自动控制原理作业题-(后附答案)Word版

1、自动控制原理作业 第一章基本概念 一、简答题 1简述自动控制的基本槪念 2简述自动控制系统的基本组成 3简述控制系统的基本控制过程 4简述自动控制系统的基本分类 5试比较开环控制和闭环控制的特点 6简述自动控制系统的性能评价指标 二、分析计算题 1液位自动控制系统如图所示。试分析该系统工作原理，画岀系统原理框图，指出被控对象、 被控参量和控制量 2发动机电压调肖系统如图所示，试分析其工作原理，画出系统原理框图.指出其特点。 发电机 疋爪放X 励率放人 3液面控制系统如图所示。试分析该系统的工作原理，指出系统中的扰量、被控制量及被 控制对象，并画出系统的方框图。 4控制系统如图所示。简述该系统的

2、工作原理说明该系统的给左值、被控制量和干扰量, 并画岀该系统的方块图。 +E 第二章线性控制系统的数学模型 一、简答题 1简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式 2简述建立微分方程的步骤 3简述传递函数的基本概念及其特点 4给岀组成控制系统典型基本环节 二、分析计算题 1有源电网络如图所示，输入量为(/)，输出量为u2(t)9试确立该电网络的传递函数 2电枢控制式直流电动机原理图如图所示，输入量为q(f),输岀量为$(/),试确左其微分 方程。 R r 图中，电动机电枢输入电压：电动机输出转角；电枢绕组的电阻；电枢绕组的电感：流过电 枢绕组的电流：电动机感应电势：电动机转矩；电动机及负

3、载这和到电动机轴上的转动惯昼 电动机及负载这和到电动机轴上的粘性摩擦系数。 3某RC电路网络原理图如图所示，电压终为输入島 叫(/)为输出量，试画出其方块图, 并求其传递函数。 2) 4: 4某控制系统方块图如图所示，被控制蚩:为C(),控制量为/?($),试用悔森公式确立该系 统的传递函数 5某控制系统的信号流图如图所示，被控制量为CG).控制呈为R(s),试用梅森公式确左 其传递函数 第三章线性控制系统的时域分析 一.简答题 1控制系统的典型输入信号有哪几个？ 2评价控制系统的动态性能指标由哪些？ 3简述控制系统稳左的基本概念及系统稳定的充要条件 4简述控制系统稳态误差的基本概念 5简述一

4、阶控制系统的基本概念及其主要特点 6简述控制系统中闭环主导极点的符合条件 二.分析计算题 1某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(s)H(s) = K(s + 1) 5(7：?+ 1X25 + 1) 求该系统稳怎 时，参数K和T的取值范围 2已知控制系统方块图如图所示。若使系统的单位阶跃响应具有4二16. 3%, tFl秒。试确怎 前垃放大器的增益K及内反馈系数 3某单位负反馈控制系统的开坏传递函数为6(5)= 一一 求：系统稳左时，k 5(1 + 5)(1 + 5) 值的取值范囤。 4温度计的传递函数为G(5)= -L- o用其测量某一容器中的水温，发现经1分钟后才能 Ts +1 指示出实

5、际水温的96%求：(1)该温度计的指示从实际水温的10$变化到90%所需要的时 间：(2)如给该容器加热，使容器内水温以0.1 C/s的速度均匀上升，温度让的稳态指示 误差有多大。 5某位置随动控制系统如图所示，求：(1)系统的开环极点和闭环极点；(2)输入为单位阶 跃函数信号时，系统的自然振荡角频率和阻尼比：(3)系统的动态性能指标上升时间、调肖 时间和超调量。 c 1 A 6某单位负反馈自动控制系统的开环传递函数为） 山）（。2宀），求输入为斜坡 函数信号时，该系统的稳态误差。 7某系统在领初始条件下的单位阶跃响应为c（r） = l + 0.2e-1.2广血，试确泄该系统的 闭环传递函数。

6、 8某单位负反馈控制系统的开环传递函数为C（5）=,试系统闭环稳立时k 5（5 + 1）（5 + 2） 的取值范围。 第四章线性控制系统的根轨迹分析 一、简答题 1简述很轨迹的基本概念 2简述绘制根轨迹的依据 3简述绘制根轨迹的基本规则 二. 分析计算题 某控制系统的开环传递函数为c（5）= R($ + 4) 5(5 + 2)， 试绘制系统的概略根轨迹图 2设一控制系统方框图如图4-5所示，试绘制系统根轨迹。 R(s) k C(s) s(s + l)(s + 2) 图4-5控制系统方框图 3某控制系统的根轨迹如图所示。由系统的根轨迹图，求：1）确定系统稳龙时参数 （2）根据物理左律或通过实验等

7、方法得出物理规律，列出各环肖的原始方程式，并考虑 适当简化、线性化； （3）将各环节方程式联立，消去中间变量，最后得出只含有输入变量、输出变量以及参 戢的系统方程式。 3、把具有线性特性的对象的输入与输岀间的关系，用一个函数（输出波形的拉普拉斯变换 与输入波形的拉普拉斯变换之比）来表示的，称为传递函数。 特点： （1）传递函数是一种数学模型，与系统的微分方程相对应。 （2）是系统本身的一种属性，与输入量的大小和性质无关。 （3）只适用于线性定常系统。 （4）传递函数是单变量系统描述，外部描述。 （5）传递函数是在零初始条件下左义的，不能反映在非零初始条件下系统的运动情况。 （6）一般为复变量S

8、的有理分式，即n全m。且所有的系数均为实数。 （7）如果传递函数已知，则可针对各种不同形式的输入量研究系统的输出或响应。 （8）如果传递函数未知，则可通过引入已知输入量并研究系统输岀量的实验方法，确定系 统的传递函数。 （9）传递函数与脉冲响应函数一一对应，脉冲响应函数是指系统在单位脉冲输入虽作用下 的输出 4、控制系统典型基本环节：比例环节、惯性环廿、微分环肖、积分环节、振荡环节、延时 环节 二、分析计算题 “3（巧W2（5）-Z/3（5） sC、sC2 = 也） 认） =(R、sC + 1 R$C?以 RSC + 1 RrsC+1R jSCj 2、解:爲詁竽+ W)+ g 丿答 +何=%)

9、 at T(t) = C,nia(t) = C店(/) = LaJ+ (LJ- + RJ)- + g atat 3、解： n传递函数G (s) =F (心 q+：)(心 q + 1) RsCq + 1) 4、 5、厶=妙 =bg =ch L4 =eif = ehi L6 = bi = 1-(厶+厶+厶+厶+厶5 +厶)+(厶厶+厶厶+厶厶)一厶厶厶 严1 = _af _bg ch _eif _ehi-bi + afbg + afch+bgch_afbgch P =abc A.=l 1 P2=ec P、= ae 传递函数竺=n R(s) 1-6(/ 一bg ch -eif -ehi-bi + a

10、jbg + afch + bgch -ajbgch 第三章线性控制系统的时域分析 一、简答题 1、控制系统的典型输入信号有：单位脉冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、单位加速 度函数、正弦函数 2、评价控制系统的动态性能指标：超调量、调卩时间、振荡次数、延迟时间、上升时间、 峰值时间。 3、控制系统稳定是指自动控制系统在受到扰动作用使平衡状态破坏后，经过调卩能重新达 到平衡状态的性能。 控制系统稳左的充要条件：闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说，闭环函 数的极点均位于S平而的左半部。 4、控制系统稳态误差的基本概念：稳态误差是描述系统稳定性能的一种性能指标，是当时 间趋于无穷是，系统

11、单位阶跃响应的稳态值与输入量之差。 5、一阶控制系统的基本概念：能够用一阶微分方程描述的系统称为一阶系统。 一阶控制系统的主要特点：一般只有一种储能元件，英微分方程为一阶方程 6、控制系统中闭环主导极点是：在所有极点中，距离虚轴最近的极点（往往是一对共轨 复数极点），此极点附近无零点，其他极点距离虚轴的距离是它的5倍以上。 二、分析计算题 1、解：该系统的闭环传递函数 K(s + 1) G(s)H(s) = s(7 + l)(2s + l) =K(s + 1) 1 S 一 l + G(s)H(s) | K(s + 1) 一 27+ (2 + T)s2+(1 + K)s+K s(7 + l)(2

12、s + l) 特征方程 D(s) = 27V + (2 + T)s2 + (1 + K)$ + K = 0 劳斯表 + K K 0 0 2T 2 + T (2 + T)(l + K)-2TK 2 + T 根据劳斯判据 +K。2+T0 性严 K0 综上所述=K0 T K = 1.318 3、解：该系统的闭环传递函数 k $(1 + 了$)(1 +三$)L 心)=；=； 1 +: s +-s +s + k s(l + 1s)(l + 1$)182 36 121 a 特征方程 )(5)= -s3 + -s2+s + k=O 劳斯表 1 18 丄 2 _k_ 2?8 2 一18 9 k 3. 219T

13、=lmin =T=18. 64s 系统误差为e(t)=r(t)-c(t) 吕= 1一丄=工 R(s) R(s) Ts + 7i + l j = lim 5($)/?($) = lim 邛=0 IT = 1 8ZC wU Ts + s2 5. 解：(1) 系统开环传递函数6(5)= L + 1) 特征方程)(s) = s(zs + 1) = 0= 丿F环极点s, = 0,j2 = -y 系统闭环传递函如沪iZr卅存 特征方程D,s) = M+ S + K= O=闭环极点?34 = 一丄土 r 二阶系统的单位阶跃响闭环特征方程为 S2+2gS +屈=0 =自然振荡角频率 = 了汞，阻尼比 = 2齐

14、存 1 /r-arccos JtK 上升时间f严 pK l tK 调卩时间“天厂 超调量S =*敎才xlOO% = T/ 6、解: =lim s J-0 1 1 + GG) R(s) = liin s $T() 5(5 + 1X0.25 + 1) $($ + l)(02s + l) + 10 输入信号为斜坡函数躺“时，R* 系统的稳定误差S = lim s s(s + 1)(0.25 4-1) s(s + l)(02s +1) + 10 J解：经拉氏变换得 C(心+ 0,2 1.2 5 + 605 + 10 600 5(5 + 60)(5 + 10) 600 5(52+705 + 600) 系

15、统闭环传递函数G(S)= r S 600 + 70s + 600 8、解：该系统的闭环传递函数 k G(s)= s(s + l)(s + 2)k * 一1 ： k 一/ + 3疋 + 2$ + & s(s + l)(s + 2) 特征方程 )(5)= s3+3s2 + 2s + k=0 劳斯表 3 =k0 =0 k d、= 1.174 = 6.83 2、解： （1）开环极点 pi=0, pc=-l, p3=-2o （2）根轨迹分支数为3条，有3个无穷远的零点。 （3）实轴上根轨迹-8,-2, -1,0 （4）渐近线：n-m=3条 （5）分离点 0 = (2“ + 1) /3 = 60180 (

16、_1_2_0)_(0) 30 0(s)M(s)-D(s)NG) = O = 0(舍)， 3 = V2 3、解:(1)根据系统的根轨迹可得系统的开环传递函数 G(s)=? s(s +0.5)2 系统的闭环传递函数 _ s(s + 0.5) + K 特征方程D(s)= 劳斯表 =s(s + 0.5) + / f =0 1 1 4 s2 2 K V1 2x 丄-K 4 0 2 5 K 0 =0K10（叭）的区域，反应了时域响应的起始阶段特性。 髙频段一般分贝值较低，对系统的动态相应影响不大。高频段特性 反映了系统抗干扰能力。 中频段一一开环对数幅频在截止频率c（Odb附近）的区段，其斜率和宽度，反 应了闭环系统的稳定性及输出响应的瞬态性能。 低频段一一在第一个转折频率以前的区段，决定系统的稳态性能。 二、分析计算题 解： 10($+ 3) 3xl0(s + l) G(s)= 、 = s(s + 2)(5- +S + 2)2 X 2s(-s + )(-s2 + 丄s +1) 2 2 2 K =丄巴=7.5 = 20lg AT = 17.5 2x2 I、