值 ess 解 1 系统的特征方程为 3 分 032 23 kssssD 由劳斯阵列得 0 k 1 5 2 分 2 由 1802arctanarctan90 得 2 分 5 0 3 分 67 0 35 15 0 1 141 1 22 g K 3 5 分 05 0 2 1 06 0 06 0 1 2 1 12 1 12 1 lim lim 2 00 sssss sss sssEe ss ss 1 单位反馈系统的开环传递函数为 求 1 1 s sGk 1 系统在单