《自動控制原理》期末考試復(fù)習題及參考答案

1、自動控制原理復(fù)習題1/6自動控制原理復(fù)習題（課程代碼392215）一通過結(jié)構(gòu)圖化簡，試求下圖所示系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)Cs）。根據(jù)下圖所示的RC電路原理圖，寫出該系統(tǒng)以Ui為輸入量，Uo為輸出量的微分方程。RiUo三通過結(jié)構(gòu)圖化簡，試求下圖所示系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)Cs）?？刂葡到y(tǒng)中的性能指標分為動態(tài)性能指標與靜態(tài)性能指標。動態(tài)指標中用評價系統(tǒng)的阻尼程度，用和評價系統(tǒng)的響應(yīng)速度，用同時反映響應(yīng)速度和阻尼程度。靜態(tài)指標用描述，它反映了系統(tǒng)的。G（S）=設(shè)單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為ks（.2s+1）（0.5s+1），試繪制相應(yīng)的閉環(huán)根軌跡圖；若對該系統(tǒng)增加開環(huán)零點，則根軌跡圖會如何變化；若增加該系統(tǒng)的開環(huán)

2、極點,則根軌跡圖如何變化。六已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為一s+1，試畫出系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線圖和對數(shù)相頻特性曲線圖。七簡述奈氏穩(wěn)定判據(jù)。八自動控制系統(tǒng)從控制的基本方式看可分為哪三種控制？并分別介紹每種控制。25九已知一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=時，試計算其動態(tài)性能指標(%、tr和ts）。十已知系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程s4+2s3+3s2+4s+5=0,試用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若系統(tǒng)不穩(wěn)定，指出不穩(wěn)定根的個數(shù)。十一簡述線性系統(tǒng)的兩個重要特性,并利用該特性計算下圖所示輸出量的拉氏表達式。(已知R(S)=1/S,N(S)=1/S2)。十二已知開環(huán)傳遞函數(shù)為皿)=，若輸入信號為r(t)=4+6

3、t+3t2,求穩(wěn)態(tài)誤差。十三簡述控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的含義，并給出其常有的兩種定義方法。十四試舉出在控制系統(tǒng)中，常用的典型輸入信號有哪幾種。十五簡述系統(tǒng)的幅頻特性、相頻特性和頻率特性的含義。簡述經(jīng)典控制論的含義。十七試寫出比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。十八簡述開環(huán)控制和閉環(huán)控制的含義，并分別說出其特點。十九簡述自動控制系統(tǒng)的三大性能要求。二十設(shè)單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為S(S+1)(S+2),試繪制相應(yīng)的閉環(huán)根軌跡圖。二十一已知最小相位系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線如下,寫出其傳遞函數(shù)表達式。20010204B/dec二十二試畫出積分環(huán)節(jié)丄的對數(shù)幅頻特性曲線和對數(shù)相頻特性曲線S二十三試畫出比例環(huán)

4、節(jié)K的對數(shù)幅頻特性曲線和對數(shù)相頻特性曲線二十四試畫出慣性環(huán)節(jié)丄的對數(shù)幅頻特性曲線和對數(shù)相頻特性曲線TS+1二十五.簡述增加開環(huán)零極點對根軌跡有什么影響。C(S)二十七.簡述頻率特性的含義，并寫出慣性環(huán)節(jié)的頻率特性表達式。R(s)1+GG23du2RCodt+uu0iC(s)GGGC(s)(G+G)G1=142參考答案：3二123R(s)(1+GG)(1+GG)23144超調(diào)量。上升時間tr峰值時間tp調(diào)節(jié)時間ts穩(wěn)態(tài)誤差ess控制精度(或抗干擾能力)5實軸上為(-r-5)和(-2,0)段，根軌跡與虛軸交點為土3.33j,漸進線與實軸交點為-2.3,分離點為-0.88。增加開環(huán)零點，根軌跡圖向左

5、彎曲或移動，開環(huán)零點越接近原點,系統(tǒng)的性能越好。增加開環(huán)極點，根軌跡圖向右彎曲或移動，開環(huán)極點越接近原點，系統(tǒng)的性能越差。6轉(zhuǎn)折頻率前斜率為0db/dec,轉(zhuǎn)折頻率之后為-20db/dec。相角變化范圍為0到-90度，并關(guān)于-45度對稱(具體圖形略)7控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件為,奈氏曲線逆時針包圍臨界點的周數(shù)N,等于在S右半平面上開環(huán)極點的個數(shù)P.當系統(tǒng)開環(huán)穩(wěn)定(即P=o)時，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件為，奈氏曲線不包圍臨界點(-IjO).如果N不等于P則意味著閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定,這時分布在右半平面上的閉環(huán)極點個數(shù)為：Z=P-N8開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制。開環(huán)控制是指系統(tǒng)輸出端與輸入端之間并不存在

6、反饋回路。閉環(huán)控制是指系統(tǒng)輸出端與輸入端之間有反饋回路。復(fù)合控制是開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的一種方式。92=25,2=6解得：=5(sJ=4(s一Jndn卩=tg-八1亍=cos-ig=53.1=0.93(rad)go性能指標：t=0.55(s)rt=0.785(s),t=1.33(s)(A=2%)psgdnc=ei弋2x100%=9.5%10不穩(wěn)定，有兩個正實部根11線性系統(tǒng)的重要特性：疊加性和齊次性。疊加性即當系統(tǒng)同時存在幾個輸入量作用時，其輸出量等于各輸入量單獨作用時所產(chǎn)生的輸出量之和。齊次性即當系統(tǒng)的輸入量增大或縮小若干倍時，系統(tǒng)輸出量也按同一倍數(shù)增大或縮小12c(s)=K=x,K=2.5,K

7、=0TOC o 1-5 h zpva466e=+=gss1+KKKpvaE(s)=R(s)-B(s)=R(s)-H(s)C(s)十三穩(wěn)態(tài)誤差是描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的性能指標。輸入端定義：輸入信號與反饋信號之差為作用誤差。輸出端定義：理想輸出值與實際輸出值的差值為系統(tǒng)誤差。e(s)=C，(s)-C(s)=Hs-C(s)十四階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、加速度(拋物線)函數(shù)、脈沖函數(shù)、正弦函數(shù)十五幅頻特性：定義穩(wěn)態(tài)輸出量的幅值與輸入量的幅值之比相頻特性：定義穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位差。頻率特性：在正弦信號輸入下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入量的復(fù)振幅之比十六以傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的數(shù)學模型，采用頻率響應(yīng)法和根軌跡法為分析方法，來研究“單輸入-單輸出”線性定?？刂葡到y(tǒng)的分析和設(shè)計。G(j)=C(j)R(j)C()Rej0=A()ej9()十七分別是K、I/1+TS、1/TS十八開環(huán)控制系統(tǒng)：控制量與輸出量間僅有前向通路，而無反饋通路?？刂凭热Q于元器件的精度，控制精度不高閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）：系統(tǒng)的輸出量（被控量）對控制作用有直接影響?？刂凭容^高，但采用元件多，線路較復(fù)雜。穩(wěn)定性較差十九穩(wěn)定快速準確二十+60卑（莊=0）EX=q）丹（呼o）G(s)=10二十二20-20CO-I詢八100dB、一-20dB/dec0.1s+1二十三二十四二十五添加位于左半平面的開環(huán)極點，將使根軌跡向右