(第23講)自動控制原理5-8(2)習(xí)題課

1、 自動控制原理自動控制原理西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院 自自 動動 控控 制制 原原 理理 教教 學(xué)學(xué) 組組自動控制原理課程的任務(wù)與體系結(jié)構(gòu)自動控制原理課程的任務(wù)與體系結(jié)構(gòu)自動控制原理自動控制原理 5 5. . 線性系統(tǒng)的頻域分析與校正線性系統(tǒng)的頻域分析與校正 5.1 5.1 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念 5.2 5.2 幅相頻率特性（幅相頻率特性（Nyquist圖）圖） 5.3 5.3 對數(shù)頻率特性（對數(shù)頻率特性（Bode圖）圖） 5.4 5.4 頻域穩(wěn)定判據(jù)頻域穩(wěn)定判據(jù) 5.5 5.5 穩(wěn)定裕度穩(wěn)定裕度 5.6 5.6 利用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能利用開環(huán)頻率特性

2、分析系統(tǒng)的性能 5.7 5.7 閉環(huán)頻率特性曲線的繪制閉環(huán)頻率特性曲線的繪制 5.8 5.8 利用閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能利用閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能 5.9 5.9 頻率法串聯(lián)校正頻率法串聯(lián)校正 線性系統(tǒng)的頻域分析與校正線性系統(tǒng)的頻域分析與校正第五章小結(jié)第五章小結(jié)頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 自動控制原理自動控制原理4 45 5章測驗(yàn)題章測驗(yàn)題 一一. 單項(xiàng)選擇題單項(xiàng)選擇題 ( 在每小題的四個(gè)備選答案中，選出一在每小題的四個(gè)備選答案中，選出一 個(gè)正確的答案，將其題號寫入題干的個(gè)正確的答案，將其題號寫入題干的內(nèi)，每小題內(nèi)，每小題 1分，共分，共 分分 )1 1已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)已知系統(tǒng)開

3、環(huán)傳遞函數(shù) )(3(10)(asssG 若要繪制系統(tǒng)根軌跡，則其等效開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)該是若要繪制系統(tǒng)根軌跡，則其等效開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)該是 1032 ssas102)3(2 sssa10332 ssas10332 ssaasABCDD頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 2 2給出單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，當(dāng)給出單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，當(dāng)K=0K=0 變化時(shí)，應(yīng)繪制變化時(shí)，應(yīng)繪制0 0根軌跡的是根軌跡的是 )3)(2()1(*sssK )3)(2()1(*sssK )3)(2()1(*sssK )3)(2()1(*sssK ABCD3 3閉環(huán)系統(tǒng)幅頻特性如圖所示，閉環(huán)系統(tǒng)幅頻特性如圖所示， 則系統(tǒng)

4、帶寬頻率是則系統(tǒng)帶寬頻率是 ABCD2 3 4 5 BC頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) AD4 4開環(huán)對數(shù)幅頻特性的中頻段決定開環(huán)對數(shù)幅頻特性的中頻段決定 A系統(tǒng)的型別；系統(tǒng)的型別； B系統(tǒng)的抗干擾能力；系統(tǒng)的抗干擾能力； C系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差； D系統(tǒng)的動態(tài)性能。系統(tǒng)的動態(tài)性能。5 5最小相角系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的充要條件是最小相角系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的充要條件是 A奈奎斯特曲線不包圍奈奎斯特曲線不包圍(-1,j0)點(diǎn)；點(diǎn)；B奈奎斯特曲線包圍奈奎斯特曲線包圍(-1,j0)點(diǎn)；點(diǎn)；C奈奎斯特曲線順時(shí)針包圍奈奎斯特曲線順時(shí)針包圍(-1,j0)點(diǎn)；點(diǎn)； D奈奎斯特曲線逆時(shí)針包圍奈奎斯特曲線逆時(shí)針包圍(-

5、1,j0)點(diǎn)。點(diǎn)。頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 6 6開環(huán)對數(shù)頻率特性沿開環(huán)對數(shù)頻率特性沿 軸向左平移時(shí)軸向左平移時(shí) A. c 減小，減小，g g 增加；增加； B. c 減小，減小，g g 不變；不變；C. c 增加，增加，g g 不變；不變； D. c 不變，不變，g g 也不變。也不變。7 7兩典型二階系統(tǒng)的超調(diào)量兩典型二階系統(tǒng)的超調(diào)量s s相等，則此兩相等，則此兩 系統(tǒng)具有相同的系統(tǒng)具有相同的 A. 自然頻率自然頻率 n； B. 相角裕度相角裕度g ;g ; C. 阻尼振蕩頻率阻尼振蕩頻率 d； D. 開環(huán)增益開環(huán)增益K。BB頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) D8 8單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞

6、函數(shù)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 0 A. D.dB 16 C.dB 24 B.其幅值裕度其幅值裕度 h h 等于等于 )24(16)( sssG9 9已知串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為已知串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為 則它是則它是 10)5(2 . 0 ssA相位遲后校正；相位遲后校正； B遲后超前校正；遲后超前校正； C相位超前校正；相位超前校正； D、都不是都不是。C頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié)A1010開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)Bode圖如圖所示，對應(yīng)的開環(huán)傳遞圖如圖所示，對應(yīng)的開環(huán)傳遞 函數(shù)函數(shù)G(s)應(yīng)該是應(yīng)該是 1112 ss1112 ss1121 ss1112 ssA.B.C.D.頻域分析法小結(jié)頻域

7、分析法小結(jié)C11.11.單位反饋?zhàn)钚∠嘟窍到y(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性如圖單位反饋?zhàn)钚∠嘟窍到y(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性如圖 所示，要用串聯(lián)校正方式使校正后系統(tǒng)滿足條件所示，要用串聯(lián)校正方式使校正后系統(tǒng)滿足條件 ，則應(yīng)采用，則應(yīng)采用 超前校正；超前校正； 遲后校正；遲后校正； 遲后遲后- -超前校正；超前校正； D 用串聯(lián)校正方式用串聯(lián)校正方式 不可能滿足要求不可能滿足要求。 50, 4*g g C頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 1212典型二階系統(tǒng)的超調(diào)量越大，反映出系統(tǒng)典型二階系統(tǒng)的超調(diào)量越大，反映出系統(tǒng) 頻率特性的諧振峰值越小；頻率特性的諧振峰值越??； 阻尼比越大；阻尼比越大； 閉環(huán)增益越大；閉環(huán)增益越大

8、； 相角裕度越小。相角裕度越小。 D頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 二二. . 多項(xiàng)選擇題多項(xiàng)選擇題( (在每小題的五個(gè)備選答案中，選出在每小題的五個(gè)備選答案中，選出 二至五個(gè)正確的答案，將其號碼寫入題干的二至五個(gè)正確的答案，將其號碼寫入題干的 內(nèi)，正確答案沒有選全、多選或有內(nèi)，正確答案沒有選全、多選或有 選錯(cuò)的，該題無分，每小題選錯(cuò)的，該題無分，每小題2 2分，共分，共 分分) ) 1 1系統(tǒng)的頻率特性系統(tǒng)的頻率特性 A是頻率是頻率的函數(shù)；的函數(shù)； B與輸入幅值有關(guān)；與輸入幅值有關(guān)； C與輸出有關(guān)；與輸出有關(guān)； D與時(shí)間與時(shí)間t t有關(guān)；有關(guān)； E由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)確定。由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)確定

9、。 A E頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 2 2根據(jù)下列開環(huán)傳遞函數(shù)作根據(jù)下列開環(huán)傳遞函數(shù)作K=0變化的根軌跡變化的根軌跡, , 應(yīng)畫常規(guī)根軌跡的有應(yīng)畫常規(guī)根軌跡的有 )3)(2()1(* sssK)3)(2()1(* sssK)3)(2()1(* sssK)3)(2()1(* sssK)3)(2()1(*sssK A.B.C.D.E.A B C E頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 3 3指出下列由閉環(huán)頻率特性引出的指標(biāo)指出下列由閉環(huán)頻率特性引出的指標(biāo) A帶寬頻率帶寬頻率 b ； B相角裕度相角裕度g g； C零頻值零頻值M(0) ； D 諧振峰值諧振峰值 r ； E截止頻率截止頻率 c 。 A C

10、 D頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 4 4典型欠阻尼二階系統(tǒng)，典型欠阻尼二階系統(tǒng)， 當(dāng)開環(huán)增益當(dāng)開環(huán)增益K K增加時(shí)，系統(tǒng)增加時(shí)，系統(tǒng) A阻尼比阻尼比x x增大，超調(diào)量增大，超調(diào)量s s增大增大； B阻尼比阻尼比x x減小，超調(diào)量減小，超調(diào)量s s增大增大； C阻尼比阻尼比x x增大，超調(diào)量增大，超調(diào)量s s減小減??； D無阻尼自然頻無阻尼自然頻率率 n增大增大； E無阻尼自然頻無阻尼自然頻率率 n減小減小。 B D頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 5 5指出下列由開環(huán)頻率特性引出的指標(biāo)指出下列由開環(huán)頻率特性引出的指標(biāo) A幅值裕度幅值裕度h； B諧振頻率諧振頻率 r； C截止頻率截止頻率 c； D帶

11、寬頻率帶寬頻率 b； E相角裕度相角裕度g g。EA C頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 6 6若為非最小相位系統(tǒng)，則有若為非最小相位系統(tǒng)，則有 A畫根軌跡時(shí)，應(yīng)作零度根軌跡；畫根軌跡時(shí)，應(yīng)作零度根軌跡； B一定存在一個(gè)使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定的開環(huán)增益的一定存在一個(gè)使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定的開環(huán)增益的 取值范圍；取值范圍； C對應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)一定不穩(wěn)定；對應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)一定不穩(wěn)定； D其相頻特性相角變化的絕對值一定不小于最小其相頻特性相角變化的絕對值一定不小于最小 相位系統(tǒng)相角變化的絕對值；相位系統(tǒng)相角變化的絕對值； E根據(jù)對數(shù)幅頻特性可以確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。根據(jù)對數(shù)幅頻特性可以確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 B D頻域分析

12、法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 7 7典型二階系統(tǒng)，當(dāng)?shù)湫投A系統(tǒng)，當(dāng)x x=0.707時(shí)，試問時(shí)，試問: :無阻尼自然頻無阻尼自然頻率率 n、阻尼振蕩頻率、阻尼振蕩頻率 d以及諧振頻率以及諧振頻率 r之間的關(guān)系是之間的關(guān)系是nr A.nd B.dn C.rd D.rn E.EC D頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 三分析計(jì)算題三分析計(jì)算題1.1.單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 , , 試估算下列各性能指標(biāo)值試估算下列各性能指標(biāo)值: : )24(16)( sssG 超調(diào)量超調(diào)量 s s= = 相角裕度相角裕度g g = = 調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間 t ts s= = 幅值裕度幅值裕度=

13、= r(t)=1(t)時(shí)時(shí),ess= = 諧振頻率諧振頻率 r= = r(t)= t 時(shí)時(shí), ,ess= 諧振峰值諧振峰值Mr= = 截止頻率截止頻率 c= = 帶寬頻率帶寬頻率 b= =0032. 4225 . 304222 4 .632422tg90-1 014 n 頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié)0)21(212)1( NPZ 2.2.已知開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性如下圖所示，試判斷閉環(huán)已知開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性如下圖所示，試判斷閉環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng) 的穩(wěn)定性，求出閉環(huán)系統(tǒng)在右半平面的極點(diǎn)數(shù)。的穩(wěn)定性，求出閉環(huán)系統(tǒng)在右半平面的極點(diǎn)數(shù)。 0)1(222)2( NPZ0)0(202)3( NPZ解解. . 頻域分析法小結(jié)頻域分析法小結(jié) 3. 3.假設(shè)當(dāng)假設(shè)當(dāng)K=100時(shí)，系統(tǒng)開時(shí)，系統(tǒng)開環(huán)幅相特性如圖所示。已知右環(huán)幅相特性如圖所示。已知右 半半s平面的開環(huán)極點(diǎn)數(shù)平面的開環(huán)極點(diǎn)數(shù)P=0, , 試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增 益益K的范圍。的范圍。 解解. . 100)( KjG 1)( jGK( (臨界臨界)50 50)(50 jG25010050 K220 20)(20 jG52010020 K50.0505. 0)(05. 0 jG200005. 010005. 0 K20000穩(wěn)穩(wěn)定定 穩(wěn)穩(wěn)定定 頻域分析法小結(jié)頻