贵州大学2009自动控制原理考试试题A

1、2009-2010学年贵州大学第一学期考试试卷 A选矿自动化参考答案及评分标准一、计算题（共60分）1、已知二阶控制系统，其闭环传递函数为，求其自然振荡角频率和阻尼比，并求上升时间、峰值时间、回复时间，超调量。（6分）解：二阶控制系统的标准形式为(1分)对比得：，解得：（1分）所以自然振荡角频率为5 rad/s,阻尼比为0.6.上升时间（1分）峰值时间（1分）回复时间；（1分）超调量（1分）2、简化下列自动控制系统结构方框图，并写出简化后的传递函数。（10分）转换：(2分)(2分)(2分)(2分)因此，其传递函数为： (2分)3、设单位反馈系统的开环传递函数为，求取K的取值范围并判断系统的稳定

2、性。（10分）解：，其闭环传递函数为：(2分）特征方程为列写劳斯判据：（1分） （1分）（1分）（1分） 若使系统稳定，则（2分）解得：，没有交集，解矛盾，因此没有适合的使系统稳定。(2分）4、 单位负反馈的开环传递函数为,试绘制其根轨迹。（10分）解：（1）系统有三个开环极点没有开环0点，根轨迹起于点，终止于无穷远处，共有三条根轨迹。(1分)（2）由法则4可知道，实轴上的根轨迹区间为：。(1分)（3）根轨迹渐进线与正实轴的夹角：(1分) 有（4）根轨迹渐进线与正实轴的交点(1分)(5)分离点(1分) 解得，根据实轴上的根轨迹区间可以知道，并不在根轨迹上，故舍去，是分离点。实轴上的分离点的分离

3、角为。 （6）根轨迹与虚轴的交点令带入特征方程，并令实部虚部为0，有：解得：(1分)根据以上条件，绘制根轨迹如下图：(4分)5、已知一反馈系统的开环传递函数为，试求相位裕量为50°时的的值，并求此时的幅值裕量。（10分）解：令，带入得（1分）根据上式，幅值，相频（2分）根据题意有： ，此时，（2分）联立两式解得：（1分）此时，（2分）所以有：，。（2分）6、已知换热器出口温度自动控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。流程图见图1。图1中，TT为温度测量变送器，TC为温度调节控制器。(14分) 此系统是前馈控制系统还是反馈控制系统？是开环控制系统还是闭环控制系统？ 请画出

4、自动控制系统的方框图,并分析图中每一个环节的作用。TT冷物料热物料蒸汽TC 方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号是什么？偏差信号，控制信号，操纵变量又是什么？ 当出现扰动时,本系统是怎样进行调节的? 图1 换热器温度控制流程图解：此控制系统是反馈控制系统，闭环控制系统。(2分)系统自动控制的方框图见图2。 （3分） TCTT换热器电动阀x0y（温度）比较+-xeuQ给定值实测值反馈系统执行器控制对象干扰图2 温度控制系统方框图 图中，TT环节为测量温度，并把温度的非电量信号变成电量信号。比较环节把温度的电量信号和设定值相比较。TC环节计算温度调节的信号并把它传

5、给执行器。执行器和一个变速电动机相连，推动阀门的开启和关闭。（2分）如图2的方框图中，检测环节的输入信号是热物料的实际温度，输出信号是这一温度变成的电流信号；调节器的输入信号是和温度有一一对应关系的电流信号和给定值信号，输出值为两种信号相减的偏差信号，执行器吸收调节器的偏差信号为输入信号，输出为推动阀门开闭的电流信号或电压信号。（2分）整个系统的输入信号为给定值信号和干扰信号，输出信号为实际的温度信号。（1分）偏差信号为给定值信号和实际测量值信号的差值信号；控制信号为经过控制器计算而得的信号，它是阀门开闭的推动信号；操纵变量是指阀门的开闭大小的信号。（2分） 当出现干扰时，温度测量变送器将检测

6、到变化的值，并和给定值进行比较，得到偏差信号，偏差信号经由温度调节器调节，得到合适的操纵变量给换热器的蒸汽调节阀，来调整蒸汽阀的开度和关度，最终达到恒温的操作。（2分）二、程序题（共30分）1、程序识别题。可选性曲线绘制的部分程序如下，请对程序进行注解，在相应的语句后面说明此句的意思，要求意思要写完整。（20分）t1=min(x1):0.01:max(x1); t2=min(x2):0.01:max(x2); p1=pchip(x1,y1,t1); p2=pchip(x2,y2,t2); plot(t1,p1,t2,p2); axis('ij',0 100 0 100);%定义

7、轴的范围 xlabel('灰分Ad/%','fontsize',8);%标注并设置字体 ylabel('浮物产产率/%','fontsize',8);%标注并设置字体 text(16,90,'beta','fontsize',14);%在指定的坐标轴下注解曲线名称 text(12,57,'lambda','fontsize',14);%在指定的坐标轴下注解曲线名称 hold on; h1=gca; h2=axes('position',get(h1,&

8、#39;position');%保证坐标轴的统一性 t3=min(x3):0.01:max(x3); p3=pchip(x3,y3,t3); plot(t3,p3);set(h2,'yaxislocation','right','color','none','xticklabel','xlim',get(h1,'xlim'),'ylim',0 100,'layer','top'); text(33,65,'theta&#

9、39;,'fontsize',14); ylabel('沉物产率/%','fontsize',8);%标注并设置字体 h3=axes('position',get(h2,'position'); t4=min(x4):0.01:max(x4); t5=min(x5):0.01:max(x5); p4=pchip(x4,y4,t4); p5=pchip(x5,y5,t5); plot(t4,p4,t5,p5); axis('ij',1.2 2.2 0 100); set(h3,'xdir

10、9;,'reverse','xaxislocation','top','color','none'); title('密度/kg.cm-3','fontsize',8);%标注并设置字体 text(1.47,25,'epsilon','fontsize',14);%在指定的坐标轴下注解曲线名称 text(1.55,76,'delta','fontsize',14);%在指定的坐标轴下注解曲线名称在x1的论域区间内以步长为

11、0.01等分取点，从最小值连续取到最大值 。 在x1和y1的论域内以t1的等分点数插值，并计算出插值点的纵坐标值 。绘制t1,p1和t2,p2两条插值曲线 。保持坐标轴相同，下面绘制的图形将和上面有共同的坐标体系 。获得当前句柄图形，并命名为h1 。设置h2的句柄图形，其纵坐标在右边，颜色为透明，x轴的标注明细区间为空，x的刻度和h1的保持相同，y的刻度为0,100,并把h2置于h1的顶层 。在坐标点（33,65）处标注曲线名称以及名称的字体大小设置为14磅 。保持h3句柄图形的坐标和h2的相一致 。定义轴坐标的形式为ij型，并定义横纵坐标轴的标注范围区间 。设置h3的句柄图形的属性，其横坐标

12、方向为返向，位置为顶部，颜色为透明 。评分标准：意思对就给分。 2、程序改错题，改正下面语句的语法错误,要求在错误的地方画一条横线，然后把正确的答案写出来，每句可能有多个错误（10分）。 A=1 2 3 5,b=2 4 6 8;plot(a,b)；xlable(“x标注“)；改正：a=1 2 3 5;b=2 4 6 8;plot(a,b)；xlable(x标注); x=0:0.01:2pi;y=sin(x)*cos(x)；plot(x,y,x,y, *b)改正：x=0:0.01:2*pi;y=sin(x).*cos(x)；plot(x,y,x,y,*b)。 num=conv(12,6,10),

13、1 2);den=conv(1,0;1,1,2,3,1,1)。改正：num=conv(12,6,10,1 2);den=conv(1,0,conv(1,1,2,3,1,1)。评分标准：总共10处错误，找对一处并更正得1分。三、问答题（10分）1、阐述选矿自动控制目前国内外的研究现状和发展方向，学习自动控制用MATLAB软件辅助学习，有什么优势？答：选矿自动化的发展和先进的控制系统有一定的差距。20世纪50年代前就已实现了选矿机械化。60年代初，开始应用选矿过程工艺参量自动检测仪表，如金属探测器、浓度计、pH计等。70年代初，检测金属含量的在线X射线荧光分析仪和计算机配合,实现了对浮选过程的实时

14、控制。与此同时，以利用计算机研究选矿过程特性和确立数学模型为基础的最优控制随之用于生产。70年代末，各种新技术，如超声波、激光、红外、微波和放射性同位素等，在自动检测技术中得到了广泛的应用。采用在线矿浆粒度分析仪直接对磨碎产品粒度进行分析和控制，提高了磨碎产品的分级效率。到了80-90年代，系统的完善了比例、积分、微分控制等控制理论，使选矿过程的控制在精度上上了一个台阶。到本世纪，由于计算机控制技术的发展，选矿过程控制有了长足的发展，不但在仪表仪器的种类、结构和功能上有巨大的改进和突破，而且有机地和边缘科学模糊数学、神经网络、模糊神经网络、可拓学等学科结合起来，发展了先进的现代控制理论。对建模理论、在线辩识技术、系统结构、控制方法等开始突破了传统的PID控制方法，并已经取得了成功应用