自控原理習(xí)題集MicrosoftWord文檔

1、第一章 自動控制的一般概念1如圖所示為液面自動控制系統(tǒng)示意圖。在任何情況下，希望液面高度維持不變。要求（1）說明系統(tǒng)的控制方式及工作原理；（2）畫出系統(tǒng)原理方框圖；（3）指出被控對象，被控量，測量元件，干擾。2如圖所示為直流電動機轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)圖，在系統(tǒng)受到擾動的情況下（如負(fù)載變化），希望電機轉(zhuǎn)速維持不變。要求（1）說明系統(tǒng)工作原理；（2）畫出系統(tǒng)原理方框圖，說明控制方式；（3）指出被控對象、給定量。3下圖為倉庫大門控制系統(tǒng)原理示意圖，試說明大門開閉的工作原理，控制方式；并畫出系統(tǒng)的方塊圖，指出被控對象、被控量、控制裝置、給定元件、測量元件、比較元件、放大元件。第二章 數(shù)學(xué)模型1.求圖2-1所

2、示系統(tǒng)輸入為，輸出為時的傳遞函數(shù) （a） （b）圖2-1 無源電網(wǎng)絡(luò)2由運算放大器組成的有源網(wǎng)絡(luò)如下圖所示，用復(fù)阻抗法寫出傳遞函數(shù)（a）（b）圖-有源網(wǎng)絡(luò)3.如圖2-3所示電樞控制式直流電動機，試以為輸入量，為輸出量的建立微分方程。圖2-3 電樞控制式直流電動機其中：是電動機電樞輸入電壓，是電動機輸出轉(zhuǎn)角，是電樞繞組的電阻，是電樞繞組的電感，是流過電樞繞組的電流，是電動機感應(yīng)電勢，是電動機轉(zhuǎn)矩，是電動機及負(fù)載折合到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量，是電動機及負(fù)載折合到電動機軸上的粘性摩擦系數(shù)。4、畫出下列rc電路的方框圖。圖2-4 一階rc網(wǎng)絡(luò)5. 系統(tǒng)如圖2-5所示 圖2-5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 求： (1)=

3、？， (2)c(s)=？， (3)=， (4)=？6.求圖2-6所示系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)c(s)/r(s)。圖2-6 結(jié)構(gòu)圖7求圖2-7系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。(a) （b）圖2-7 結(jié)構(gòu)圖8 電路如圖2-8所示，以為輸入量，為輸出量,試列出網(wǎng)絡(luò)微分方程式。 圖2-8 電路圖9求圖2-9中系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。圖2-9 信號流圖第三章： 時域分析法1溫度計的傳遞函數(shù)為。現(xiàn)用該溫度計測量某容器中的水溫，發(fā)現(xiàn)經(jīng)1分鐘后才能指示出實際水溫的96%，問：（1）該溫度計的指示從實際水溫的10%變化到90%所需的時間是多少？（2）如果給該容器加熱，使容器內(nèi)水溫以0.1的速度均勻上升，當(dāng)定義時，溫度計的穩(wěn)態(tài)指示誤差

4、有多大？2已知傳遞函數(shù)，今欲采用加負(fù)反饋的方法，將過渡時間ts減小為原來的0.1倍,并保證總放大系數(shù)不變,確定參數(shù)kh和k0的數(shù)值。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3典型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖3-2所示，試確定系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。 圖3-2 階躍響應(yīng)曲線4.系統(tǒng)方框圖如圖3-33所示，要求超調(diào)量，峰值時間，求與。5單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖所示： 圖3-4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）確定系統(tǒng)特征參數(shù)與其實際參數(shù)的關(guān)系,（2）若k=16,t=0.25,計算系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。6. 控制系統(tǒng)方塊圖如圖所示：圖3-5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）當(dāng)=0時，求系統(tǒng)的阻尼比，無阻尼自振頻率和單位斜坡函數(shù)輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差

5、；（2）當(dāng)=0.7時，試確定系統(tǒng)中的值和單位斜坡函數(shù)輸入時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差； 7.設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，若系統(tǒng)以=2 rad/s頻率持續(xù)振蕩，試（用勞斯判據(jù)）確定相應(yīng)的k和a的值。8設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試用勞斯穩(wěn)定判據(jù)確定系統(tǒng)穩(wěn)定時k的取值范圍。9單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為a)試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益、阻尼比的范圍。b)若，c)并保證系統(tǒng)的極點全部位于的左側(cè)，d)試確定此時的開環(huán)增益的范圍。 10設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，（1）求系統(tǒng)的靜態(tài)位置誤差系數(shù),靜態(tài)速度誤差系數(shù),靜態(tài)加速度誤差系數(shù)；（2）計算當(dāng)輸入信號為，和時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。11控制系統(tǒng)的框圖如圖3-6

6、所示。已知r(t)=n(t)=1(t)。分別求系統(tǒng)在給定輸入下和擾動輸入下的誤差傳遞函數(shù)，并求系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)誤差。圖3-6 結(jié)構(gòu)圖14.設(shè)控制系統(tǒng)如下圖所示，其中輸入信號r(t)=t,擾動信號n(t)=1(t),試計算該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。圖3-7 結(jié)構(gòu)圖第四章 根軌跡1應(yīng)用根軌跡法確定如圖4-1示系統(tǒng)無超調(diào)響應(yīng)的值范圍。2 設(shè)負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L制該系統(tǒng)的根軌跡圖。 3已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（1）繪制系統(tǒng)的根軌跡圖；（2）為使系統(tǒng)的階躍響應(yīng)呈現(xiàn)衰減振蕩形式，試確定值范圍。4設(shè)一單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（1） 試?yán)L制系統(tǒng)的根軌跡圖，并判斷其閉環(huán)穩(wěn)定性。（2） 若不穩(wěn)定，試設(shè)計一個串

7、連校正裝置，使其閉環(huán)穩(wěn)定。5已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求系統(tǒng)的閉環(huán)極點有一對共軛復(fù)極點，其阻尼比為。試確定開環(huán)增益，并近似分析系統(tǒng)的時域性能。6某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： ， 試?yán)L制系統(tǒng)的根軌跡。7. 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試?yán)L制以為參變量的參量根軌跡的大致圖形。第五章 頻率特性1已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，當(dāng)輸入信號頻率，振幅時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出和穩(wěn)態(tài)誤差。2已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試?yán)L制系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線和開環(huán)對數(shù)相頻特性曲線。3、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，、均大于零，試用奈氏判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5、已知開環(huán)傳遞函數(shù)和相應(yīng)的開環(huán)幅相

8、曲線如下圖所示，試根據(jù)奈氏判據(jù)判別閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖5-1乃氏曲線圖6. 設(shè)一單位反饋系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖5-2所示(最小相位系統(tǒng))。(1)寫出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；(2)判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(3)如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則求時的穩(wěn)態(tài)誤差。圖5-2 開環(huán)對數(shù)幅頻特性7、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：，求使相位裕度等于的b值。8、已知單位負(fù)反饋的最小相位系統(tǒng)，其開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線如圖5-3所示，（1）求開環(huán)傳遞函數(shù)；(2)計算系統(tǒng)的相角裕度，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖5-3 開環(huán)對數(shù)幅頻特性10. 已知最小相位系統(tǒng)bode圖的漸近幅頻特性如圖所示，求該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。圖5-8 開環(huán)對數(shù)幅頻特性

9、11.某系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和nyquist圖如圖5-9(a)和(b)所示，圖中 試判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性，并決定閉環(huán)特征方程正實部根的個數(shù)。 圖5-9 結(jié)構(gòu)圖及乃氏圖12. 某最小相位系統(tǒng)的漸近對數(shù)幅頻特性曲線如圖5-10所示，試求在時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和相角裕度的值。圖5-10 開環(huán)對數(shù)幅頻特性第六章 控制系統(tǒng)的綜合校正1.已知一系統(tǒng)原有的特性為，校正裝置的特性為，（1） 畫出原系統(tǒng)和校正裝置的對數(shù)幅頻特性。（2） 當(dāng)采用串聯(lián)校正時，求校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，并計算其相角裕度。2.已知某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求靜態(tài)速度誤差系數(shù)，試求：（1）系統(tǒng)的開環(huán)增益k值的大小。 （2）在所給的坐標(biāo)圖上畫出原

10、系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線；計算截止頻率的大小；及其相角裕度；判斷系統(tǒng)穩(wěn)定（穩(wěn)定程度）情況。（3）當(dāng)采用串聯(lián)校正時，其校正裝置的傳函為，求校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。（4）畫出系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線，說明是超前還是滯后校正；并根據(jù)三頻段的概念判斷系統(tǒng)的那些性能指標(biāo)得到改善？3、已知一單位反饋系統(tǒng)，原有的開環(huán)傳遞函數(shù)和串聯(lián)校正裝置的對數(shù)幅頻漸近曲線如圖6-1所示，（1）在圖中畫出系統(tǒng)校正后的開環(huán)對數(shù)幅頻漸近曲線；（2）寫出校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)表達式；（3）分析對系統(tǒng)的作用。圖6-1 對數(shù)幅頻特性4.某一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，設(shè)計一個超前校正裝置，使校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，相位裕度，增益裕度不小于10db。5、系統(tǒng)如圖6-2示，（1）求gc(s)，使n(t)對c(t)無影響。（2）設(shè)k1為常量，試確定k2值，使系統(tǒng)在滿足（1）的條件下具有最佳阻尼比。圖6-2 結(jié)構(gòu)圖第七章 非線性1.若二階非