自动控制原理选择题
自动控制原理选择题 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-
1-10:C D A A A C B C D C; 11-20:BDAAA BCDBA;
21-30:AACCB CBCBA;
31-40:ACADC DAXXB;
41-50:ACCBC AADBB;
51-60:BADDB CCBBX;
61-70:DDBDA AACDB;
71-80:ADBCA DCCAD;
81-90:CAADC ABDCC;
91-100:BCDCA BCAAB;
101-112:CDBDA CCDCD CA
《自动控制原理》考试说明
(一)选择题
1单位反馈控制系统由输入信号引起的稳态误差与系统开环传递函数中的下列哪个环节的个数有关?( )
A.微分环节B.惯性环节
C.积分环节D.振荡环节
2 设二阶微分环节G(s)=s2+2s+4,则其对数幅频特性的高频段渐近线斜率为
( )
A.-40dB/dec B.-20dB/dec
C.20dB/dec D.40dB/dec
3设开环传递函数为G(s)H(s)=K(s+1)
,其根轨迹( )
s(s+2)(s+3)
A.有分离点有会合点B.有分离点无会合点
C.无分离点有会合点D.无分离点无会合点
4 如果输入信号为单位斜坡函数时,系统的稳态误差e
为无穷大,则此系统为
ss
( )
A.0型系统B.I型系统
C.Ⅱ型系统D.Ⅲ型系统
5 信号流图中,信号传递的方向为( )
A.支路的箭头方向B.支路逆箭头方向
C.任意方向D.源点向陷点的方向
6 描述RLC电路的线性常系数微分方程的阶次是( )
A.零阶
B.一阶
C.二阶
D.三阶
7 方框图的转换,所遵循的原则为( ) A.结构不变
B.等效
C.环节个数不变
D.每个环节的输入输出变量不变 8 阶跃输入函数r (t )的定义是( ) A.r (t )=l(t ) B.r (t )=x 0 C.r (t )=x 0·1(t )
D.r (t )=x 0.δ(t )
9 设单位负反馈控制系统的开环传递函数为G 0(s)=()
()
B s A s ,则系统的特征方程为( ) A.G 0(s)=0 B.A(s)=0 C.B(s)=0
D.A(s)+B(s)=0
10 改善系统在参考输入作用下的稳态性能的方法是增加( ) A.振荡环节 B.惯性环节 C.积分环节
D.微分环节
11当输入信号为阶跃、斜坡函数的组合时,为了满足稳态误差为某值或等于零,系统开环传递函数中的积分环节数N 至少应为( ) A.N≥0 B.N≥1 C.N≥2
D.N≥3
12 设开环系统的传递函数为G(s)=1
(0.21)(0.81)
s s s ++,则其频率特性极坐标图与实
轴交点的幅值|G (jω)|=( ) A.2.0 B.1.0 C.0.8
D.0.16
13设某开环系统的传递函数为G(s)=
210
(0.251)(0.250.41)
s s s +++,则其相频特性
θ(ω)=( )
A.1124tg 0.25tg 10.25ω
ωω-----
B.1120.4tg 0.25tg 10.25ω
ωω---+-
C.1120.4tg 0.25tg 10.25ω
ωω---++
D.11
2
0.4tg 0.25tg 10.25ω
ωω----+
14设某校正环节频率特性G c (j ω)=101
1
j j ωω++,则其对数幅频特性渐近线高频段斜率为( ) A.0dB /dec B.-20dB /dec C.-40dB /dec
D.-60dB /dec
15 二阶振荡环节的对数幅频特性的低频段的渐近线斜率为( ) A.0dB /dec B.-20dB /dec C.-40dB /deC
D.-60dB /dec
16 根轨迹法是一种( ) A.解析分析法 B.时域分析法 C.频域分析法
D.时频分析法 17 PID 控制器是一种( ) A.超前校正装置 B.滞后校正装置 C.滞后—超前校正装置
D.超前—滞后校正装置 18 稳态位置误差系数K ρ为( ) A .)
s (H )s (G 1
lim
0s →
B. )s (H )s (sG lim 0
s →
C. )s (H )s (G s lim 20
s →
D. )s (H )s (G lim 0
s →
19 若系统存在临界稳定状态,则根轨迹必定与之相交的为( ) A .实轴 B .虚轴 C .渐近线
D .阻尼线
20 下列开环传递函数中为最小相位传递函数的是( ) A.
)
2s 2s )(1s (1
2+++
B.2
s 1-
C.
16
s 4s 12+-
D. 10
s 1-
21 当二阶系统的阻尼比ξ在0<ξ A .一对实部为负的共轭复根 B .一对实部为正的共轭复根 C .一对共轭虚根 D .一对负的等根 22 二阶振荡环节对数幅频特性高频段的渐近线斜率为( ) A .-40dB /dec B .-20dB /dec C .0dB /dec D .20dB /dec 23 已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=2 s 49,则该闭环系统为( ) A .稳定 B .条件稳定 C .临界稳定 D .BIBO 稳定 24 设系统的开环传递函数为G(s)H(s) =) 4s )(2s () 3s 2(K +++,其在根轨迹法中用到的开环 放大系数为( ) A .K /2 B .K C .2K D .4K 25 PI 控制器属于下列哪一种校正装置的特例( ) A .超前 B .滞后 C .滞后—超前 D .超前—滞后 26 设系统的G(s)=1 s 5s 2512 ++,则系统的阻尼比ξ为( ) A .25 1 B .5 1 C .2 1 D .1 27 设某系统开环传递函数为G(s)= ) 5s )(2s )(1s (10 +++,则其频率特性的奈氏图起点 坐标为( ) A .(0,j10) B .(1,j0) C .(10,j0) D .(0,j1) 28 单位负反馈系统的开环传递函数G(s)= ) 1Ts (s )1s )(1s 2(K 2 +++,K>0,T>0,则闭环控制系 统稳定的条件是( ) A .(2K+1)>T B .2(2K+2)>T C.3(2K+1)>T D.K>T+1,T>2 29 设积分环节频率特性为G(jω)= jω 1,当频率ω从0变化至∞时,其极坐标中的奈氏曲线是( ) A.正实轴B.负实轴 C.正虚轴D.负虚轴 30 控制系统的最大超调量σp反映了系统的( ) A.相对稳定性B.绝对稳定性 C.快速性D.稳态性能 31 当二阶系统的阻尼比ζ>1时,特征根为( ) A.两个不等的负实数B.两个相等的负实数 C.两个相等的正实数D.两个不等的正实数 32 稳态加速度误差数K a =( ) A.G(s)H(s) lim s→B.sG(s)H(s) lim s→ C.G(s)H(s) s lim2 s→D. G(s)H(s) 1 lim s→ 33 信号流图中,输出节点又称为( ) A .源点 B .陷点 C .混合节点 D .零节点 34 设惯性环节频率特性为G(jω)=1 j ω1.01 +,则其对数幅频渐近特性的转角频率为 ω= ( ) A .0.01rad /s B .0.1rad /s C .1rad /s D .10rad /s 35 下列开环传递函数中为非最小相位传递函数的是( ) A .) 1s 10)(1s 4(1 ++ B . ) 1s 5(s 1 + C . ) 1s 5(s ) 1s (10+- D . 2 s 2s 1 2++ 36 利用开环奈奎斯特图可以分析闭环控制系统的( ) A .稳态性能 B .动态性能 C .精确性 D .稳定性 37 要求系统快速性好,则闭环极点应距( ) A .虚轴远 B .虚轴近 C .实轴近 D .实轴远 38 已知开环传递函数为G(s)= 1) ζs 0.2s(0.01s k 2 ++ (ζ>0)的单位负反馈系统,则闭环系统稳定时k 的范围为( ) A .0 D .k>20ζ 39 设单位反馈控制系统的开环传递函数为G o (s)= ) 4s (s 1 +,则系统的阻尼比ζ等于( ) A .2 1 B .1 C .2 D .4 40 开环传递函数G(s)H(s)= 10) 2)(s (s 5) k(s +++,当k 增大时,闭环系统( ) A .稳定性变好,快速性变差 B .稳定性变差,快速性变好 C .稳定性变好,快速性变好 D .稳定性变差,快速性变差 41 一阶系统G (s )=1 Ts K +的单位阶跃响应是y (t )=( ) A.K (1-T t e - ) B.1-T t e - C.T t e T K - D.K T t e - 42 当二阶系统的根为一对相等的负实数时,系统的阻尼比ζ为( ) A. ζ=0 B. ζ=-1 C. ζ=1 D.0<ζ<1 43 当输入信号为阶跃、斜坡、抛物线函数的组合时,为了使稳态误差为某值或等于零,系统开环传递函数中的积分环节数N 至少应为( ) A.N≥0 B.N≥l C.N≥2 D.N≥3 44 设二阶振荡环节的频率特性为16 4j )j (16 )j (G 2+ω+ω=ω,则其极坐标图的奈氏曲线与 负虚 轴交点频率值=ω ( ) A.2 B.4 C.8 D.16 45 设开环系统频率特性为) 14j )(1j (j 1 )j (G +ω+ωω=ω,当频率ω从0变化至∞时,其相 角变化范围为( ) A.0°~-180° B.-90°~-180° C.-90°~-270° D.-90°~90° 46 幅值条件公式可写为( ) A.∏∏==++= m 1i i n 1j j |z s || p s |K B. ∏∏==++= m 1i i n 1j j | z s || p s |K C. ∏∏==++= n 1j j m 1i i |p s || z s |K D. ∏∏==++= n 1j j m 1i i | p s || z s |K 47 当系统开环传递函数G (s )H (s )的分母多项式的阶次n 大于分子多项式的阶次m 时,趋向s 平面的无穷远处的根轨迹有( ) A.n —m 条 B.n+m 条 C.n 条 D.m 条 48 设开环传递函数为G (s )H (s )= ) 5s )(3s () 9s (K +++,其根轨迹( ) A.有会合点,无分离点 B.无会合点,有分离点 C.无会合点,无分离点 D.有会合点,有分离点 49 采用超前校正对系统抗噪声干扰能力的影响是( ) A.能力上升 B.能力下降 C.能力不变 D.能力不定 50 单位阶跃函数r (t )的定义是( ) A.r (t )=1 B.r (t )=1(t ) C.r (t ) =Δ(t ) D.r (t )=δ(t ) 51 设惯性环节的频率特性1 101)(+=ωωj j G ,则其对数幅频渐近特性的转角频率为 ( ) A.0.01rad /s B.0.1rad /s C.1rad /s D.10rad /s 52 迟延环节的频率特性为ωτωj e j G -=)(,其幅频特性M (ω)=( ) A.1 B.2 C.3 D.4 53 计算根轨迹渐近线的倾角的公式为( ) A.m n l ++= π?)12( B. m n l ++-=π ?)12( C. m n l ++= π?)12( D. m n l -+= π ?)12( 54 已知开环传递函数为) 1() 3()(-+=s s s k s G k 的单位负反馈控制系统,若系统稳定,k 的范 围应为( ) A.k<0 B.k>0 C.k<1 D.k>1 55 设二阶系统的4 394)(2++=s s s G ,则系统的阻尼比ζ和自然振荡频率n ω为 ( ) A.2 191、 B. 3 2 41、 C. 9 2 31、 D. 4 1 21、 56 一阶系统1 1)(+=Ts s G 的单位斜坡响应y (t )=( ) A.1-e -t/T B.T 1e -t/T C.t-T+Te -t/T D.e -t/T 57 根轨迹与虚轴交点处满足( ) A.0)()(=ωωj H j G B. 0)]()(Re[=ωωj H j G C. 1)()(-=ωωj H j G D. 0)]()(Im[=ωωj H j G 58 开环传递函数为) (4 p s s +,讨论p 从0变到∞时闭环根轨迹,可将开环传递函数 化为( ) A. 42+s ps B. 42+s p C. 4 2-s ps D. 4 2-s p 59 对于一个比例环节,当其输入信号是一个阶跃函数时,其输出是( ) A.同幅值的阶跃函数 B.与输入信号幅值成比例的阶跃函数 C.同幅值的正弦函数 D.不同幅值的正弦函数 60 对超前校正装置Ts Ts s G c ++=11)(β,当φm =38°时,β值为( ) A .2.5 B .3 C .4.17 D .5 61 决定系统传递函数的是系统的( ) A .结构 B .参数 C .输入信号 D .结构和参数 62 终值定理的数学表达式为( ) A .)(lim )(lim )(0 s X t x x s t →∞ →==∞ B .)(lim )(lim )(s X t x x s t ∞ →∞ →==∞ C .)(lim )(lim )(0 s sX t x x x t ∞ →→==∞ D .)(lim )(lim )(0 s sX t x x s t →∞ →==∞ 63 梅森公式为( ) A .∑=?n k k k p 1 B . ∑=?? n k k k p 1 1 C . ∑=? ? n k k 1 1 D .∑?? k k p 1 64 斜坡输入函数r(t)的定义是( ) A .t t r =)( B .)(1·)(0t x t r = C .2)(at t r = D .vt t r =)( 65 一阶系统1 )(+=Ts K s G 的时间常数T 越小,则系统的响应曲线达到稳态值的时间 ( ) A .越短 B .越长 C .不变 D .不定 66 设微分环节的频率特性为ωωj j G =)(,当频率ω从0变化至∞时,其极坐标平 面上的奈氏曲线是( ) A .正虚轴 B .负虚轴 C .正实轴 D .负实轴 67 设某系统的传递函数1 10)(+=s s G ,则其频率特性)(ωj G 的实部=)(ωR ( ) A . 2 110ω+ B .2 110ω+- C .T ω+110 D .T ω+-110 68 若劳斯阵列表中第一列的系数为(3,1,ε,2-ε 1 ,12)T ,则此系统的稳定性 为( ) A .稳定 B .临界稳定 C .不稳定 D .无法判断 69 设惯性环节的频率特性为1 10 )(+= ωωj j G ,当频率ω从0变化至∞时,则其幅相 频率特性曲线是一个半圆,位于极坐标平面的( ) A .第一象限 B .第二象限 C .第三象限 D .第四象限 70 开环传递函数为) 2()5()()(++= s s s k s H s G 的根轨迹的弯曲部分轨迹是( ) A .半圆 B .整圆 C .抛物线 D .不规则曲线 71 开环传递函数为) 106)(1()()(2++-= s s s k s H s G ,其根轨迹渐近线与实轴的交点为 ( ) A .3 5- B .5 3- C .5 3 D .3 5 72 频率法和根轨迹法的基础是( ) A .正弦函数 B .阶跃函数 C .斜坡函数 D .传递函数 73 方框图化简时,并联连接方框总的输出量为各方框输出量的( ) A .乘积 B .代数和 C .加权平均 D .平均值 74 求取系统频率特性的方法有( ) A .脉冲响应法 B .根轨迹法 C .解析法和实验法 D .单位阶跃响应法 75 设开环系统频率特性为G (jω)= ) 12)(1(1 ++ωωωj j j ,则其频率特性的奈氏图与 负实轴交点的频率值ω为( ) A . rad 2 2 /s B .1rad /s C .2rad/s D .2rad/s 76 某单位反馈控制系统开环传递函数G (s )=2 1 s s +α,若使相位裕量γ=45°,α的值 应为多少?( ) A .2 1 B . 21 C .32 1 D .42 1 77 已知单位负反馈系统的开环传递函数为G (s )= 1 2)1(223++++s as s s ,若系统以 ωn =2rad/s 的频率作等幅振荡,则a 的值应为( ) A .0.4 B .0.5 C .0.75 D .1 78 设G (s )H (s )= ) 5)(2() 10(+++s s s k ,当 k 增大时,闭环系统( ) A .由稳定到不稳定 B .由不稳定到稳定 C .始终稳定 D .始终不稳定 79 设开环传递函数为G(s)=) 1(+s s k ,在根轨迹的分离点处,其对应的k 值应为 ( ) A .4 1 B .2 1 C .1 D .4 80 单位抛物线输入函数r(t)的数学表达式是r(t)=( ) A .at 2 B .2 1Rt 2 C .t 2 D .2 1t 2 81 当二阶系统特征方程的根为具有负实部的复数根时,系统的阻尼比为( ) A .ζ<0 B .ζ=0 C .0<ζ<1 D .ζ≥1 82 已知单位反馈控制系统在阶跃函数作用下,稳态误差e ss 为常数,则此系统为( ) A .0型系统 B .I 型系统 自动控制原理试题 一、填空题 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即:、快速性和。 2、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过与反馈量的差值进行的。 3、复合控制有两种基本形式:即按的前馈复合控制和按的前馈复合控制。 4、根轨迹起始于,终止于。 5、PI控制器的输入-输出关系的时域表达式是, 其相应的传递函数为,由于积分环节的引入,可以改善系统的性能。 二、选择题: 1、下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中,错误的是( ) A、只用比例放大器的反馈控制系统,其被调量仍是有静差的 B、反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动 C、反馈控制系统的作用是:抵抗扰动、服从给定 D、系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 2、转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是( ) A.PID B.PI C.P D.PD 3、下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是( ) A、饱和非线性控制 B、转速超调 C、准时间最优控制 D、饱和线性控制 4、静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,则静差率( ) A.越小B.越大C.不变D.不确定 5、普通逻辑无环流(既无推β又无准备)可逆调速系统中换向时待工作组投入工作时,电动机处于()状态。 A、回馈制动 B、反接制动 C、能耗制动 D、自由停车 6、在交—直—交变频装置中,若采用不控整流,则PWN逆变器的作用是()。 A、调压 B、调频 C、调压调频 D、调频与逆变 7、下列交流异步电动机的调速方法中,应用最广的是()。 A、降电压调速 B、变极对数调速 C、变压变频调速 D、转 例2.6 试绘制图2-8所示RC 电路的动态结构图。 例2.7 化简图2-10所示RC 电路的动态结构图, 并求出传递函数。 R R 1)(1)()()(21221122121++++==Φs C R C R C R s C C R R s U s U s i o (a)(b)(c) 例2.8 试绘制图2-22所示RC 电路的动态结构图对应的信号流图。 例2.9 试用梅逊公式求图2-23所示RC 电路的信号流图的传递函数。 例2.10 试用梅逊公式求图2-24所示动态结构图的传递函数。 o 例3.1 一阶系统的结构如图3-7所示,其中KK为开环放大倍数,KH为反馈系数。设KK=100,KH=0.1,试求系统的调节时间ts(按±5%误差带)。如果要求ts=0.1 s,求反馈系数。 例3.3 已知系统的特征方程s4+2s3+3s2+4s+5=0试判断该系统的稳定性。 例3.4 系统如图3-15所示。为使系统稳定,试确定放大倍数K的取值范围。 例3.5 已知系统的特征方程s3+2s2+s+2=0试判断系统的稳定性。 例3.6 设系统的特征方程为s3-3s+2=0试用劳斯判据确定该方程的根在s平面上的分布。例3.7 某控制系统的特征方程为s6+2s5+8s4+12s3+20s2+16s+16=0试判断系统的稳定性。 例3.8 已知系统的结构如图3-23所示。 求 时系统的稳态误差。 例 3.9 设系统结构如图3-19所示, 其中 又设r (t )=2t , n (t )=0.5×1(t )求系统的稳态误差。 例4.1 设某负反馈系统的开环传递函数 试绘制该系统的根轨迹图。 2 1 1)(s s s R +=s s H s s G s s G 2 )(,135)(,510)(2 1=+=+=) 2)(1()()(++=s s s k s H s G 1.2根据题1.2图所示的电动机速度控制系统工作原理 (1)将a,b 与c,d 用线连接成负反馈系统; ( 2)画出系统 框图。 c d + - 发电机 解: (1) a 接d,b 接c. (2) 系 统 框 图 如下 1.3题1.3图所示为液位自动控制系统原理示意图。在任何情况下,希望页面高度c 维持不变,说明系统工作原理并画出系统框图。 解: 工作原理:当打开用水开关时,液面下降,浮子下降,从而通过电位器分压,使得电动机两端出现正向电压,电动机正转带动减速器旋转,开大控制阀,使得进水量增加,液面上升。同理,当液面上升时,浮子上升,通过电位器,使得电动机两端出现负向电压,从而带动减速器反向转动控制阀,减小进水量,从而达到稳定液面的目的。 系统框图如下: 2.1试求下列函数的拉式变换,设t<0时,x(t)=0: (1) x(t)=2+3t+4t 2 解: X(S)= s 2 +23s +38 s (2) x(t)=5sin2t-2cos2t 解:X(S)=5 422+S -242+S S =4 2102+-S S (3) x(t)=1-e t T 1- 解:X(S)=S 1- T S 11+ = S 1-1 +ST T = ) 1(1 +ST S (4) x(t)=e t 4.0-cos12t 解:X(S)=2 212 )4.0(4 .0+++S S 2.2试求下列象函数X(S)的拉式反变换x(t): (1) X(S)= ) 2)(1(++s s s 解:= )(S X )2)(1(++s s s =1 122+-+S S t t e e t x ---=∴22)( (2) X(S)=) 1(1 522 2++-s s s s 解:=)(S X ) 1(1522 2++-s s s s =15 12+-+S S S 学习中心 姓 名 学 号 电子科技大学网络与继续教育学院 《自动控制原理》模拟试题一 一、简答题(共25分) 1、简述闭环系统的特点,并绘制闭环系统的结构框图。( 8分) 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。( 10分) 3、串联校正的特点及其分类?( 7分) 二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为) 42()(2++= s s s K s G K ,试确定使系统产生持续振荡的K 值,并求振荡频率ω。( 15分) 三、设某系统的结构及其单位阶跃响应如图所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。( 15分) 四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求(20分) 1)写出系统开环传递函数; 2)利用相角裕度判断系统的稳定性; 3)将其对数幅频特性向右平移十倍频程,试讨论对系统性能的影响。 五、设单位反馈系统的开环传递函数为 ) 1()(+=s s K s G 试设计一串联超前校正装置,使系统满足如下指标:(25分) (1)在单位斜坡输入下的稳态误差151 ss e ; (2)截止频率ωc ≥7.5(rad/s); (3)相角裕度γ≥45°。 模拟试题一参考答案: 一、简答题 1、简述闭环系统的特点,并绘制闭环系统的结构框图。 解: 闭环系统的结构框图如图: 闭环系统的特点: 闭环控制系统的最大特点是检测偏差、 纠正偏差。 1) 由于增加了反馈通道, 系统的控制精度得到了提高。 2) 由于存在系统的反馈, 可以较好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而引起的结构和参数的不确定性。 3) 反馈环节的存在可以较好地改善系统的动态性能。 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 解: 课程名称: 自动控制理论 (A/B 卷 闭卷) 一、填空题(每空 1 分,共15分) 1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式:即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s ,则G(s)为 G 1(s)+G 2(s)(用G 1(s)与G 2(s) 表示)。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示, 则无阻尼自然频率=n ω , 阻尼比=ξ , 该系统的特征方程为 , 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+, 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 极点 ,终止于 零点或无穷远 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--,则该系统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入-输出关系的时域表达式是 , 其相应的传递函数为 ,由于积分环节的引入,可以改善系统的 性能。 二、选择题(每题 2 分,共20分) 1、采用负反馈形式连接后,则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定; B 、系统动态性能一定会提高; C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小,最后完全消除; D 、需要调整系统的结构参数,才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点; B 、在积分环节外加单位负反馈; C 、增加开环零点; D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ,则系统 ( ) A 、稳定; B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升; C 、临界稳定; D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 第一章 1.开环控制和闭环控制的主要区别是什么?是否利用系统的输出信息对系统进行控制 2. 电加热炉炉温控制中,热电阻丝端电压U 及炉内物体质量M 的变化,哪个是控制量?哪个是扰动?为什么? 3. 简述自动控制所起的作用是什么?在没有人直接参与的情况下,利用控制装置,对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制,使之按照预定的方案达到要求的指标。 4. 简述自动控制电加热炉炉温控制的原理。 解答:一、工作原理: 系统分析:受控对象——炉子;被控量——炉温;给定装置——电位器 干扰——电源U ,外界环境 ,加热物件 ; 测量元件——热电偶; 执行机构——可逆电动机 工作过程:静态 ?U=0 动态 ?U ≠0 工件增多(负载增大)↑↑→↑→↑→?↓→↓→↑→T U U U U T c a f (负载减小)↓↓→↓→↓→?↑→↑→↓→T U U U U T c a f 二、 温控制系统框图 5.比较被控量输出和给定值的大小,根据其偏差实现对被控量的控制,这种控制方式称为 。 6.简述控制系统主要由哪三大部分组成? 7.反馈控制系统是指:a.负反馈 b.正反馈 答案a.负反馈 8.反馈控制系统的特点是:答案 控制精度高、结构复杂 9.开环控制的特点是:答案 控制精度低、结构简单 10.闭环控制系统的基本环节有:给定、比较、控制、对象、反馈 11.自控系统各环节的输出量分别为: 给定量、反馈量、偏差、控制量输出量。 第二章 1. 自控系统的数学模型主要有以下三种:微分方程、传递函数、频率特性 2. 实际的物理系统都是:a.非线性的 b.线性的 a.非线性的 3. 传递函数等于输出像函数比输入像函数。 4. 传递函数只与系统结构参数有关,与输出量、输入量无关。 5. 惯性环节的惯性时间常数越大,系统快速性越差。 6.由laplace 变换的微分定理,(())L x t ''= 。 被控量(T ) c U U a 给定量 g U U ? 放大器 执行机构 被控对象 扰 动 检测元件 第 四 章 4-4 设单位反馈控制系统开环传递函数如下,试概略绘出相应的闭环根轨迹图(要求确定分离点坐标d): (1) )15.0)(12.0()(++= s s s K s G (2))12()1()(++=s s s K s G 解:(1))5)(2()15.0)(12.0()(* ++=++=s s s K s s s K s G ,K K 10*= ① n =3,根轨迹有3条分支; ② 起点:p1=0,p2=-2,p3=-5;没有零点,终点:3条根轨迹趋向于无穷远处。 ③ 实轴上的根轨迹:[-2,0],(5,-∞-]; ④ 渐进线: 373520-=--= a σ,πππ?,33)12(±=+=K a ; ⑤ 分离点:051211=++++d d d 求解得:79.31-=d (舍去),88.02-=d ; 作出根轨迹如图所示: (2) *(1)(1)()(21)(0.5)K s K s G s s s s s ++= =++,*0.5K K = ① n =2,根轨迹有2条分支; ② 起点:p1=0,p2=-0.5,;终点: 11z =-,1n m -=条根轨迹趋向于无穷远处。 ③ 实轴上的根轨迹:[-0.5,0],(,1-∞-]; ④ 分离点:1110.51d d d +=++ 求解得:1 0.29d =-,2 1.707d =-; 作出根轨迹如图所示: 4-6 设单位反馈控制系统的开环传递函数如下,要求: 确定 )20)(10()()(2+++=*s s s z s K s G 产生纯虚根为±j1的z值和*K 值。 解: 020030)()20)(10()(**234*2=++++=++++=z K s K s s s z s K s s s s D 令j s =代入0)(=s D ,并令其实部、虚部分别为零,即: 02001)]1(Re[*=+-=z K j D ,030)]1(Im[*=+-=K j D 解得:63.6,30*==z K 画出根轨迹如图所示: 4-10 设单位反馈控制系统的开环传递函数 )102.0)(101.0()(++= s s s K s G 要求: (1) 画出准确根轨迹(至少校验三点); (2) 确定系统的临界稳定开环增益K c; (3) 确定与系统临界阻尼比相应的开环增益K 。 分析:利用解析法,采用逐个描点的方法画出系统闭环根轨迹。然后将s j ω=代入特征方程中,求解纯虚根的开环增益,或是利用劳斯判据求解临界稳定的开环增益。对于临界阻尼比相应的开环增益即为实轴上的分离点对应的开环增益。 三.名词解释 47、传递函数:传递函数是指在零初始条件下,系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。 48、系统校正:为了使系统达到我们的要求,给系统加入特定的环节,使系统达到我们的要求,这个过程叫系统校正。 49、主导极点:如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点,则它在响应中起主导作用称为主导极点。 50、香农定理:要求离散频谱各分量不出现重叠,即要求采样角频率满足如下关系: ωs ≥2ωmax 。 51、状态转移矩阵:()At t e φ=,描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。 52、峰值时间:系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。 53、动态结构图:把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中,并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示,从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。 54、根轨迹的渐近线:当开环极点数 n 大于开环零点数 m 时,系统有n-m 条根轨迹终止于 S 平面的无穷远处,且它们交于实轴上的一点,这 n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。 55、脉冲传递函数:零初始条件下,输出离散时间信号的z 变换()C z 与输入离散信号的z 变换()R z 之比,即()()() C z G z R z =。 56、Nyquist 判据(或奈氏判据):当ω由-∞变化到+∞时, Nyquist 曲线(极坐标图)逆时针包围(-1,j0)点的圈数N ,等于系统G(s)H(s)位于s 右半平面的极点数P ,即N=P ,则闭环系统稳定;否则(N ≠P )闭环系统不稳定,且闭环系统位于s 右半平面的极点数Z 为:Z=∣P-N ∣ 57、程序控制系统: 输入信号是一个已知的函数,系统的控制过程按预定的程序进行,要求被控量能迅速准确地复现输入,这样的自动控制系统称为程序控制系统。 1. 采样系统结构如图所示,求该系统的脉冲传递函数。 答案:该系统可用简便计算方法求出脉冲传递函数。去掉采样开关后的连续系统输出表达式为 对闭环系统的输出信号加脉冲采样得 再对上式进行变量替换得 2. 已知采样系统的结构如图所示,,采样周期T=0.1s。试求系统稳定时K的取值范围。 答案:首先求出系统的闭环传递函数。由 求得,已知T=0.1s, e-1=0.368,故 系统闭环传递函数为,特征方程为 D(z)=1+G(z)=z2+(0.632K-1.368)z+0.368=0 将双线性变换代入上式得 0.632ω2+1.264ω+(2.736-0.632K)=0 要使二阶系统稳定,则有 K>0,2.736-0.632K>0 故得到K的取值范围为0<K<4.32。 3. 求下列函数的z变换。 (1). e(t)=te-at 答案:e(t)=te-at 该函数采样后所得的脉冲序列为 e(nT)=nTe-anT n=0,1,2,… 代入z变换的定义式可得 E(z)=e(0)+P(T)z-1+e(2T)z-2+…+e(nT)z-n+…=0+Te-aT z-1+2Te-2aT z-2+…+nTe-naT z-n+…=T(e-aT z-1+2e -2aT z-2+…+ne-naT z-n+…) 两边同时乘以e-aT z-1,得 e-aT z-1E(z)=T(e-2aT z-2+2e-3aT z-3+…+ne-a(n+1)T z-(n+1)+…) 两式相减,若|e-aT z-1|<1,该级数收敛,同样利用等比级数求和公式,可得 最后该z变换的闭合形式为 (2). e(t)=cosωt 答案:e(t)=cosωt 对e(t)=cosωt取拉普拉斯变换.得 展开为部分分式,即 可以得到 化简后得 . 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成,并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答: 自动控制系统一般都是反馈控制系统,主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的,按其职能分,主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用,而没有反向联系的控制过程。此时,系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是:输出不影响输入,结构简单,通常容易实现;系统的精度与组成的元器件精度密切相关;系统的稳定性不是主要问题;系统的控制精度取决于系统事先的调整精度,对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是:输出影响输入,即通过传感器检测输出信号,然后将此信号与输入信号比较,再将其偏差送入控制器,所以能削弱或抑制干扰;可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键,是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答: 自动控制系统的基本要求概括来讲,就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统,要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值(例如恒温控制系统)。对随动系统,被控制量始终跟踪参量的变化(例如炮轰飞机装置)。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求,因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下,希望过渡过程进行得越快越好,但如果要求过渡过程时间很短,可能使动态误差过大,合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下,当系统达到稳态后,其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然,这种误差越小,表示系统的精度 模拟试题(自动控制原理) 1. 本试卷共六大题,满分100分,考试时间90分钟,闭卷; 第一部分:选择题 一、单项选择题(本大题共15小题,每小题3分,共45分) 2.衡量系统稳态精度的重要指标时( C )。 A.稳定性 B.快速性 C.准确性 D.安全性 2.火炮自动瞄准系统的输入信号是任意函数,这就要求被控量高精度地跟随给定值变化,这种控制系统叫( C )。 A.恒值调节系统 B.离散系统 C.随动控制系统 D.数字控制系统 3.某典型环节的传递函数是,则该环节是( D )。 A.积分环节 B.比例环节 C.微分环节 D.惯性环节 4. 关于传递函数,错误的说法是( D )。 A.传递函数只适用于线性定常系统 B.传递函数完全取决于系统的结构参数,给定输入和扰动对传递函数没有影响 C.传递函数一般是为复变量s的真分式 D.闭环传递函数的零点决定了系统的稳定性 5.高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴,则系统的( C )。 A.准确度越高B.准确度越低 C.响应速度越慢 D.响应速度越快 6.系统渐近线与实轴正方向夹角为( B )。 A、90° B、90°、270° C、270° D、无法确定 7.已知单位负反馈系统的开环传开环传递函数为,则当K为下列哪个选项时系统不稳定( D )。 A.5 B. 10 C. 13 D. 16 8.对于绘制根轨迹的基本法则,以下说法不正确的是( C )。 A.根轨迹对称于实轴 B.根轨迹的分支数等于系统的阶数 C. 根轨迹以开环零点为起点,以开环极点为终点 D. 根轨迹与虚轴相交意味着闭环特征方程出现纯虚根 9.某闭环系统的开环传递函数为,则该系统为( D )。 A.0型系统,开环放大系数K=8 B.0型系统,开环放大系数K=2 C.I型系统,开环放大系数K=8 D.I型系统,开环放大系数K=2 10.系统的开环传递函数如下所以,其中属于最小相位系统的是( A )。 11.关于线性系统稳态误差,正确的说法是( A )。 A.增加系统前向通道中的积分环节个数可以提高系统的无稳态误差的等级 B.I型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差 C.减小系统开环增益K可以减小稳态误差 D.增加积分环节可以消除稳态误差,而且不会影响系统稳定性 12.已知单位反馈系统的开环传递函数为,则根据频率特性的物理意义,该闭环系统输入信号为r(t)=sin3t 时系统的稳态输出为( B )。 A. 0.354sin3t B.0.354sin(3t-450) C. 0.354sin(3t+450) D.0.354sin(t-450) 自动控制原理 一、简答题:(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μ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m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 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) 1) 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标:超调量%σ,调 节时间s t 和峰值时间p t ; 2) 当()21(),()4sin3r t t n t t =?=时,求系统的稳态误差。 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,c ω位于两个交接频率的几何中心。 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%σ和调节时间s t 。(合计20分, 共2个小题,每题10分) [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示,()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ,输出位置的容许误差小于2,求: 1) 确定满足上述指标的最小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0.41 ()0.081 c s G s s +=+,试计算相位裕量。 (合计20分, 共2个小题,每题10分) (rad/s) 《自动控制原理》复习参考资料 一、基本知识1 1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过输入量与反馈量的差值进行的。 2、闭环控制系统又称为反馈控制系统。 3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。 4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。 5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即:稳定性、快速性和准确性。 6、控制系统的数学模型,取决于系统结构和参数, 与外作用及初始条件无关。 7、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2 (s)的环节,以并联方式连接,其等效 传递函数为G 1(s)+G 2 (s),以串联方式连接,其等效传递函数为G 1 (s)*G 2 (s)。 8、系统前向通道传递函数为G(s),其正反馈的传递函数为H(s),则其闭环传递函数为G(s)/(1- G(s)H(s))。 9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为G(s),则闭环传递函数为G(s) /(1+ G(s))。 10、典型二阶系统中,ξ=时,称该系统处于二阶工程最佳状态,此时超调量为%。 11、应用劳斯判据判断系统稳定性,劳斯表中第一列数据全部为正数,则系统稳定。 12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负,即都分布在S平面的左平面。 13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号,恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。 14、对于有稳态误差的系统,在前向通道中串联比例积分环节,系统误差将变为零。 15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。 16、对于一个有稳态误差的系统,增大系统增益则稳态误差将减小。 17、对于典型二阶系统,惯性时间常数T愈大则系统的快速性愈差。 越小,即快速性18、应用频域分析法,穿越频率越大,则对应时域指标t s 越好 19最小相位系统是指S右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成,并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答: 自动控制系统一般都是反馈控制系统,主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的,按其职能分,主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用,而没有反向联系的控制过程。此时,系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是:输出不影响输入,结构简单,通常容易实现;系统的精度与组成的元器件精度密切相关;系统的稳定性不是主要问题;系统的控制精度取决于系统事先的调整精度,对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是:输出影响输入,即通过传感器检测输出信号,然后将此信号与输入信号比较,再将其偏差送入控制器,所以能削弱或抑制干扰;可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键,是在于其结构有无反馈环节。 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答: 自动控制系统的基本要求概括来讲,就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统,要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值(例如恒温控制系统)。对随动系统,被控制量始终跟踪参量的变化(例如炮轰飞机装置)。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求,因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下,希望过渡过程进行得越快越好,但如果要求过渡过程时间很短,可能使动态误差过大,合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下,当系统达到稳态后,其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然,这种误差越小,表示系统的精度越高,准确性越好。当准确性与快速性有矛盾时,应兼顾这两方面的要求。 1-3 请给出图1-4炉温控制系统的方框图。 答: 《 自动控制原理B 》 试题A 卷答案 一、单项选择题(本大题共5小题,每小题2分,共10分) 1.若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +,则该系统的闭环特征方程为 ( D )。 A .(1)0s s += B. (1)50s s ++= C.(1)10s s ++= D.与是否为单位反馈系统有关 2.梅逊公式主要用来( C )。 A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹 3.关于传递函数,错误的说法是 ( B )。 A.传递函数只适用于线性定常系统; B.传递函数不仅取决于系统的结构参数,给定输入和扰动对传递函数也有影响; C.传递函数一般是为复变量s 的真分式; D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 4.一阶系统的阶跃响应( C )。 A .当时间常数较大时有超调 B .有超调 C .无超调 D .当时间常数较小时有超调 5. 如果输入信号为单位斜坡函数时,系统的稳态误差为无穷大,则此系统为( A ) A . 0型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统 二、填空题(本大题共7小题,每空1分,共10分) 1.一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面:___稳定性、快速性、__准确性___。 2.对控制系统建模而言,同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。 3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。 4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为()G s ,反馈通路的传递函数为()H s ,则系统 的开环传递函数为()()G s H s ,系统的闭环传递函数为 () 1()() G s G s H s + 。 5 开环传递函数为2(2)(1) ()()(4)(22) K s s G s H s s s s s ++= +++,其根轨迹的起点为0,4,1j --±。 6. 当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时,在单位阶跃输入信号作用下,最大超调量将 增大 。 7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 积 。 三、简答题(本题10分) 图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热,从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图,并说明为了保持热水温度为期望值,系统是如何工作的?系统的被控对象和控制装置各是什么? 自动控制原理简答 1、简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。 自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”。“经典控制理论”以递函数为基础,以时域法、根轨迹法、频域法为基本方法,“现代控制理论”以状态空间法为基础,以频率法和根轨迹法为基本方法。 2、在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些?分析内容有那些? 常用的工程方法:时域分析法、根轨迹法、频率特性法; 分析内容:瞬态性能、稳态性能、稳定性。 3、相比较经典控制理论,在现代控制理论中出现了哪些新的概念? 系统的运动分析,能控性,能观性,极点配置,观测器设计,跟踪器等。 4、人闭上眼见很难达到预定的目的试从控制系统的角度进行分析。 人闭上眼睛相当于系统断开反馈,没有反馈就不知道偏差有多大,并给予及时修正。所以人闭上眼睛很难到达预定目标。 5、试分析汽车行驶原理 首先,人要用眼睛连续目测预定的行车路线,并将信息输入大脑(给定值),然后与实际测量的行车路线相比较,获得行驶偏差。通过手来操作方向盘,调节汽车,使其按照预定行车路线行驶。 6、对飞机与轮船运行原理加以分析 飞机和轮船在行驶时,都会发射无线电信号来进行定位,无线电信号通过雷达反射到计算机中央处理器中。进行对比得出误差,再将误差发射,进入雷达反射到飞机和轮船的接收器中,计算机收到信号后可还原为数据,进而可知偏差而及时修正,这是时刻都进行的。所以飞机,轮船都能保持预定航向行驶。 7、从元件的功能分类,控制元件主要包括哪些类型的元件? 控制元件主要包括放大元件、执行元件、测量元件、补偿元件。 8、线性定常系统的传递函数定义 传递函数:传递函数是指在零初始条件下,系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。 9、常见的建立数学模型的方法有哪几种?各有什么特点? 有以下三种:(1机理分析法:机理明确,应用面广,但需要对象特性清晰 (2实验测试法:不需要对象特性清晰,只要有输入输出数据即可,但适用面受限 (3以上两种方法的结合:通常是机理分析确定结构,实验测试法确定参数,发挥了各自的优点,克服了相应的缺点 10、自动控制系统的数学模型有哪些 自动控制系统的数学模型有微分方程、传递函数、频率特性、结构图。 11、离散系统的数学模型 (1 差分方程 Z变换将差分变成代数方程 (2 脉冲传递函数脉冲传递函数:零初始条件下,输出离散时间信号的 z 变换 C z 与输入离散信号的变 C z换 R z 之比,即 G z /R z (3 离散空间表达式 12、定值控制系统、伺服控制系统各有什么特点? 定值控制系统为给定值恒定,反馈信号和给定信号比较后控制输出信号;伺服控制系统为输入信号是时刻变化的,输入信号的变化以适应输出信 第一章 绪论 1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答:1开环系统 (1) 优点:结构简单,成本低,工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时,可得到满意的效果。 (2) 缺点:不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化,外来未知扰动存在时,控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点:不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值,都会产生控制作用去清除此偏差,所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点:主要缺点是被控量可能出现波动,严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈?为什么闭环控制系统常采用负反馈?试举例说 明之。 解答:将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如,一个温度控制系统通过热电阻(或热电偶)检测出当前炉子的温度,再与温度值相比较,去控制加热系统,以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型(线性,非 线性,定常,时变)? (1)22 ()()() 234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ (2)()2()y t u t =+ (3)()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+ (4)() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= (5)22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= (6)2() ()2() dy t y t u t dt += 自动控制原理模拟试题6 一、简答(本题共6道小题,每题5分,共30分) 1、画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 2、通过二阶系统的根轨迹说明,增加开环零点和增加开环极点对系统根轨迹走向的影响。 3、已知某环节的频率特性曲线如下,求当x(t)=10sin5t 输入该环节的时候,系统的输出解析表达式是什么? 4、通常希望系统的开环对数频率特性,在低频段和高频段有较大的斜率,为什么? 5、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。 6、最小相位系统的Nyquist 图如下所示,画出图示系统对应的 Bode 图,并判断系统的稳定性。 二、改错(本题共5道小题,每题5分,共25分) 1. 微分方程的拉氏变换可以得到系统的传递函数,系统传递函数的拉氏反变换是微分方程。 2. 传递函数描述系统的固有特性。其系数和阶次都是实数,只与系统内部结构参数有关而与输入量初始条件等外部因素无关。 3. 频率法不仅研究一个系统对不同频率的正弦波输入时的响应特性,也研究系统对阶跃信号的响应特性。 4. 系统开环对数频率特性的中频段的长度对相位裕量有很大影响,中频段越长,相位裕量越小。 W k (j 40 20 - π/2 - π ?(ω) 5. Nyquist 图中()1k W j ω>的部分对应Bode 图中0dB 线以下的区段,Nyquist 图中的实 轴对应Bode 图中的π-线。 三、 设单位反馈系统的开环传递函数(本题20分) i s T s K s T K K s G m m f f 1)1(1)(0?+?+?= 输入信号为 )(1)()(t bt a t r ?+= 其中0K , m K , f K , i, f T , m T 均为正数 ,a 和b 为已知正常数。如果要求闭环系统稳 定,并且稳态误差ss e <0ε, 其中0ε>0, 试求系统各参数满足的条件。 四、试用梅逊增益公式求下图中各系统信号流图的传递函 数C(s)/R(s)。(15分) 五、(本题20分) 设单位反馈控制系统的开环传递函数 )102.0)(101.0()(++=s s s K s G 要求: (1) 画出准确根轨迹(至少校验三点,包括与虚轴交点); (2) 确定系统的临界稳定开环增益K c; (3)当一个闭环极点是-5的时候,确定此时的其他极点。 六、已知最小相位系统的对数幅频渐近特性曲线如图所示, 1) 试确定系统的开环传递函数; 2) 求解系统的相位裕量,并判断稳定性; 3) 自动控制原理 一、简答题:(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μ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m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 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) 1) 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标:超调量%σ,调 节时间s t 和峰值时间p t ; 2) 当()21(),()4sin 3r t t n t t =?=时,求系统的稳态误差。 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,c ω位于两个交接频率的几何中心。 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%σ和调节时间s t 。(合计20分,共2个小题,每题10分) [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示,()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ,输出位置的容许误差小于2 ,求: 1) 确定满足上述指标的最小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0.41 ()0.081 c s G s s +=+,试计算相位裕量。 (合计20分,共2个小题,每题10分) (rad/s) 第一章绪论 1-1试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答:1开环系统 (1)优点:结构简单,成本低,工作稳定。用于系统输入信号及扰动作 用能预先知道时,可得到满意的效果。 (2)缺点:不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化, 外来未知扰动存在时,控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点:不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值,都会产生控制作用去清除此偏差,所以控制精度较高。 它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点:主要缺点是被控量可能出现波动,严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈?为什么闭环控制系统常采用负反馈?试举例说明之。 解答:将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证 明。例如,一个温度控制系统通过热电阻(或热电偶)检测出当前炉 子的温度,再与温度值相比较,去控制加热系统,以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型(线性,非线性,定常,时变)? (1) 2 2 ()()() 234()56() d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ (2) ()2() y t u t =+ (3) ()() 2()4() dy t du t t y t u t dt dt +=+ (4) () 2()()sin dy t y t u t t dt ω += (5) 2 2 ()() ()2()3() d y t dy t y t y t u t dt dt ++= (6) 2 () ()2() dy t y t u t dt += (7) () ()2()35() du t y t u t u t dt dt =++? 解答:(1)线性定常(2)非线性定常(3)线性时变(4)线性时变(5)非线性定常(6)非线性定常 (7)线性定常 一、填空题(每空1分,共15分) 1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式:即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为() G s,则G(s) 为G1(s)+G2(s)(用G1(s)与G2(s)表示)。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示, ω, 则无阻尼自然频率= n 7 其相应的传递函数为,由于积分环节的引入,可以改善系统的稳态性能。 1、在水箱水温控制系统中,受控对象为水箱,被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为开环控制系统;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为闭环控制系统;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用劳斯判据;在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为2(1)(1) K s s Ts τ++ arctan 180arctan T τωω--。 6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系,开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标调整时间s t ,它们反映了系统动态过程的。 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即:稳定性、快速性和准确性。 是指闭环传系统的性能要求可以概括为三个方面,即:稳定性、准确性和快速性,其中最基本的要求是稳定性。 2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ,则该系统的开环传递函数为()G s 。 3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法,叫系统的数学模型,在古典控制理 论中系统数学模型有微分方程、传递函数等。 4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定,可采用劳思判据、根轨迹、奈奎斯特判据等方法。自动控制原理试题
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