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自動控制原理模擬試題1一、簡答題：（合計20分, 共4個小題，每題5分）1. 如果一個控制系統(tǒng)的阻尼比比較小，請從時域指標和頻域指標兩方面說明該系統(tǒng)會有什么樣的表現(xiàn)？并解釋原因。2. 大多數(shù)情況下，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通常要求開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線在穿越頻率處的斜率為多少？為什么？3. 簡要畫出二階系統(tǒng)特征根的位置與響應曲線之間的關系。4. 用根軌跡分別說明，對于典型的二階系統(tǒng)增加一個開環(huán)零點和增加一個開環(huán)極點對系統(tǒng)根軌跡走向的影響。二、已知質(zhì)量-彈簧-阻尼器系統(tǒng)如圖(a)所示，其中質(zhì)量為m公斤，彈簧系數(shù)為k牛頓/米，阻尼器系數(shù)為牛頓秒/米，當物體受F = 10牛頓的恒力作用時，其位移y(t)的的變化如圖(b)所示。求、和的值。(合計20分)圖(a) 圖(b)三、已知一控制系統(tǒng)的結構圖如下，（合計20分, 共2個小題，每題10分）1） 確定該系統(tǒng)在輸入信號下的時域性能指標：超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間和峰值時間；2） 當時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。R(s)N(s)C(s)四、已知最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性漸近線如圖所示，位于兩個交接頻率的幾何中心。1） 計算系統(tǒng)對階躍信號、斜坡信號和加速度信號的穩(wěn)態(tài)精度。2） 計算超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。（合計20分, 共2個小題，每題10分）L(w)/dBw (rad/s)-40-20-40150-2020wc,五、某火炮指揮系統(tǒng)結構如下圖所示，系統(tǒng)最大輸出速度為2 r/min，輸出位置的容許誤差小于，求：1） 確定滿足上述指標的最小K值，計算該K值下的相位裕量和幅值裕量；2） 前向通路中串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡，試計算相位裕量。（合計20分, 共2個小題，每題10分）自動控制原理模擬試題3答案答案一、 簡答題1 如果二階控制系統(tǒng)阻尼比小，會影響時域指標中的超調(diào)量和頻域指標中的相位裕量。根據(jù)超調(diào)量和相位裕量的計算公式可以得出結論。2 斜率為十倍頻程?？梢员ＷC相位裕量在之間。34 二、系統(tǒng)的微分方程為 ：系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ：因此 利用拉普拉斯終值定理及圖上的穩(wěn)態(tài)值可得：所以 10/ k=0.06 ，從而求得k = 066.7 N/m由系統(tǒng)得響應曲線可知，系統(tǒng)得超調(diào)量為，由二階系統(tǒng)性能指標的計算公式 解得 由響應曲線得，峰值時間為3s，所以由解得 由系統(tǒng)特征方城可知 所以 三、1）系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為比較 二階系統(tǒng)的標準形式，可得而，所以2）由題意知，該系統(tǒng)是個線性系統(tǒng)，滿足疊加原理，故可以分別求取，和分別作用于系統(tǒng)時的穩(wěn)態(tài)誤差和，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就等于。A） 單獨作用時，由系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)知，系統(tǒng)的開環(huán)增益，所以系統(tǒng)對的穩(wěn)態(tài)誤差為：N(s)C(s)B） 單獨作用時，系統(tǒng)的方塊圖為系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：頻率特性為：當系統(tǒng)作用為時，所以系統(tǒng)的輸出為：所以系統(tǒng)的誤差為：四、解：1）開環(huán)傳遞函數(shù)因為是“II”型系統(tǒng)所以對階躍信號、斜坡信號的穩(wěn)態(tài)誤差為0；而加速度誤差系數(shù)為：因而對單位加速度信號穩(wěn)態(tài)誤差為2）所以五、解：1） 系統(tǒng)為I型系統(tǒng)，所以可以求得令,得2）加入串聯(lián)校正后，開環(huán)傳遞函數(shù)為求得單項選擇題（16分）（扣分標準 標準：一空一分）1根據(jù)控制系統(tǒng)元件的特性，控制系統(tǒng)可分為（ B ）反饋控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng) 線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng) 定值控制系統(tǒng)和隨動控制系統(tǒng) 連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)2系統(tǒng)的動態(tài)性能包括（ C ）A. 穩(wěn)定性、平穩(wěn)性 B快速性、穩(wěn)定性 C平穩(wěn)性、快速性 D穩(wěn)定性、準確性3系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（ C ） A與輸入信號有關 B與輸出信號有關C完全由系統(tǒng)的結構和參數(shù)決定 4傳遞函數(shù)反映了系統(tǒng)的動態(tài)性能，它與下列哪項因素有關？（ C ）A. 輸入信號 B初始條件 C系統(tǒng)的結構參數(shù) D輸入信號和初始條件D既由系統(tǒng)的結構和參數(shù)決定，也與輸入信號有關5設系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G（S） ，則系統(tǒng)的阻尼比為（ A ）A B1 C D 6一階系統(tǒng)的階躍響應（ D ）A當時間常數(shù)T較大時有超調(diào) B當時間常數(shù)T較小時有超調(diào)C有超調(diào) D無超調(diào)7根軌跡上的點應滿足的幅角條件為 G(S)H(S) =（ D ）A-1 B1 C （k=0,1,2） D (k=0,1,2,).8欲改善系統(tǒng)動態(tài)性能，一般采用（ A ）A增加附加零點 B增加附加極點C同時增加附加零、極點 DA、B、C均不行而用其它方法9伯德圖中的低頻段反映了系統(tǒng)的（ A ）A穩(wěn)態(tài)性能 B動態(tài)性能 C抗高頻干擾能力 D.以上都不是10放大環(huán)節(jié)的頻率特性相位移 為（ B ）A -180 B0 C90 D-90 11.型系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性的低頻段漸近線斜率為（ B ）A -60（dB/dec） B -40（dB/dec） C -20（dB/dec） D0（dB/dec）12. 常用的比例、積分與微分控制規(guī)律的另一種表示方法是（ D ）A PI B PD CID D PID 13設有一單位反饋控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，若要求相位裕量 , 最為合適的選擇是采用（ B ）A滯后校正 B超前校正 C滯后 超前校正 D超前滯后校正14. 已知離散控制系統(tǒng)結構圖如下圖1所示，則其輸出采樣信號的Z變換的表達式C（z）為（ D ）來自 www.3 7 2 2.cn 中國最大的資料庫下載圖 系統(tǒng)結構圖A B C D 15. 零階保持器是采樣系統(tǒng)的基本元件之一，其傳遞函數(shù) ，由其頻率特性可知，它是一個（B）A高通濾波器 B低通濾波器 C帶通濾波器 D帶阻濾波器16. 非線型系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能與下列哪項因素有關？（ D ）A輸入信號 B初始條件 C系統(tǒng)的結構、參數(shù) D系統(tǒng)的結構參數(shù)和初始條件二、填空題（16分）（扣分標準：一空一分）1. 線性控制系統(tǒng)有兩個重要特性：疊加性和_齊次性（或均勻性）_。2. 對于一個自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面：_穩(wěn)定性_、_準確性_和快速性。3. 當二階系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)時，其單位階躍響應 無超調(diào)。. 自動控制原理模擬試題9及答案一、簡答：（合計25分, 共5個小題，每題5分）1） 控制系統(tǒng)的階次是如何定義的？答：系統(tǒng)傳遞函數(shù)特征方程s算子的最高階次就是控制系統(tǒng)的階次。2） 如何從微分方程求得傳遞函數(shù)？需滿足什么條件？答：在零初始條件下，對微分方程用拉普拉斯變換，就可以求得傳遞函數(shù)。3） 系統(tǒng)閉環(huán)頻寬的含義？答：閉環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線中，3dB對應的頻率，就是系統(tǒng)的閉環(huán)頻寬。負實軸Nyquist圖Bode圖0dB線0dB線上0dB線下p線4） 簡述Nyquist圖和Bode圖的對應關系。答：5） 列表闡述0、I、II型系統(tǒng)分別對單位階躍、斜坡和加速度信號的響應誤差。k000kk階躍斜坡加速度0型I型II型二、改錯：（合計15分, 共5個小題，每題3分）1） II型系統(tǒng)的Bode圖幅頻特性曲線中，穿越頻率和開環(huán)增益的值相等；I型系統(tǒng) 不相等2） 勞斯穩(wěn)定判據(jù)只能判斷線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不可以判斷相對穩(wěn)定性； 可以0L(w)/dB-20w/(rad/s)1-40-60253） 命題a： 阻尼比決定了超調(diào)量的大小。 命題b：相位裕量決定了超調(diào)量的大小。 命題a和命題b是矛盾的。 不矛盾4） 閉環(huán)傳遞函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的個數(shù)決定了系統(tǒng)的類型。開環(huán)5）Mason增益公式適用于線性和非線性定常系統(tǒng)。 線性定常系統(tǒng) （本題合計25分）已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，1) 繪制該系統(tǒng)的根軌跡；（10分）2) 為保證該系統(tǒng)穩(wěn)定,試確定K的取值范圍；（5分）若該系統(tǒng)存在二階閉環(huán)主導極點,并該主導極點的阻尼比為0.5，求系統(tǒng)的性能指標。（10分）( )解:開環(huán)傳遞函數(shù)為: 1)繪制系統(tǒng)根軌跡 起點:0,-1,-2 終點:無窮遠 實軸根軌跡: (-,-2) , -1,0 漸近線與實軸交點: -1 交角 60,180,300 分離點: -0.423,-1.577(舍去) 與虛軸交點: s=jw 代入 得 2) 3) 特征根的和（本題合計35分）某單位負反饋