自動(dòng)控制原理模擬題和答案解析

..學(xué)習(xí)中心姓名學(xué)號(hào)XX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？<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,試確定使系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)振蕩的值,并求振蕩頻率。<15分>三、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)和。<15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)；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、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試設(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；〔2截止頻率ωc≥7.5<rad/s>；〔3相角裕度γ≥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？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,試確定使系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)振蕩的值,并求振蕩頻率。解：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：特征方程為：列勞斯表s314s22Ks1<8-K>/2s0K要使系統(tǒng)穩(wěn)定,則。得：所以,使系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)振蕩的值為：將代入特征方程,即解得其虛根為,。所以,振蕩頻率三、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)和。解由系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線有系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為由聯(lián)立求解得由式〔1另外四、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1寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；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。解：解〔1由圖可以寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下：〔2系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)相頻特性為截止頻率相角裕度故系統(tǒng)穩(wěn)定?！?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)其截止頻率而相角裕度故系統(tǒng)穩(wěn)定性不變。由時(shí)域指標(biāo)估算公式可得=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；〔2截止頻率ωc≥7.5<rad/s>；〔3相角裕度γ≥45°。解：依指標(biāo)：∴畫(huà)未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖所示。依圖可得：校正前系統(tǒng)相角裕度：定,作圖得：作圖使：,過(guò)C點(diǎn)作20dB/dec直線交出D點(diǎn)〔,令〔得E點(diǎn)〔。這樣得出超前校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)：且有：校正后系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：驗(yàn)算：在校正過(guò)程可保證：全部指標(biāo)滿足要求。學(xué)習(xí)中心姓名學(xué)號(hào)XX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,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,圖中為輸入信號(hào),為干擾信號(hào),試求傳遞函數(shù),?！?5分三、某單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)如圖,阻尼比,試求：〔共20分1>、系統(tǒng)類型、階次。〔2分2>、K、無(wú)阻尼振蕩角頻率、有阻尼振蕩角頻率的值?！?分3>、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。〔2分4>、靜態(tài)誤差系數(shù)Kp,Kv和Ka?！?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,,?！?分6>、峰值時(shí)間,最大超調(diào)量?！?分四、單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L制系統(tǒng)根軌跡,確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍?！?5分五、對(duì)圖示的反饋校正系統(tǒng),試分析：〔25分1}若,分析反饋校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響?！?0分2若,分析反饋校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響?！?5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、已知在零初始條件下,系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為,試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。解單位階躍輸入時(shí),有,依題意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,則稱為最小相位系統(tǒng),否則,稱為非最小相位系統(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。二、已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示,圖中為輸入信號(hào),為干擾信號(hào),試求傳遞函數(shù),。解：令,求。圖中有3條前向通路,2個(gè)回路。則有令,求。有1條前向通路,回路不變。則有三、某單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)如圖,阻尼比,試求：1>、系統(tǒng)類型、階次?！?分2>、K、無(wú)阻尼振蕩角頻率、有阻尼振蕩角頻率的值?！?分3>、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)?！?分4>、靜態(tài)誤差系數(shù)Kp,Kv和Ka。〔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,,。〔3分6>、峰值時(shí)間,最大超調(diào)量?！?分解：1、1型、2階〔2分2、K=1〔2分=1〔2分〔2分3、〔2分4、15、16、3.63四、單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L制系統(tǒng)根軌跡,確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍。解根軌跡繪制如下：①實(shí)軸上的根軌跡：②分離點(diǎn)：由解得：。③與虛軸交點(diǎn)：把s=j代入上方程,令解得：根軌跡如圖解所示。五、對(duì)圖示的反饋校正系統(tǒng),試分析：1>若,分析反饋校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響。<10分>2>若,分析反饋校正對(duì)系統(tǒng)性能的影響。<15分>解：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)姆糯笃鲝浹a(bǔ)比例系數(shù)的減小。2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)XX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》模擬試題三一、簡(jiǎn)述題〔25分1、繪制圖示爐溫控制示意圖的控制方框圖?！?分2、某控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍?！?0分3、簡(jiǎn)述系統(tǒng)的根軌跡及繪制根軌跡的基本條件?！?分二、已知系統(tǒng)方程組如下：試?yán)L制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,并求閉環(huán)傳遞函數(shù)?！?5分三、單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為求各靜態(tài)誤差系數(shù)和時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。<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)；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1K為何值時(shí),阻尼比ζ=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,由此得到的結(jié)論是什么？模擬試題三參考答案一、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)定的值范圍。解由結(jié)構(gòu)圖,系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：勞斯表：S5142KS414KKS3KS2KSS0K使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍是：。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,…>二、已知系統(tǒng)方程組如下：試?yán)L制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,并求閉環(huán)傳遞函數(shù)。解：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。利用結(jié)構(gòu)圖等效化簡(jiǎn)或梅遜增益公式可求出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為三、單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為求各靜態(tài)誤差系數(shù)和時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。解時(shí),時(shí),時(shí),由疊加原理四、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：1寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；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。解：〔1由圖可以寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下：〔2系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)相頻特性為截止頻率相角裕度故系統(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)其截止頻率而相角裕度故系統(tǒng)穩(wěn)定性不變。由時(shí)域指標(biāo)估算公式可得=所以,系統(tǒng)的超調(diào)量不變,調(diào)節(jié)時(shí)間縮短,