自動(dòng)控制原理模擬題及答案匯編

1、學(xué)習(xí)-好資料學(xué)習(xí)中心姓 名學(xué) 號(hào)西安電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與繼續(xù)教育學(xué)院自動(dòng)控制原理模擬試題一一、簡(jiǎn)答題（共25分）1、 簡(jiǎn)述閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，并繪制閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。（8分）2、 簡(jiǎn)要畫(huà)出二階系統(tǒng)特征根的位置與響應(yīng)曲線之間的關(guān)系。（10分）3、串聯(lián)校正的特點(diǎn)及其分類(lèi)？ （ 7分）二、已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 Gk（s），試確定使系s（s寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)； 利用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性; +2s + 4）統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)振蕩的K值，并求振蕩頻率。（ 15分）、設(shè)某系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其單位階躍響應(yīng)如圖所示。試確定系統(tǒng)參數(shù)K2和a（15 分）結(jié)構(gòu)圏單位階躍響應(yīng)更多精品文檔四、某最小相角系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)

2、幅頻特性如圖示。要求（20 分）3) 將其對(duì)數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程，試討論對(duì)系統(tǒng)性能的影響。五、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=Ks(s 1)試設(shè)計(jì)一串聯(lián)超前校正裝置，使系統(tǒng)滿足如下指標(biāo)：(25分)(1 )在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差ess < 115 ;(2) 截止頻率 3 c> 7.5(rad/s);(3) 相角裕度丫45°。模擬試題一參考答案:一、簡(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，并繪制閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 解：閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖：閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn):閉環(huán)控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是檢測(cè)偏差、糾正偏差。1) 由于增加了反饋通道，系統(tǒng)的控制精度得到了提高。2) 由于存在系

3、統(tǒng)的反饋，可以較好地抑制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中可能存在的擾動(dòng) 和由于器件的老化而引起的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的不確定性。3) 反饋環(huán)節(jié)的存在可以較好地改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。2、簡(jiǎn)要畫(huà)出二階系統(tǒng)特征根的位置與響應(yīng)曲線之間的關(guān)系。解：3、串聯(lián)校正的特點(diǎn)及其分類(lèi)？答：串聯(lián)校正簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)。設(shè)于前向通道中能量低的位置，減少功耗主要形式有相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正。二、已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為gk(s)J，試確定使系s(s +2s+4)統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)振蕩的K值，并求振蕩頻率 。解：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Gb(s)二飛 丄 s3 +2s2 +4s + K特征方程為：D(s) = s3 2s2 4s

4、K =0列勞斯表3 s2 s1 s0 s1 42 K(8-K)/2K要使系統(tǒng)穩(wěn)定，則2y KK 0;0。得：8 K 02所以，使系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)振蕩的K值為：K=8 將K =8代入特征方程，即D(s)二 s3 2s2 4s 8 =(s2 4)(s 2) = 0解得其虛根為，s二_j2。所以，振蕩頻率= 2、設(shè)某系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其單位階躍響應(yīng)如圖所示。試確定系統(tǒng)參數(shù)K1, K2和a結(jié)構(gòu)圏單位階躍響應(yīng)解由系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線有h（-）=3tp "1二 oo =（4-3） 3 =33.3°。系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為2 ns 由式KiK22 s as ©圧=嚴(yán)心=33.3%2n= 0.33

5、二 33.281k k另外h(：) = lim s'；：(s) - = lim -1 2 3 K2 = 3ts t s+as 十 &四、某最小相角系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖示。要求解：解(1)由圖可以寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下:10G(s):sss(1)(1)0.120(2)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)相頻特性為()=-90 -arctanarctan0.1 20截止頻率c = 0.1 10 =1相角裕度= 180( .c) =2.85故系統(tǒng)穩(wěn)定。(3)將其對(duì)數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程后，可得系統(tǒng)新的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、 100G(s廠ss(s 1)(1)200其截止頻率；.-； c1 = 10 ；r

6、c =10而相角裕度"80(心)=2.85 =故系統(tǒng)穩(wěn)定性不變。由時(shí)域指標(biāo)估算公式可得1二 °。=0.16 0.4(1) 1 oos i ntsK。二Ko 二10 -c1-0.1ts1所以，系統(tǒng)的超調(diào)量不變，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快。五、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)二Ks(s 1)試設(shè)計(jì)一串聯(lián)超前校正裝置，使系統(tǒng)滿足如下指標(biāo):(1 )在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差ess ： 1 15 ;(2) 截止頻率 3 c> 7.5(rad/s);(3) 相角裕度丫45°。1 1 1解：依ess指標(biāo)：Qs =-=Kv K 15K =15畫(huà)未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻

7、特性如圖所示依圖可得:校正前系統(tǒng)相角裕度:= 180° G( j c) =180° -90° -arctan c= 90° -arctan3.873 = 14.48°定c7.5,作圖得:b =11.48dB(AB =11.5dB)作圖使：AC=AB =11.5dB ,過(guò)C點(diǎn)作20dB/dec直線交出D點(diǎn)( d2），令(DC 二 CE)得丘點(diǎn)（E = 28.125）。這樣得出超前校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù):Gc(s)§ 12S 128.1 25校正后系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:GJs) G(s)二一2s28.12515s(s 1)驗(yàn)算：在校正過(guò)程可保證:

8、1ess ：Kv=±15cu =7.5(r a ds")"=180。GJ c")G( = 1 80-90° arctg-arctg c arctg，c" = 67.732° 45°228.125全部指標(biāo)滿足要求學(xué)習(xí)中心姓 名學(xué) 號(hào)西安電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與繼續(xù)教育學(xué)院自動(dòng)控制原理模擬試題二一、簡(jiǎn)述題（25分）1、簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)的基本要求。2、 已知在零初始條件下，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為c（t） =1-2e2 e，試求 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。3、簡(jiǎn)述最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)的異同。二、已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，圖中 R（s）為

9、輸入信號(hào)，N（s）為干擾信號(hào)，試求傳遞函數(shù)C（s），C（s）。（ 15分）R（s） N（s）R(s) +Ks(s 1)C(s)=11）、系統(tǒng)類(lèi)型、階次。（2分）2）、K、無(wú)阻尼振蕩角頻率-n、有阻尼振蕩角頻率-d的值。（6分）3）、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gk（s）。（2分）4）、靜態(tài)誤差系數(shù)Kp, Kv和Kao （3分）5）、系統(tǒng)對(duì)單位階躍、單位斜坡、單位加速度輸入的穩(wěn)態(tài)誤差essp，essv，essa（3分）6）、峰值時(shí)間tp，最大超調(diào)量；p %。 （4分） 四、單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)二K (s? 2s 5)(s 2)(s _0.5)試?yán)L制系統(tǒng)根軌跡，確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的 K值范圍。（

10、15分）五、對(duì)圖示的反饋校正系統(tǒng)，試分析：（25 分）1若G2（s）K ,Gc（s）=Kh，分析反饋校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響。（10Ts + 1分）2）若G2 （s）, Gc（s）= Khs，分析反饋校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響。（15Ts +1分）模擬試題二參考答案一、簡(jiǎn)述題1、簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)的基本要求。答：控制系統(tǒng)的基本要求：穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件，是控制系統(tǒng)的重要特性。準(zhǔn)確性就是要求被控量和設(shè)定值之間的誤差達(dá)到所要求的精度范圍。準(zhǔn)確性反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度?？焖傩泽w現(xiàn)了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，即對(duì)過(guò)渡過(guò)程的形式和快慢提出要求。 表現(xiàn)為對(duì)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和超調(diào)量的要求。2、 已

11、知在零初始條件下，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為c（t） =1-2e e，試求 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。1解 單位階躍輸入時(shí)，有R（s）二-，依題意s學(xué)習(xí)-好資料1C(s)二sG(s)C(s)R(s)3s 2(s 1)(s 2)3s 21(s 1)(s2) s更多精品文檔3、簡(jiǎn)述最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)的異同。答：一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)，若其傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)都位于 s平面的左半部，則 稱(chēng)為最小相位系統(tǒng)，否則，稱(chēng)為非最小相位系統(tǒng)。對(duì)于幅頻特性相同的系統(tǒng)，最小相位系統(tǒng)的相位遲后是最小的。 最小相位系 統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性與相頻特性之間存在著唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。、已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，圖中R(s)為輸入信號(hào)，N(s)為干擾

12、信號(hào)，試求傳遞函數(shù)，少R(s) N(s)解：令N(s)=O，求C©。圖中有3條前向通路，2個(gè)回路。R(s)=G2G4， r = 1， P2 = G3G4， ： 2 = 1， P3 =G1G2G43 = 1，L1 = -G2G4， L2 = -G3G4， 7 二1 -(L1 L2 )，C(s) Pd + 巳也2 + P3A3G2G4 + G3G4 +G1G2G4R(s)，1G2G4 G3G4令 R(s) =0，求鵲。有1條前向通路，回路不變P- G4，=-1 - 1，則有C(s) _ G4N(s) ：1 G2G4 G3G4學(xué)習(xí)-好資料三、某單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)如圖，阻尼比=0.5，試求:

13、KC(s)s(s +1)R(s) +更多精品文檔1）、系統(tǒng)類(lèi)型、階次。（2分）2）、K、無(wú)阻尼振蕩角頻率-'n、有阻尼振蕩角頻率-d的值。（6分）3）、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gk（s）。（2分）4）、靜態(tài)誤差系數(shù)Kp, Kv和Kao （3分）5）、系統(tǒng)對(duì)單位階躍、單位斜坡、單位加速度輸入的穩(wěn)態(tài)誤差essp, essv, essa。（3分）6）、峰值時(shí)間tp，最大超調(diào)量二p % o （4分）解：1、1型、2階 （2分）2、K=1（2 分） n=1 rad/s （2 分）d 二 n .1- 2 = 0.866 rad /s （2 分）213、Gk （s）（2 分）s（s+1） 24、 Kp 二

14、目叫 GK（s） =Kv = ImsGK（s）=1Ka = I% s GK（s） =05、 essp = 1/（1 Kp）=0 essv=1/Kv =1e$sa = 1/ Ka 0.5-：':2 .6、tp 二=n = n = 3.63 二 p% ne1-100% ne1.52100% =16.3%d 仝 32四、單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)二K (s2 -2s 5)(s 2)(s _0.5)試?yán)L制系統(tǒng)根軌跡，確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的 K值范圍 解根軌跡繪制如下： 實(shí)軸上的根軌跡：1-2,0.5 1 分離點(diǎn)：由111 1+ = +d -0.5 d 2 d -1 j2 d -1 - j2

15、解得：d1 二-0.41與虛軸交點(diǎn):D(s) =(s 2)(s-0.5) K (s若G2(s) , Gc(s) = KhS，分析反饋校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響。Ts+12s 5) =0把s=j 代入上方程，令”Re(D(j) = (1 +K* 購(gòu) 2 +5K* 1 =0 lm(D(jm) =(1.52Kjm =0解得:GO = 0K 0.2© =±1.25K =0.75根軌跡如圖解所示五、對(duì)圖示的反饋校正系統(tǒng)，試分析:(10 分)(15 分)1) 若G2(s)K , Gc(s)二Kh，分析反饋校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響。Ts +1解：1)G2c(S)K /仃s 1) K 心 KKh)1

16、 KKh /(Ts 1) _Ts/(1 KKh) 1反饋系數(shù)Kh越大，時(shí)間常數(shù)越小，慣性減弱。通過(guò)在G1(s)中加入適當(dāng)?shù)?放大器彌補(bǔ)比例系數(shù)的減小。2)G2c ( s)K /(Ts 1) K /(1 KKh)1 KKhS/(Ts 1) 一 仃 KKh)s 1保持慣性環(huán)節(jié)，但時(shí)間常數(shù)增大了。Kh越大，時(shí)間常數(shù)越大。利用反饋校正可使原系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)拉開(kāi)，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)性。學(xué)習(xí)中心姓 名學(xué) 號(hào)西安電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與繼續(xù)教育學(xué)院自動(dòng)控制原理模擬試題三、簡(jiǎn)述題(25分)1、繪制圖示爐溫控制示意圖的控制方框圖。(7分)2、某控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的 K值范圍。(10分)3、簡(jiǎn)述

17、系統(tǒng)的根軌跡及繪制根軌跡的基本條件。(8分)二、已知系統(tǒng)方程組如下：X! (s) = G (s) R(s) - G(s)G7 (s) - G8 (s)C(s) X2(s) = G2(s)X! (s) -G6(s)X3 (s)X3(s)珂X2(s)-C(s)G5(s)G3(s)C(s)二G4(s)X3(s)試?yán)L制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求閉環(huán)傳遞函數(shù)C© o( 15分)R(s)三、單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=25s(s 5)求各靜態(tài)誤差系數(shù)和r(t)=1 2t 0.5t2時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差ess。(20分)四、某最小相角系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖示。要求(20 分)1）寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；

18、2）利用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3）將其對(duì)數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程，試討論對(duì)系統(tǒng)性能的影響。五、對(duì)圖示系統(tǒng)，完成以下各題：（20分）R(s)1+Ks10C(s)Ls(s + 2)1）K為何值時(shí),阻尼比Z =0.5?2） 比較加入（1+Ks）與不加（1+Ks）時(shí)系統(tǒng)的性能（比較分析tp、tr、ts、二）,由此得到的結(jié)論是什么?模擬試題三參考答案、簡(jiǎn)述題（25分）1、繪制圖示爐溫控制示意圖的控制方框圖解：爐溫控制系統(tǒng)的方框圖:2、某控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的 K值范圍R広(4/+2& + 1)1處)s心 2 +& + 4)解 由結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：2G _ K(

19、4s2s 1)開(kāi)環(huán)增益k =K 4S s3(s2 s 4)系統(tǒng)型別=35432D(s) =s s 4s 4Ks 2Ks K =0勞斯表：S5142KS414KkS3-4(1 - K)kK : 1S2(15 -16K)K4(1 - K)kK 16 15=1.067S-32K247K -160.536 ： K : 0.9334(1 _ K)S0K= K .0使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍是：0.536 ：K : 0.933。3、簡(jiǎn)述系統(tǒng)的根軌跡及繪制根軌跡的基本條件。解：根軌跡是當(dāng)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)（如開(kāi)環(huán)增益K）由零連續(xù)變化到無(wú)窮大 時(shí)，閉環(huán)特征方程的根在復(fù)平面上變化的軌跡。對(duì)于圖示系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程

20、為1+G(s)H(s)=0從而根軌跡的繪制條件為：1) 幅值條件|G(s)H(s)|=12) 相角條件 / G(s)H(s)=arg G(s)H(s) = ± 180° +i 360° (i=0, 1,2,)、已知系統(tǒng)方程組如下：X(s) =G(s)R(s) - G(s)G7(s) - G8(s)C(s) /2(sG2(s)X!(sG6(s)X3(s)X3G)珂X2(s)-C(s)G5(s)G3(s)C(s)二G4(s)X3(s)試?yán)L制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求閉環(huán)傳遞函數(shù) 3 oR(s)C (s)G1G2G3G4R(s) 1 ' G2G3G6 ' G3G4

21、G5 G1G2G3G4G7 - G1G2G3G4G8三、單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s) 口25s(s 5)求各靜態(tài)誤差系數(shù)和r（t） =1 2t0.5t1 2 3時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差essG(s)=25s(s 5)=lim G(s) = lims ：0' ' s 025s(s 5)25Kv = lim sG(s)二 lim5sPs s 5Ka 二女叫s2G(s) = |i叫 25 二 0ri(t) "(t)時(shí),G(t) =2t 時(shí)，ess11 Kp-0ess2Kv“(t) =0.5t2 時(shí),Ae$s3Ka由疊加原理ess 二 ess1 ' ess2 '

22、ess3 - 四、某最小相角系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖示。要求:10G(s):sss(1)(1)0.120（2）系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)相頻特性為)= 9O'arctanarctan0.1 20截止頻率 = 0.1 10=1相角裕度卞=180(c) =2.85故系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）將其對(duì)數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程后，可得系統(tǒng)新的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、 100G(s)二ss(s 1)(1)200其截止頻率c1 =10；：: c =10而相角裕度i =180（心）=2.85 =故系統(tǒng)穩(wěn)定性不變。由時(shí)域指標(biāo)估算公式可得二 °。=0.16 0.4（丄-1） 1 oos i ntsK。二K° 二10-C1=