中国石油大学自动控制原理20152016年期末考试 B卷 答案

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！B卷2015—1（闭卷，适用于：测控）参考答案与评分标准2015-2016第1学期《自动控制原理》一、填空题（20分，每空1分）1.自动控制系统由控制器和被控对象组成。2.则称为开环控制系统则称为闭环控制系统。3.设单位反馈系统的开环传递函数G,试求当输入信号s(0.1s/100r(t)t时，系统的稳态误差为_______。4.两个传递函数分别为G(s)与G(s)12G(s)G(s)为(s),则(s)_____________。12GG5.若某系统的单位脉冲响应为g(t)20e，则该系统的传递函数为0.5t20_______________。s0.56.控制系统输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值称为传递函数。1一阶系统传递函数的标准形式为______二阶系统传递函数标准形式为2n________________。s2s2nn7.__远__（远/58.二阶系统的传递函数,则该系统是_欠_(过/欠/临界)阻尼系统。G225ss9.常用的三种频率特性曲线是Nyquist曲线（极坐标图）、Bode曲线、和Nichols曲线。Kte(t)dtm(t)Ke(t)p10.PI控制规律的时域表达式是_____________________PID控制规律的传递函Tip01G(s)K(1s)数表达式是_____________________。Tscpi11.离散控制系统的稳定性，与系统的结构和参数有关与采样周期有关有关/无关。(有关/12.非线性系统常用的三种分析方法是描述函数法、相平面和逆系统方法。第1页共8页2015-2016第1学期《自动控制原理》C(s)R(s)10分）试简化图1系统结构图，并求传递函数。图1解：按如下步骤简化系统结构图：（1G(s)输出端的引出点移至环节G(s)H(s)342输出端的比较点与系统输入端的比较点，如图所示；（2）进行串接和反馈接运算，将图简化为图；（3）简化内回路，得图；（2分）（2分）（2分）（4）由图不难求得系统传递函数为（4分）GGGG3124(s)R(s)1GGHGGH3GGGG44233H112342HGGHGGHG134423GGGG3412341GGHGGHGGGHGGGGH233344123212341第2页共8页2015-2016第1学期《自动控制原理》K,K15分）图2所示系统的单位阶跃响应曲线如图3所示，试确定参数12和a的数值。图2图3解：由图3得2h()2,%,t（3分）2pKK1闭环传递函数为()2ssasK22KK1KBsC而输出()()()CssRs21s(sasK)ssasK2222其中,B,C待定。因为h()limC(s)K1s因而可得参数K2（3分）1可见，闭环传递函数在0时之值，就是阶跃响应的稳态输出值。s利用超调量及峰值时间公式算得(ln)20.608（3分）(ln)224.946（3分）t1n2p因为,2Ka2n2n故求得其余两个参数为K24.46,a6.01（3分）2第3页共8页2015-2016第1学期《自动控制原理》四、(15分)已知单位负反馈系统的开环传递函数K(0.5s2G(s)(0.5ss1)（1）绘制K由0时闭环系统的根轨迹图；（2）确定使闭环系统稳定的K值范围。0.25K(s2)2解：()Gs（3分）(s2)(s0.5)（1）绘根轨迹图开环零、极点：zz2,p0.5,p2（1分）（2分）1212112分离点：由求出d2dd2d0.182由模值条件得相应K1.04。d与虚轴交点：由闭环特征方程(10.25K)s(1.5K)s(K1)02当1.5时，根轨迹与虚轴有交点，对应K(10.251.5)s0.502解出交点处0.6（3分）当K=1时，闭环系统有零根。闭环系统根轨迹如图所示。（3分）（3分）（2）确定K值范围由根轨迹图知，使闭环系统稳定的K值范围为1K1.5第4页共8页2015-2016第1学期《自动控制原理》五、(15分)已知最小相位系统的开环对数幅频渐近特性如图所示，G(s)；（1）写出系统开环传递函数（2）确定系统的相角裕度和幅值裕度；e（3）单位斜坡输入下的稳态误差。ss图4KTs1解：(1)根据Bode图，可得：G(s)1，其中，sTs1)(Ts1)223K2s1G(s)111即：sssT12,T,T0.52523K1j2G()（4分）0.5)(10.2)sjj频率特性是K根据Bode图，可得截止频率120lg0K0.5，令c，可得：c2c（2分）(2)相频特性180)18018020.5tg0.225.6tgtgooo111o相角裕度（2分）c)1800.5180otgtgtg2.54，可得：xo111令xxxx1)(G()0.22h4.55幅值裕度（3分）A)xxx1e0klimsG(s)（3）（4分）kvsss0v第5页共8页2015-2016第1学期《自动控制原理》六、(10分)已知采样系统如图所示，其中采样周期。1T图5求系统稳定的K值范围。Tz11s1zzZ（提示：,）ZZsz1saze(22z解：开环脉冲传递函数为1G(z)K(1z)Z1(s1)s2111K(1z)Z11sss2K(1z)zz1(z1)z1ze2TKT1e)z(1e)]TTT(zze)T代入1，有TK(0.368z0.264)(z1)(z0.368)G(z)（5分）闭环z域特征方程为z2(0.368K1.368)z(0.364K0.368)0w1w1令，代入上式，化简后得闭环系统在w域的特征方程：z0.632Kw(1.2640.528K)w(2.7360.104K)02若系统稳定，应有0.632K01.2640.528K02.7360.104K0故使闭环系统稳定的K值应为：02.394（5分）K第6页共8页2015-2016第1学期《自动控制原理》15分）已知非线性系统如图6所示，试用描述函数法说明图6所示系统必y然存在自振，并确定输出信号c的自振振幅和频率，分别画出信号态波形。的稳图641A(),解：NA()NA410()起点A0：N1终点A：N()（3分）5G()2)2)2jjjj())2tg1422),)90起点0：A)0,)270终点：（3分）)221x2与负实轴的交点：令x可得：x)4x2xx0.625,j0所以与负实轴的交点是：（2分）曲线，如图所示()所示，可见点是