2015自動控制原理復(fù)習(xí)習(xí)題答案(DOC)

1、自動控制原理復(fù)習(xí)提綱一、單選題1根據(jù)控制元件的特性，控制系統(tǒng)可分為（ B ）。A.反饋控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng) B.線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)C.恒值控制系統(tǒng)和隨動控制系統(tǒng) D.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（ D ）。A穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性 B快速性、穩(wěn)定性 C穩(wěn)定性、平穩(wěn)性 D平穩(wěn)性、快速性3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(guān)？（ C ）。A.輸入信號 B.初始條件 C.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù) D.輸入信號與初始條件4. 如下圖所示系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)Gk(s) =（ C ）。C(s)R(s)G3H1G1G2+H2A. B. C. D. 5設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則系統(tǒng)的阻尼比

2、為（ A ）。A.0.5 B. 1 C.0.2 D. 1.26.適合應(yīng)用傳遞函數(shù)描述的系統(tǒng)是（ A ）。A.單輸入、單輸出的線性定常系統(tǒng) B.單輸入、單輸出的線性時變系統(tǒng)C.單輸入、單輸出的定常系統(tǒng) D.非線性系統(tǒng)7.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為,則其無阻尼固有頻率和阻尼比依次為（ B ）。A.1,0.5 B.0.5,1 C.2,1 D.1,2 8. 主導(dǎo)極點的特點是（ D ）。A.距離實軸很遠(yuǎn)B.距離實軸很近C.距離虛軸很遠(yuǎn) D.距離虛軸很近9.增大系統(tǒng)的開環(huán)增益，將使系統(tǒng)跟隨穩(wěn)態(tài)誤差( B )。A.變大 B.變小 C.不變 D.不能確定10. 非單位負(fù)反饋系統(tǒng)，其輸出為C(S)，反饋通道傳遞函數(shù)為

3、H(S)，當(dāng)輸入信號為R(S)，則從輸入端定義的誤差E(S)為（ D ）。ABCD11.典型二階系統(tǒng)的阻尼比=0時，其單位階躍響應(yīng)是（B）。A.單調(diào)上升曲線B.等幅振蕩曲線C.阻尼衰減振蕩曲線D.發(fā)散增幅振蕩曲線11如果典型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為減幅振蕩，則其阻尼比（ C ）。A0 B=0C01 D112.設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則其頻率特性的奈氏曲線與負(fù)實軸交點的頻率值為（ C ）rad/s。A5 B1/5 C D 1/13二階系統(tǒng)當(dāng)00B. 30D. =-18019.若開環(huán)傳函為, 此時相位裕量和的關(guān)系是（ B ）。A. 隨K增加而增大 B.隨K增大而減小 C. 與K值無關(guān) D.以上都不

4、是20.設(shè)開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性為,則其頻率特性的極坐標(biāo)圖的奈氏曲線與負(fù)虛軸交點的頻率值為（ B ）rad/s。 A.0.1 B. 1 C. 10 D. 221設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳函為G(s)=，那么它的相位裕量的值為（ D ）A.15B.60C.30D.4522某校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)Gc(s)=，則其頻率特性的奈氏圖終點坐標(biāo)為（ D ）A.(0,j0)B.(1,j0)C.(1,j1)D.(10,j0)23下列串聯(lián)校正的傳遞函數(shù)中,能在處提供最大相位超前角的是（ A ）。24設(shè)系統(tǒng)校正前后的對數(shù)幅頻特性曲線如圖所示，則通過校正下列沒有改變的參數(shù)為（ A ）。A 系統(tǒng)的型 B. 帶寬（0，） C.

5、相角裕度 D. 截止頻率25若某系統(tǒng)的根軌跡有兩個起點位于原點，則說明該系統(tǒng)（ C ）。A位置誤差系數(shù)為0 B速度誤差系數(shù)為0C含兩個積分環(huán)節(jié) D含兩個理想微分環(huán)節(jié)26下列哪種措施對改善系統(tǒng)的精度沒有效果 ( A )。A增加微分環(huán)節(jié) B提高系統(tǒng)的開環(huán)增益K C增加積分環(huán)節(jié) D引入擾動補(bǔ)償27高階系統(tǒng)的主導(dǎo)閉環(huán)極點越靠近虛軸，則系統(tǒng)的（ D ）。A準(zhǔn)確度越高 B準(zhǔn)確度越低 C響應(yīng)速度越快 D響應(yīng)速度越慢28已知開環(huán)幅頻特性如下圖所示，則圖中不穩(wěn)定的系統(tǒng)是（ B ）。 系統(tǒng) 系統(tǒng) 系統(tǒng)A系統(tǒng) B系統(tǒng) C系統(tǒng) D都不穩(wěn)定29有一電網(wǎng)絡(luò)，其傳遞函數(shù)為，若此網(wǎng)絡(luò)作為滯后校正環(huán)節(jié)使用，則其系數(shù)必須符合（

6、A )。A BC任意 D30PID控制器的輸入輸出關(guān)系的時域表達(dá)式是（ D ）。ABCD30.PI控制規(guī)律指的是( B )。A比例、微分 B比例、積分 C積分、微分 D.比例、積分、微分31采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，求閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為（ D ）。A B C D二、填空題1.根據(jù)有無反饋，控制系統(tǒng)可分為兩類：開環(huán)控制系統(tǒng) 、閉環(huán)控制系統(tǒng) 。2閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是全部閉環(huán)極點均位于左半s平面。6.系統(tǒng)的微分方程為在零初始條件下，以r為輸入，y為輸出的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為_。2.已知單位閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)的阻尼比為制 法，自然振蕩頻率為制；當(dāng)時，該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線為 衰減

7、振蕩曲線，當(dāng)時，該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線為 單調(diào)上升 曲線。當(dāng)時，該系統(tǒng)為 臨界阻尼 系統(tǒng)，當(dāng) 0.707 時，該系統(tǒng)獲得最佳過渡過程。3.如圖2所示的RC電路的傳遞函數(shù) ，頻率特性 ，當(dāng)時，穩(wěn)態(tài)輸出為 。4.在頻率校正法中，串聯(lián)超前校正是利用串聯(lián)校正裝置在系統(tǒng)的 中頻區(qū)產(chǎn)生相角 超前 ，以提高系統(tǒng)的 相位裕量 ，且使幅值穿越頻率 增大 ，從而系統(tǒng)的響應(yīng)速度 加快 。6已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，若要求帶寬增加a倍，相位裕量保持不變，則K應(yīng)為 aK ，T應(yīng)為 T/a 。7最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性三頻段分別反映的系統(tǒng)性能是 低頻段反映 穩(wěn)態(tài)特性法； 中頻段反映 動態(tài)特性法； 高頻段反映

8、法抗高頻干擾能力。8最大超調(diào)量反映了系統(tǒng)暫態(tài)過程的 平穩(wěn)性 ，調(diào)節(jié)時間總體上反映了系統(tǒng)的 快速性 。9已知最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線如下圖所示，其傳遞函數(shù)分別為：（a）：_ ；（b）： 。（a） （b）10設(shè)某最小相位系統(tǒng)的相頻特性為，則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，其開環(huán)幅頻特性為 。三、計算題1已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，圖中為輸入信號，為干擾信號，試求傳遞函數(shù)，。解：令，求 。圖中有3條前向通路，2個回路。（1分）（3分）則有 （1分）令，求 。有1條前向通路，回路不變。（1分）（1分）則有 （1分）2某最小相角系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖4-82所示。要求（1） 寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；

9、（2） 利用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3） 將其對數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程，試討論對系統(tǒng)性能的影響。解（1）由題4-29圖可以寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下： （2）系統(tǒng)的開環(huán)相頻特性為 截止頻率 相角裕度 故系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）將其對數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程后，可得系統(tǒng)新的開環(huán)傳遞函數(shù)其截止頻率 而相角裕度 故系統(tǒng)穩(wěn)定性不變。所以，系統(tǒng)的超調(diào)量不變，調(diào)節(jié)時間縮短，動態(tài)響應(yīng)加快。3試根據(jù)奈氏判據(jù)，判斷題4-80圖(1)(10)所示曲線對應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。已知曲線(1)(10)對應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下（按自左至右順序）。解 題4-13計算結(jié)果列表題號開環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)穩(wěn)定性備注10-12不穩(wěn)定2000

10、穩(wěn)定30-12不穩(wěn)定4000穩(wěn)定50-12不穩(wěn)定6000穩(wěn)定7000穩(wěn)定811/20穩(wěn)定9101不穩(wěn)定101-1/22不穩(wěn)定4已知一單位反饋控制系統(tǒng)，其被控對象G0(s)和串聯(lián)校正裝置Gc(s)的對數(shù)幅頻特性分別如圖5-86 (a)、(b)和(c)中和所示。要求： （1）寫出校正后各系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)； （2）分析各對系統(tǒng)的作用，并比較其優(yōu)缺點。解 (a) 未校正系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 采用遲后校正后 畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖解5-37(a)所示。有 ， 可見 (b) 未校正系統(tǒng)頻率指標(biāo)同(a)。采用超前校正后畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖解5-37(b)所示?？梢?(c) 校正

11、前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性，可見采用串聯(lián)滯后超前校正后 6T=0.25s ,當(dāng)r(t)=2.1(t)+t時，欲使穩(wěn)態(tài)誤差小于0.1,試求K值 Tr(t)ZCHC(t)解：由圖， G(s)= = G(Z)=Z= = 系統(tǒng)為I型，故階躍折入R下的穩(wěn)態(tài)誤差e=0，而單位斜坡折入R下的穩(wěn)態(tài)誤差e為常值K=(Z-1)G(Z) =Ke= e= e+ e= = = 要求 e107求穩(wěn)態(tài)誤差C(s)T_R(s)K0.5s設(shè)K=10,T=0.2s, r(t)=1(t) +t +t解 ：系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為G(Z) = Z = = 10 = G(Z)|= K=K=K= =10e()

12、=e=+=0.18某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳函為1）繪制該系統(tǒng)以根軌跡增益Kr為變量的根軌跡（求出：漸近線、分離點、與虛軸的交點等）；（7分）2）確定使系統(tǒng)滿足的開環(huán)增益的取值范圍。（3分）解：1）繪制根軌跡 （7分）(1)系統(tǒng)有3個開環(huán)極點（起點）：0、-3、-3，無開環(huán)零點（有限終點）；（1分）(2)實軸上的軌跡：（-，-3）及（-3，0）；（0.5分）(3) 3條漸近線： （1分）(4) 分離點： 得： （1分） (5)與虛軸交點： （2分）繪制根軌跡如右圖所示。（1.5分）2）確定使系統(tǒng)滿足的開環(huán)增益的取值范圍（3分）開環(huán)增益K與Kr的關(guān)系：得（0.5分）系統(tǒng)穩(wěn)定時根軌跡增益Kr的取值范圍

13、：， （0.5分）系統(tǒng)為臨界阻尼狀態(tài)時， （1分）所以系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼時根軌跡增益Kr的取值范圍：（0.5分）系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時開環(huán)增益K的取值范圍： （0.5分）9某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳函為1）繪制該系統(tǒng)以根軌跡增益Kr為變量的根軌跡（求出：分離點、與虛軸的交點等）；（6分）2）確定使系統(tǒng)滿足的開環(huán)增益的取值范圍。（4分）解：1、繪制該系統(tǒng)以根軌跡增益Kr為變量的根軌跡（6分）。(1)系統(tǒng)有2個開環(huán)極點（起點）：0、2，1個開環(huán)零點（終點）為：-2；（0.5分） (2)實軸上的軌跡：（-，-2）及（0，2）；（0，5分）(3)求分離點坐標(biāo)，得，（1分） (4)求與虛軸的交點系統(tǒng)的閉環(huán)

14、特征方程為,即令，得（2分）根軌跡如下圖所示。（2分）2、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時開環(huán)增益K的取值范圍系統(tǒng)穩(wěn)定時根軌跡增益Kr的取值范圍：，（1分）將代入閉環(huán)特征方程后得到系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時根軌跡增益Kr的取值范圍：，（1分）開環(huán)增益K與根軌跡增益Kr的關(guān)系：（1分）系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時開環(huán)增益K的取值范圍：（1分）9已知最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和串聯(lián)校正裝置的對數(shù)幅頻特性如下圖所示，原系統(tǒng)的幅值穿越頻率為， 1）寫出原系統(tǒng)的開環(huán)傳函,并求其相角裕度，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（7分）2）寫出校正裝置的傳遞函數(shù)，并判斷為何種校正方式；（2分）3）寫出校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)，畫出校正后系

15、統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（6分）0.010.11101000.322024.340-20dB/dec-20dB/dec-40dB/dec-60dB/decL(w)wL0Lc-20-40-20-40-60解：1）從開環(huán)波特圖可知，原系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、一個積分環(huán)節(jié)、兩個慣性環(huán)節(jié)，且兩個慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率分別為10和20。 （1分）故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式： (1分)由圖可知：處的縱坐標(biāo)為40dB，則，得 (1分)故原系統(tǒng)的開環(huán)傳函為 （1分）求原系統(tǒng)的相角裕度： （1分）由題知原系統(tǒng)的幅值穿越頻率為 （1分）對最小相位系統(tǒng)不穩(wěn)定 （1分）2）從開環(huán)波特圖可知，校正裝置一個慣性環(huán)節(jié)、一個微分環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)折頻率分別為0.32和0.01，為滯后校正裝置。（1分）故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式 (1分)3）校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為 (1分)用勞思判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程是（其他方法判斷只要結(jié)論對即可） （1分）構(gòu)造勞斯表如下 首列均大于0，故校正后的系統(tǒng)穩(wěn)定。（2分）畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如藍(lán)色線所示 （2分）8-17已知采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，其中，1）試確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍； 解：1）由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖可得開環(huán)傳遞函數(shù)為 根據(jù)采樣開關(guān)的位置，對上式取Z變換，