(定稿)西安电子科技大学2010年《自动控制原理》考研试题与答案

word格式-可编辑-感谢下载支持西安电子科技大学2010年《自动控制原理》考研试题与答案（24分）单项选择填空题。在每小题列出的备选项中，只有一个是最符合题意的，请将其选出。单位负反馈系统的闭环传递函数G(s) 4o s22s4

，则其相对阻尼系数为（ 。A．1 B．2 C．1/2 D．2答案：C二阶系统的闭环传递函数(s) 16s22s16

，该系统所处的状态是（ 。A．欠阻尼 B．临界阻尼 C．过阻尼 D．无阻答案：A传递函数的概念适用于（ 。线性系统 B．非线性系统 C．线性时不变连续系统 D．线性时变连续系答案：C系统处于欠阻尼状态时的特征根为（ 。实数根 B．共轭复根 C．共轭虚根 D．不相等的实数答案：B5．零型采样控制系统，在单位阶跃信号作用下，其稳态误差是（ 。A．11p答案：D

B．0 C． D．1Kp单位负反馈系统的开环传递函数为ks1

，则其相角裕量（ 。A．180arctanc

B．180arctanc

C．180arctann

D．180arctann答案：A设sj是s平面上的点，当该点映射到z平面上位于单位园以外的区域时，则有（ 。A．0 B．C．＜0 D．答案：B8．一阶保持器两相邻采样点之间的输出是（ A．线性变化 B．常值 C．线性减小 D．线性增答案：A著系统开环对数幅频特性曲线第一个转折频率之前的斜率为1，则该系统的型号为（ 。零型系统 B．Ⅰ型系统 C．Ⅱ型系统 D．Ⅲ型系答案：B相位滞后校正装置的传递函数为Gc

(s)Ts1，其中应为（ 。Ts1A．B．C．D．答案：B相位超前校正网络的传递函数为Gc

(s)

Ts1Ts

，其中系数应为（ 。A．＜1 B．C．D．答案：Cz变换Y(z)

GR(z)11GR(z)1

，它符合图中哪些系统？（ ）B．答案：D

word格式-可编辑-感谢下载支持C． D．（26分）双项选择填空题。在每小题列出的备选项中，只有两个是最符合题意的，请将其选出。闭环控制系统的特点是（ 。A．结构复杂 B．系统成本低 C．精度底 D．消除偏差能力强 E．稳定性答案：AD对于相位滞后校正装置Gc

Ts1Ts1

，，如下哪些说法是正确的？（ ）ABC．其相频特性为正值1 1D．其最大滞后相角m

=sin

1

E．其最大滞后相角对应的角频率=m T答案：AD3．在采样控制系统是稳定的前提下，则对于其稳态误差，如下哪些说法可能是正确的？（ Ar(t)1时，Ⅰ型系统的ess

0 B．r(t)t时，Ⅰ型系统的e 0ssCr(t)t2/2时，Ⅰ型系统的essEr(t)t2/2时，Ⅱ型系统的ess

D．r(t)t时，Ⅱ型系统的e ss0答案：AC系统的开环传递函数为G(s)H(s) 2s1s2s1

，其中包含有（ 。A．理想微分环节B．积分环节C．一阶微分环节D．惯性环节E．振荡环节答案：CE开环对数频率特性图（即伯德图）的坐标特点是（ 。纵坐标L()的dB值按对数刻度 B．纵坐标L()的dB值按线性刻度C．纵坐标()的值按对数刻度 D．纵坐标()的值按线性刻E．横坐标按线性刻度答案：BD关于非线性控制系统具有如下特性（ 。可采用叠加原理分析 B．其输出与输入关系一定可用非线性微分方程描C．其稳定性与本身的结构和参数有关，还和输入信号的性质有关D．其稳定性与初始条件有关E．非线性环节和线性环节可互换答案：CD确定极限环振荡频率和幅值的原则是 1N(A)

与G(j)交点处的（ 。A．G(j)对应的振幅 B．G(j)对应的频率C． 1N(A)答案：BC

对应的振幅 D．

1N(

对应的频率在微小扰动消失后，不稳定极限环可能的运动是（ 。A．系统运动能回到该极限环 B．系统振荡离开此环到原C．系统振荡收敛于该极限环 D．系统振荡发散到无穷远答案：BD以下几个命题中正确的是（ 。A．开环稳定的系统，闭环后必然稳定B．开环不稳定的系统，闭环后必然不稳定C．反馈可以使某些不稳定的系统变得稳定D．反馈可以使某些稳定的系统变得不稳E．二阶线性系统闭环后总是稳定的答案：CD10．局部反馈校正装置的主要优点是（ 提高被包围环节的增益 B．减小被包围环节非线性的影C．增大被包围环节的时常数 D．不可能引起系统震荡word格式-可编辑-感谢下载支持E．抑制被包围环节参数变化的影响答案：BE给非线性系统输入正弦信号，则其输出有以下特点（ A．是余弦信号 B．仍是正弦信号 C．仍是正弦信号，但相位超前D．是非正弦的周期信号 E．有新的频率分量答案：DE12．对数幅相特性图（尼克尔斯图）的坐标特点是（ A．纵坐标L()的dB值按对数刻度 B．纵坐标L()的dB值按线性刻度C．横坐标()的值按对数刻度 D．横坐标()的值按线性刻E．纵坐标代表虚部，横坐标代表实部答案：BD13．相位滞后校正的作用是（ 。A．使c

增大，提高系统的快速性 B．使c

减小，提高系统的稳定性C．使低频段幅值增大，有利于稳定性D．在暂态性能和稳定裕度满足要求的条件下，可以使低频段幅值增大，从而减小稳态误差E．使高频段幅值衰减，不利于抑制高频干扰答案：BD（36分）简答题。采用系统如图所示。要求（）Go

(z)、(z)）确定使系统稳定的K（3）当输入rt)aUt)时，计算系统的稳态误差ess

。其中U(t)为单位阶跃函数。提Z1s

zz1

，Z1 s

Tz 。(z2k kT2）系统开环传递函数为：Go

(z)(1z1)Zs

z1系统开环传递函数为：(z)

z11Go

z1kT系统闭环极点为z1kT1kT10k2T当系统稳定时，系统是Ⅰ型系统，该系统无稳态位置误差，即e 0ss如图所示， 、1A 2A

和 、1B

AB的一对共轭极点，其开环传递函数没有零点。试比较两系统的如下性能指标（）暂态指标%、t、ts r

、tp（2）稳态误差。）B系统的阻尼系数相等，自然振荡频率nA

。nBword格式-可编辑-感谢下载支持超调量%eπ/

12100%，所以A

%B

%；调节时间t 3s n

，所以tsA

t ；上升时间sBtr d

，所以trA

t ；峰值时间t πrB p d

，所以tpA

t 。pB（2）因为闭环极点分布在左半平面，所以A和B系统是稳定的2nnn其开环传递函数为G(s) 2 2 ，所以均为Ⅰ型系统。nnns2s s(s) s n n snR

12 其位置稳态误差e 0其速度稳态误差e ，其中K

n n；其加速度稳态误差

。ss ss

ssn系统如图所示，当rt)(2tUt)，nt)Ut)，其中Ut)（1）系（2）要想减小扰动n(t)产生的稳态误差，应提高系统中哪一部分的比例系数？）系统开环传递函数为G(s)

40 ，为Ⅰ型系统。s(s4)G(s)扰动误差传递函数为：En

(s)Cn

(s) 2 N(s)1G(s)n(t)0essr

0；

R KlimsG(s)H(s10。ssr K

s0综上可得系统输入稳态误差essr

0.3。r(t)0

lim

(s)0.5ssn综上可得： ess

s0essr

nessn

0.8（2）提高比例系数K1

，可减小扰动n(t)产生的稳态误差。

(s)

C(s) 2n

，它们的单位阶跃响应曲R(s) s2n

s2n线分别如图中的曲线①、②和③。其中t 、t 分别是系统①、②的调整时间，t 、t 、t 分别是系统s1 s2 p1 p2 p3①、②、③的峰值时间。试在同一s平面上画出3个系统的闭环极点的相对位置，并说明理由。图所示。word格式-可编辑-感谢下载支持又因为曲线③的超调量比曲线②大，所以曲线③的阻尼系数更小，即倾角更大，同时tp2

t ，所p3以 d2

，即曲线②与③的闭环极点的连线平行于实轴。（24分）设单位负反馈系统的闭环特征方程为s34s23sK0（）在答题纸上按顺序填写下表：Ⅰ系统的开环传递函数Go(s) 根轨迹渐近线参数（交点和夹角） 根轨迹的分离点及分离点处K值 ③根轨迹与虚轴交点及交点处K值 系统稳定时的K值范围 系统临界稳定时的K值 ⑥系统不稳定时的K值范围 系统阶跃响应为衰减振荡的K值范围 （2）（）若要求系统的调整时间t12秒（=0.05，计算K值。s）

G(s)

G(s) Ko o s(s3)(s1)根轨迹渐近线参数（交点和夹角）

(2k1)π

4

，KKK值范围，K值系统不稳定时的K值范围K

3 3p0.45，K0.63pj3，K12K(0,12)K12K(12,)K(0.63,12)word格式-可编辑-感谢下载支持（3）使调整时间t秒，则3s nn可取sxj0.45代入特征方程，令实部为零，虚部为零，得：x0.41此时，求得：K1.18（20分）设单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)（2）在答题纸上按顺序填写下表：系统的开环增益K值截止频率ωc值

63.4(0.2s1)s(s2)(0.02s1)①②

（）绘制开环对1θ(ωc)值③相位裕度γ ④K200时，该系统是否稳定？为什么？）如图所示。如表所示。

系统的开环增益K值

K31.7截止频率ωc值1θ(ωc)γ

13rad/sc()117c63K2000，所以系统稳定。10分）设二阶系统的微分方程为x2x01）试绘制系统的相平面图2）定性说明系统运动性质。dx解）因为x x，带入微分方程可得：x22x2cdx由此可得系统相平面图如图所示。（2）系统的自由运动为等幅正弦振荡。10分）复合控制系统如图附录所示。要求（）写出系统关于扰动的闭环传递函数C(s)（2）N(s)n(t为阶跃扰动，在稳态时扰动对输出c(t的影响为零，推导此时有关KK1 2

的公式。word格式-可编辑-感谢下载支持）由梅森增益公式，可得：3

3