(精校版)自动控制原理试题及答案.pdf
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2、版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)的全部内容。(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)自动控制原理自动控制原理一、简答题:(合计 20 分,共 4 个小题,每题 5 分)(合计 20 分,共 4 个小题,每题 5 分)1.如果一个控制系统的阻尼比比较小,请从时域指标和频域指标两方面说明该系统会有什么样的表现?并解释原因.2.大多数情况下,为保证系统的稳定性,通常要求开环对数幅频特性曲线在穿越频率处的斜率为多少?为什么?3.简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系.4.用根轨迹分别说明,对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一个开环极点对
3、系统根轨迹走向的影响。二、已知质量-弹簧阻尼器系统如图(a)所示,其中质量为m公斤,弹簧系数为k牛顿/米,阻尼器系数为牛顿秒/米,当物体受F=10牛顿的恒力作用时,其位移y(t)的的变化如图(b)所示.求、和的值。(合计 20 分)合计 20 分)mkFm)(tyk)(ty0.060.0803t图(a)图(b)三、已知一控制系统的结构图如下,(合计 20 分,共 2 个小题,每题 10 分)(合计 20 分,共 2 个小题,每题 10 分)1)确定该系统在输入信号下的时域性能指标:超调量,调节时间 和峰值时间;()1()r tt%stpt2)当时,求系统的稳态误差。()2 1(),()4sin
4、3r tt n tt(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示,位于两个交接频率的几何中c心。1)计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度.2)计算超调量和调节时间。(合计 20 分,共 2 个小题,每题 10 分)(合计 20 分,共 2 个小题,每题 10 分)%st,1%0.160.4(1)sin2112 1.512.51sinsinsct五、某火炮指挥系统结构如下图所示,系统最大输出速度为 2 r/min,()(0.21)(0.51)KG ssss输出位置的容许误差小于,求:21)确定满足上述指标
5、的最小K值,计算该K值下的相位裕量和幅值裕量;2)前向通路中串联超前校正网络,试计算相位裕量。0.41()0.081csG ss(合计 20 分,共 2 个小题,每题 10 分)(合计 20 分,共 2 个小题,每题 10 分)()G s()R s()E s()C s自动控制原理模拟试题 3 答案自动控制原理模拟试题 3 答案答案一、简答题L()/dB (rad/s)-40-20-40150-2020c14s82sR(s)N(s)C(s)(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)1如果二阶控制系统阻尼比小,会影响时域指标中的超调量和频域指标中的相位裕量.根据超调量和
6、相位裕量的计算公式可以得出结论.2斜率为十倍频程.可以保证相位裕量在之间。20/dB30603114 二、(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)系统的微分方程为:()()()()m y ty tky tF t系统的传递函数为:221()1()()Y smG skF smsskssmm因此 221110()()mG Y sF skmssksssmm利用拉普拉斯终值定理及图上的稳态值可得:002110()lim()lim0.06ssmysY ssksssmm 所以 10/k=0.06,从而求得k=066.7 N/m由系统得响应曲线可知,系统得超调量为,由二阶系统性能
7、指标0.02/0.0633.3%的计算公式 2/1100%33.3%e解得 0.33由响应曲线得,峰值时间为 3s,所以由231pnt解得 1.109/nrad s由系统特征方城22220nnkssssmm可知 2nm2nkm所以 22166.7135.51.109nkmkg22 0.33 1.109 135.599.2/(/)nmNm s(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)三、1)系统的开环传递函数为:288()(4)(2)68G sssss 系统的闭环传递函数为28()616G sss比较 二阶系统的标准形式,可得222()2nnnG sss4n而,所以2
8、6n0.7521.7951pnts2/1100%2.8%e31(5%)snts 2)由题意知,该系统是个线性系统,满足叠加原理,故可以分别求取,和()2 1()r tt分别作用于系统时的稳态误差和,系统的稳态误差就等于()4sin3n tt1ess2ess。12essessessA)单独作用时,()2 1()r tt由系统的开环传递函数知,系统的开环增益,所以系统对的稳态1kK()2 1()r tt误差为:1ess11211kessKB)单独作用时,系统的方块图为()4sin3n tt系统的闭环传递函数为:28(4)()616esW sss14s82sN(s)C(s)(完整 word 版)自动
9、控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)频率特性为:28(4)()616ejWjj当系统作用为时,所以()4sin3n tt328(34)3224(3)2.076 31637 18ejjWjjj2418(3)arctanarctan-0.5564327eWj系统的输出为:24(3)sin(3(3)8.56sin(30.5564)eeessWjtWjt所以系统的误差为:1 8.56sin(30.5564)esst 四、解:1)开环传递函数2(1)()()(0.21)K sG s H sss1 52.236c20lg020(lg1 lg)2.236ccKK 因为是“II”型系统所以对阶跃信号、
10、斜坡信号的稳态误差为 0;而加速度误差系数为:2.236aK 因而对单位加速度信号稳态误差为1110.4472.236aessKK2)180()180180arctanarctan(0.2)41.81ccc 所以1%0.160.4(1)36%sin2112 1.512.514.74sinsinscts五、解:(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)1)系统为 I 型系统,2 360/606(1/)2AKsess所以6()(1)(1)25G ssss可以求得3.5c3.53.5180()18090arctanarctan4.925cG j 令,得Im()0G j10
11、10.86()gghG j2)加入串联校正后,开环传递函数为2162.5()(1)(1)12512.5G sssss求得4.8c4.84.84.84.8180()180arctan90arctanarctanarctan20.22.52512.5cG j单项选择题(16 分)(扣分标准 标准:一空一分)1根据控制系统元件的特性,控制系统可分为(B)反馈控制系统和前馈控制系统 线性控制系统和非线性控制系统(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)定值控制系统和随动控制系统 连续控制系统和离散控制系统2系统的动态性能包括(C)A。稳定性、平稳性 B快速性、稳定性 C平稳
12、性、快速性 D稳定性、准确性3系统的传递函数(C)A与输入信号有关 B与输出信号有关C完全由系统的结构和参数决定 4传递函数反映了系统的动态性能,它与下列哪项因素有关?(C)A。输入信号 B初始条件 C系统的结构参数 D输入信号和初始条件D既由系统的结构和参数决定,也与输入信号有关5设系统的传递函数为 G(S),则系统的阻尼比为(A)A B1 C D 6一阶系统的阶跃响应(D)A当时间常数 T 较大时有超调 B当时间常数 T 较小时有超调C有超调 D无超调7根轨迹上的点应满足的幅角条件为 G(S)H(S)=(D)A-1 B1 C(k=0,1,2)D(k=0,1,2,).8欲改善系统动态性能,一
13、般采用(A)A增加附加零点 B增加附加极点C同时增加附加零、极点 DA、B、C 均不行而用其它方法9伯德图中的低频段反映了系统的(A)A稳态性能 B动态性能 C抗高频干扰能力 D。以上都不是10放大环节的频率特性相位移 为(B)A-180 B0 C90 D90 11.型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为(B)A-60(dB/dec)B 40(dB/dec)C 20(dB/dec)D0(dB/dec)12.常用的比例、积分与微分控制规律的另一种表示方法是(D)A PI B PD CID D PID 13设有一单位反馈控制系统,其开环传递函数为,若要求相位裕量,最为合适的选择是采用(B)A滞后校
14、正 B超前校正 C滞后 超前校正 D超前滞后校正14.已知离散控制系统结构图如下图 1 所示,则其输出采样信号的 Z 变换的表达式C(z)为(D)来自 www.3 7 2 中国最大的资料库下载图 系统结构图A B C D 15。零阶保持器是采样系统的基本元件之一,其传递函数,由其频率特性可知,它是一个(B)A高通滤波器 B低通滤波器 C带通滤波器 D带阻滤波器16。非线型系统的稳定性和动态性能与下列哪项因素有关?(D)A输入信号 B初始条件 C系统的结构、参数 D系统的结构参数和初始条件(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)二、填空题(16 分)(扣分标准:一空
15、一分)1.线性控制系统有两个重要特性:叠加性和_齐次性(或均匀性)_.2.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面:_稳定性_、_准确性_和快速性。3。当二阶系统处于过阻尼状态时,其单位阶跃响应 无超调.。.1、建立如下系统的传递函数(其中 U0 是输出,Ui 是输入)2、方块图(2 题)W1W2H1H2_+_XrXcW1W2H1H2_XrXcW3H2_(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)3、信号流图4、routh 稳定判据(2 题)1)2)设单位反馈系统的开环传递函数为,要求闭环特征根的实部均小于1,求 K 值应取的范围.)107.01)(33.01
16、()(sssKsWk5、稳态误差设有单位反馈系统,如果其开环传递函数为:(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)1)2))15)(4(10)(ssssWk)15)(4()1.0(10)(2sssssWk求输入量为 和时系统的稳态误差。ttxr)(2542)(tttxr6、动态误差7、根轨迹,画出根轨迹.)121)(131()121()(2sssssKsWkk)(180111miinjjsc6.26A8、判断稳定性21A(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)9、画出如下系统的 Bode 图1)2))02.0(2.0)(ssssW)1)
17、(1()1()(213sTsTssTKsW9、写出如下系统的开环传递函数一、已知系统方框图如图所示,试计算传递函数、)()(11sRsC)()(12sRsC、。)()(21sRsC)()(22sRsC(20 分)二、某控制系统的方框图如图所示,欲保证阻尼比=0.7 和响应单位斜坡函数的 稳态误差为=0。25,试确定系统参数K、.sse(15 分)(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)三、设系统的开环传递函数为 )1()()(2ssKsHsG画出根轨迹草图,判断系统的稳定性。(12 分)四、设某系统的特征方程式为0161620128223456ssssss求其特征
18、根,并判断系统的稳定性。(10 分)五、已知最小相位系统 Bode 图的渐近幅频特性如图所示,求该系统的开环传递函数。(12 分)六、已知单位反馈系统的开环传递函数为=)(sG)11.0(200ss试设计串联校正环节,使系统的相角裕度不小于,剪切频率不低于 50。45srad/(16 分)七、设 某 非 线 性 系 统 如 图 所 示,试 确 定 其 自 振 荡 的 振 幅 和 频 率。(15 分)(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)一、解:求得传递函数如下:(3 分))()()()(1)()()(4321111sGsGsGsGsGsRsC (3 分))()(
19、)()(1)()()()()(432132112sGsGsGsGsGsGsGsRsC (3 分))()()()(1)()()()()(432143121sGsGsGsGsGsGsGsRsC (3 分))()()()(1)()()(4321322sGsGsGsGsGsRsC二、解:(2 分)sKsKsGk)2()(2 (2 分)KsKsKsRsC)2()()(2 (2 分)KsKssKssRsE)2()2()()(22(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改),(2 分)25.02KKess ,(4 分)KnKn 22 综合上面的式子,得 (4 分)186.0,36.
20、31K三、解:跟轨迹图(略)。系统为:不稳定。四、解:由 Routh 稳定判据:(4 分)0008610161221620813456ssss辅助方程是 08624 ss解得特征根为,。(6 分)2,221ssjsjs2,243js16,5由此可知系统临界稳定。(2 分)五、解:(1)该系统的开环传递函数为=;(8 分)()(sHsG)10016()12.0(752ssss (2),.(8 分)sradc/388.16六、解:采取超前校正,其传递函数为 (15 分)sssGc0026.01026.01)(注:参数选取并不唯一,但需满足性能指标要求.七、解:线性部分的传递函数为)2)(1(5)(
21、ssssG 其幅频及相频特性分别为 (3 分)22)5.0(115)(jG (3 分))5.0(90)(0arctgarctgjG 确定特性与负实轴交点坐标)(jG=)5.0(90)(0arctgarctgjG180(完整 word 版)自动控制原理试题及答案(word 版可编辑修改)srad/20 (4 分)35)(0jG特性与负实轴交点同时也在特性上,)(jG)(/1AN354)(100MAAN其中 M=1,解出自振荡振幅为 (5 分)122.23200A一、简答:(合计 25 分,共 5 个小题,每题 5 分)一、简答:(合计 25 分,共 5 个小题,每题 5 分)1)控制系统的阶次是
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