大連理工1999-2005研究生考試自動控制原理真題

大連理工大學(xué)二OO五年碩士生入學(xué)考試《自動控制原理（含20%現(xiàn)代）》試題一、（15分）試求圖1所示電路的傳遞函數(shù)Uc(s)/Ur(s)。二、（20分）給定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。1．設(shè)r(t)=n1(t)=n2(t)=1(t),試求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess;2．在r(t)=n1(t)=n2(t)=1(t)情況下，如何使穩(wěn)態(tài)誤差ess=0。三、（25分）已知負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為1．試繪制以K為參量的根軌跡圖；2．試求系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)時的閉環(huán)極點。四、（15分）已知負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=,試繪制開環(huán)幅相特性曲線，并應(yīng)用奈奎斯特判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五、（15分）已知負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=，并繪制開環(huán)頻率特性對數(shù)坐標曲線，并計算相角裕度。六、（15分）給定系統(tǒng)微分方程為,試確定奇點位置及類型，并繪制相平面草圖。七、（15分）設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。試求C(z)，并判斷K=1時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。八、（10分）已知離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程為a>0，試用李雅普諾夫第二方法確定使平衡點漸進穩(wěn)定的a取值范圍。九、（20分）給定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。1．試建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述；2．試設(shè)計狀態(tài)反饋陣，使系統(tǒng)閉環(huán)極點位于-2，-2處；3．K是否可以取為0.5，為什么？大連理工大學(xué)二OO四年碩士生入學(xué)考試《自動控制原理（含30%現(xiàn)代）》試題一、（15分）試求圖1所示電路的結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)。二、（10分）已知系統(tǒng)的特征方程為：s4+2.5s3+2.5s2+10s-6=0試求特征根在S平面上的分布。三、（10分）試求系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)。四、（20分）設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：1.試繪制根軌跡圖（可能的分離點為：-1.2、-1.6、-2.6、-2.9、-3.5）；2.試求出分離點處的K值。五、（25分）某兩個單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)分別為：(a)G(s)=,(b)G(s)=1．試繪制兩個系統(tǒng)的對數(shù)坐標曲線，并求相角裕量（可以通過曲線大致估算）；2．試說明兩個系統(tǒng)在穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差和動態(tài)性能的區(qū)別（可以定性解釋）。六、（13分）給定非線性系統(tǒng)的微分方程為：試求出系統(tǒng)奇點位置，指出奇點類型，并繪制相平面草圖。七、（12分）試求圖2所示系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)C(z)/R(z)。八、（20分）給定系統(tǒng)的微分方程為：1．試畫出系統(tǒng)的狀態(tài)變量結(jié)構(gòu)圖，并建立系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的能控標準型；2．試判斷系統(tǒng)的能觀測性。九、（25分）設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述為：1．試應(yīng)用李亞普諾夫第二方法判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；2．試求系統(tǒng)的離散化模型（設(shè)采樣周期T=1秒）；3．試說明連續(xù)系統(tǒng)經(jīng)離散后，其穩(wěn)定性是否改變，為什么？大連理工大學(xué)二OO三年碩士生入學(xué)考試《自動控制原理（含30%現(xiàn)代）》試題一、（14分）系統(tǒng)如圖一所示。其中K1,K2為彈簧的彈性系數(shù)，B為阻尼器的粘性摩擦系數(shù)。試寫出以yi為輸入，y0為輸出的傳遞函數(shù)。二、（15分）系統(tǒng)如圖二所示，假設(shè)輸入是斜坡信號，即r(t)=at，式中a是一個任意非零常數(shù)。試通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)Ki的值，使系統(tǒng)對斜坡輸入響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差達到零。三、（20分）設(shè)系統(tǒng)如圖三所示。（1）為了使閉環(huán)極點為s=-1±j，試確定增益K和速度反饋Ki的數(shù)值；（2）利用求出的Ki畫出根軌跡圖。四、（12分）某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)特性如下：ω2346567810|G0(jω)|108.54.182.71.51.00.6∠G0(jω)-100o-115o-130o-140o-145o-150o-160o180o1.求系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量；2.欲使系統(tǒng)具有20db的幅值裕量，系統(tǒng)的開環(huán)增益應(yīng)變化多少？3.欲使系統(tǒng)具有40o的相位裕量，系統(tǒng)的開環(huán)增益應(yīng)變化多少？五、（15分）試求圖四所示系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)C(z)/R(z)。T為采樣周期。六、（15分）試用奈氏判據(jù)分析具有下列開環(huán)傳遞函數(shù)的閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。G(s)H(s)=七、（14分）試用相平面法分析如下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。八、（25分）給線性系統(tǒng)：（1）判斷系統(tǒng)的狀態(tài)能控性與狀態(tài)能觀測性；（2）如該系統(tǒng)狀態(tài)是能控的，試寫出系統(tǒng)的能控標準型；如狀態(tài)是不能控的，請指出對應(yīng)于系統(tǒng)哪個極點的狀態(tài)是不能控的。九、（20分）設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸入方程為。其中試（1）確定狀態(tài)反饋矩陣K，使閉環(huán)系統(tǒng)的極點配置在-1±j2；（2）畫出閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)變量圖。大連理工大學(xué)二OO二年碩士生入學(xué)考試《自動控制原理（含20%現(xiàn)代）》試題一、（10分）試根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，建立系統(tǒng)的模擬結(jié)構(gòu)圖，并列寫系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的能觀標準型。二、（10分）試判斷如下系統(tǒng)的狀態(tài)能控性與狀態(tài)能觀性。三、（10分）試求圖1所示系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)。四、（10分）已知非線性環(huán)節(jié)的特性如圖2所示，試計算刻環(huán)節(jié)的描述函數(shù)。五、（15分）給定系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=試按照繪制規(guī)則，繪制根軌跡圖，并分析參數(shù)K對瞬態(tài)性能的影響。六、（10分）給定系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=1.試繪制系統(tǒng)在K=10和K=50時的極坐標曲線；2.應(yīng)用奈魁斯特判據(jù)判斷系統(tǒng)在K=10和K=50時的穩(wěn)定性；七、已知某單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性如圖3所示，試說明刻系統(tǒng)是否為最小相位系統(tǒng)，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。八、（7分）已知某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，試定性分析零點-2.5和極點-10對系統(tǒng)瞬態(tài)性能（如超調(diào)量、調(diào)整時間、響應(yīng)速度等）的影響。九、（10分）試求圖4所示結(jié)構(gòu)圖的傳遞函數(shù)C1(s)/R1(s)，C2(s)/R2(s)。十、（8分）給定某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為=，如果用電阻、電容、運算放大器等元件構(gòu)成刻系統(tǒng)的模擬裝置，試畫出刻模擬裝置的電路原理圖，并計算出電阻、電容的參數(shù)值。大連理工大學(xué)二OO一年碩士生入學(xué)考試《自動控制原理（含20%現(xiàn)代）》試題一、（10分）圖一為一液位對象，Qin、Qout分別表示單位時間內(nèi)流入和流出貯槽的液體量，h為液面高度，貯槽的截面積S=0.5m2，設(shè)節(jié)流閥開度保持一定，則流出流量Qout=α)常數(shù)。如果初始靜態(tài)值h0=1.5m,qin0=qout0=0.1m3/min,試求以Qino,(α為閥的節(jié)流系數(shù)，可視為輸入，h為輸出的微分方程式，并確定其放大系數(shù)和時間常數(shù)。二、（10分）單位負反饋二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖三所示。試確定系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。三、（12分）負反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，（1）當(dāng)T=0.05時，畫其根軌跡圖，并確定使系統(tǒng)階躍輸入響應(yīng)為無超調(diào)（即過阻尼）時的K取值范圍；（2）試選擇T（>0）使根軌跡具有一個非零分離會合點，問：此時的階躍響應(yīng)能否出現(xiàn)無超調(diào)過程，繪出草圖，并給出必要的解釋。四、（16分）1.（8分）設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)=,試用頻率法確定使系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的Td值范圍，并畫出系統(tǒng)穩(wěn)定時的奈氏曲線圖。2.（8分）最小相位系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖三所示。求其開環(huán)傳遞函數(shù)，并求相位裕量γ。五（10分）求圖四所示離散系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的最大K值，并分析采樣周期對系統(tǒng)的影響。采樣周期T=1秒。六、（10分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖五所示。設(shè)T1=5T2>0,K>0,Gc(s)選PI調(diào)節(jié)器，即Gc(s)=Kc(1+).試選擇Kc及Ti,使系統(tǒng)的相位裕量≥45o，同時有盡可能快的響應(yīng)速度。七、（12分）非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖六所示。其中c=b=1給定N(A)=2.(1)若K=5，試確定刻系統(tǒng)自激振蕩的振幅和頻率；(2)若要消除自激振蕩，試確定K的最大值應(yīng)為多少？八、（20分）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖七所示。(1)按圖中所設(shè)狀態(tài)變量列寫矩陣形式的狀態(tài)空間表達式；(2)判斷狀態(tài)的能控性和能觀測性；(3)若狀態(tài)是完全能控或完全能觀測的，進行線性非奇異變換，將狀態(tài)空間描述化為能控標準型或能觀標準型；否則，請指出對應(yīng)于哪個極點的狀態(tài)是不能控或不能觀測的。大連理工大學(xué)二OOO年碩士生入學(xué)考試《自動控制原理（含20%現(xiàn)代）》試題一、（20分）（本題僅限于單考生完成，單考生還需在以下各題中選做80分的考題，統(tǒng)考生不做此題）1．給定系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試判別K取值時系統(tǒng)穩(wěn)定。2．已知某一閉環(huán)系統(tǒng)有一對主導(dǎo)極點，由于這對主導(dǎo)極點距離S平面的虛軸太近，使得系統(tǒng)的階躍響應(yīng)較差。試問系統(tǒng)響應(yīng)較差表現(xiàn)在哪方面？欲改善系統(tǒng)性能應(yīng)采取什么措施？二、（10分）試求圖一所示系統(tǒng)的微分方程。其中處作用力u(t)為輸入，小車位移x(t)為輸出。三、（10分）給定系統(tǒng)的方框圖如圖二所示，試求閉環(huán)傳遞函數(shù)。四、（10分）設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=1.求K=20，單位斜坡輸入r(t)=t時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；2.欲使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小10倍，應(yīng)采取什么措施。五、（10分）某控制系統(tǒng)的開環(huán)零、極點分布如圖三所示，試繪制根軌跡圖。六、（10分）試用相平面法分析如下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。七、（20分）某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=1.繪制系統(tǒng)頻率特性的極坐標圖和對數(shù)坐標圖。2.用奈魁斯特穩(wěn)定性判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。八、（10分）已知某離散系統(tǒng)的Z特征方程為Z3+3.5Z2+3.5Z+1=0試判斷該系統(tǒng)有幾個不穩(wěn)定根。九、（20分）已知系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述為1．求系統(tǒng)的特征值、特征向量以及約當(dāng)標準型。2．判斷系統(tǒng)的狀態(tài)能控性、能觀測性。大連理工大學(xué)一九九九年碩士生入學(xué)考試《自動控制原理（含20%現(xiàn)代）》試題一、（10分）試建立圖一所示校正環(huán)節(jié)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并指出這是一個什么樣的校正環(huán)節(jié)。二、（10分）給定系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖二所示。試求傳遞函數(shù)，。三、（10分）請解釋對于圖三所示的兩個系統(tǒng)，是否可以通過改變K值（K>0）使系統(tǒng)穩(wěn)定。四、（10分）已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試繪制K<<0→∞的根軌跡圖。五、（15分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=1.試繪制K=1時的對數(shù)幅頻、相頻特性的漸近線；2.應(yīng)用Nyguist判據(jù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并說明改變K值是否可以改變系統(tǒng)的穩(wěn)定性。六、（6分）簡單說明PID調(diào)節(jié)器各部分的作用。答：P作用：I作用：D作用：七、（9分）設(shè)有兩個非線性系統(tǒng)，它們的非線性部分一樣，線性部分分別如下：1．G(s)=2.G(s)=試問：當(dāng)用描述函數(shù)法分析時，哪個系統(tǒng)分析的準確度高？為什么？八、（10分）給定系統(tǒng)如圖四所示。試求在單位階躍輸入時，系統(tǒng)輸出的Z變換Y(z).九、（20分）設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式為1．試求狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；2．為保證系統(tǒng)狀態(tài)的能觀性，a應(yīng)取何值？3．試求狀態(tài)空間表達式的能觀規(guī)范形；4．用李亞普諾夫第二方法判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性?！蹲詣涌刂圃怼方虒W(xué)大綱(學(xué)分4,學(xué)時64)1、課程的性質(zhì)與任務(wù)二、本課程是自動化類專業(yè)的理論基礎(chǔ)課之一。本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立方法及系統(tǒng)時域、頻域分析和校正方法;學(xué)習(xí)掌握非線性系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)的分析方法。二、課程內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配(一)自動控制的基本概念2學(xué)時1.了解反饋控制系統(tǒng)的基本工作原理。2.了解系統(tǒng)的基本控制方式及控制系統(tǒng)的分類方法。3.了解對控制系統(tǒng)的基本要求。(二)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型8學(xué)時1.掌握數(shù)學(xué)模型的建立方法。2.會進行非線性微分方程的線性化。3.掌握傳遞函數(shù)的基本概念,會求典型環(huán)節(jié)及自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。4.熟練掌握動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其等效變換。(三)系統(tǒng)分析10學(xué)時1.熟練掌握一階、二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。2.了解高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。3.熟練掌握勞斯——赫爾維茨判據(jù)。4.掌握穩(wěn)態(tài)誤差分析方法。(四)根軌跡法6學(xué)時1.掌握根軌跡的基本概念。2.熟練掌握根軌跡的繪制方法。3.掌握參變量根軌跡的繪制方法。4.掌握開環(huán)零、極點對根軌跡的影響。5.了解閉環(huán)零、極點分布對系統(tǒng)性能指標的影響。(五)頻率響應(yīng)法12學(xué)時1.掌握頻率特性的基本概念。2.熟練掌握系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的繪制方法。3.熟練掌握奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)。4.了解控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。5.了解系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性。6.了解頻率特性與瞬態(tài)響應(yīng)。(六)控制系統(tǒng)的校正6學(xué)時1.了解校正裝置及其特性。2.掌握串聯(lián)校正裝置的設(shè)計方法及其參數(shù)的確定。3.了解反饋校正的原理及其特點。(七)離散控制系統(tǒng)12學(xué)時1.了解采樣過程和采樣定理。2.掌握Z變換與Z反變換。3.掌握離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法。4.掌握離散控制系統(tǒng)的分析方法。(八)非線性控制系統(tǒng)8學(xué)時1.掌握線性與非線性控制系統(tǒng)相平面圖的繪制方法。2./r/