(定稿)西安電子科技大學(xué)2010年《自動(dòng)控制原理》考研試題與答案

word格式-可編輯-感謝下載支持西安電子科技大學(xué)2010年《自動(dòng)控制原理》考研試題與答案（24分）單項(xiàng)選擇填空題。在每小題列出的備選項(xiàng)中，只有一個(gè)是最符合題意的，請(qǐng)將其選出。單位負(fù)反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)G(s) 4o s22s4

，則其相對(duì)阻尼系數(shù)為（ 。A．1 B．2 C．1/2 D．2答案：C二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(s) 16s22s16

，該系統(tǒng)所處的狀態(tài)是（ 。A．欠阻尼 B．臨界阻尼 C．過(guò)阻尼 D．無(wú)阻答案：A傳遞函數(shù)的概念適用于（ 。線性系統(tǒng) B．非線性系統(tǒng) C．線性時(shí)不變連續(xù)系統(tǒng) D．線性時(shí)變連續(xù)系答案：C系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài)時(shí)的特征根為（ 。實(shí)數(shù)根 B．共軛復(fù)根 C．共軛虛根 D．不相等的實(shí)數(shù)答案：B5．零型采樣控制系統(tǒng)，在單位階躍信號(hào)作用下，其穩(wěn)態(tài)誤差是（ 。A．11p答案：D

B．0 C． D．1Kp單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為ks1

，則其相角裕量（ 。A．180arctanc

B．180arctanc

C．180arctann

D．180arctann答案：A設(shè)sj是s平面上的點(diǎn)，當(dāng)該點(diǎn)映射到z平面上位于單位園以外的區(qū)域時(shí)，則有（ 。A．0 B．C．＜0 D．答案：B8．一階保持器兩相鄰采樣點(diǎn)之間的輸出是（ A．線性變化 B．常值 C．線性減小 D．線性增答案：A著系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率之前的斜率為1，則該系統(tǒng)的型號(hào)為（ 。零型系統(tǒng) B．Ⅰ型系統(tǒng) C．Ⅱ型系統(tǒng) D．Ⅲ型系答案：B相位滯后校正裝置的傳遞函數(shù)為Gc

(s)Ts1，其中應(yīng)為（ 。Ts1A．B．C．D．答案：B相位超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為Gc

(s)

Ts1Ts

，其中系數(shù)應(yīng)為（ 。A．＜1 B．C．D．答案：Cz變換Y(z)

GR(z)11GR(z)1

，它符合圖中哪些系統(tǒng)？（ ）B．答案：D

word格式-可編輯-感謝下載支持C． D．（26分）雙項(xiàng)選擇填空題。在每小題列出的備選項(xiàng)中，只有兩個(gè)是最符合題意的，請(qǐng)將其選出。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是（ 。A．結(jié)構(gòu)復(fù)雜 B．系統(tǒng)成本低 C．精度底 D．消除偏差能力強(qiáng) E．穩(wěn)定性答案：AD對(duì)于相位滯后校正裝置Gc

Ts1Ts1

，，如下哪些說(shuō)法是正確的？（ ）ABC．其相頻特性為正值1 1D．其最大滯后相角m

=sin

1

E．其最大滯后相角對(duì)應(yīng)的角頻率=m T答案：AD3．在采樣控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的前提下，則對(duì)于其穩(wěn)態(tài)誤差，如下哪些說(shuō)法可能是正確的？（ Ar(t)1時(shí)，Ⅰ型系統(tǒng)的ess

0 B．r(t)t時(shí)，Ⅰ型系統(tǒng)的e 0ssCr(t)t2/2時(shí)，Ⅰ型系統(tǒng)的essEr(t)t2/2時(shí)，Ⅱ型系統(tǒng)的ess

D．r(t)t時(shí)，Ⅱ型系統(tǒng)的e ss0答案：AC系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) 2s1s2s1

，其中包含有（ 。A．理想微分環(huán)節(jié)B．積分環(huán)節(jié)C．一階微分環(huán)節(jié)D．慣性環(huán)節(jié)E．振蕩環(huán)節(jié)答案：CE開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性圖（即伯德圖）的坐標(biāo)特點(diǎn)是（ 。縱坐標(biāo)L()的dB值按對(duì)數(shù)刻度 B．縱坐標(biāo)L()的dB值按線性刻度C．縱坐標(biāo)()的值按對(duì)數(shù)刻度 D．縱坐標(biāo)()的值按線性刻E．橫坐標(biāo)按線性刻度答案：BD關(guān)于非線性控制系統(tǒng)具有如下特性（ ?？刹捎茂B加原理分析 B．其輸出與輸入關(guān)系一定可用非線性微分方程描C．其穩(wěn)定性與本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，還和輸入信號(hào)的性質(zhì)有關(guān)D．其穩(wěn)定性與初始條件有關(guān)E．非線性環(huán)節(jié)和線性環(huán)節(jié)可互換答案：CD確定極限環(huán)振蕩頻率和幅值的原則是 1N(A)

與G(j)交點(diǎn)處的（ 。A．G(j)對(duì)應(yīng)的振幅 B．G(j)對(duì)應(yīng)的頻率C． 1N(A)答案：BC

對(duì)應(yīng)的振幅 D．

1N(

對(duì)應(yīng)的頻率在微小擾動(dòng)消失后，不穩(wěn)定極限環(huán)可能的運(yùn)動(dòng)是（ 。A．系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)能回到該極限環(huán) B．系統(tǒng)振蕩離開此環(huán)到原C．系統(tǒng)振蕩收斂于該極限環(huán) D．系統(tǒng)振蕩發(fā)散到無(wú)窮遠(yuǎn)答案：BD以下幾個(gè)命題中正確的是（ 。A．開環(huán)穩(wěn)定的系統(tǒng)，閉環(huán)后必然穩(wěn)定B．開環(huán)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，閉環(huán)后必然不穩(wěn)定C．反饋可以使某些不穩(wěn)定的系統(tǒng)變得穩(wěn)定D．反饋可以使某些穩(wěn)定的系統(tǒng)變得不穩(wěn)E．二階線性系統(tǒng)閉環(huán)后總是穩(wěn)定的答案：CD10．局部反饋校正裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是（ 提高被包圍環(huán)節(jié)的增益 B．減小被包圍環(huán)節(jié)非線性的影C．增大被包圍環(huán)節(jié)的時(shí)常數(shù) D．不可能引起系統(tǒng)震蕩word格式-可編輯-感謝下載支持E．抑制被包圍環(huán)節(jié)參數(shù)變化的影響答案：BE給非線性系統(tǒng)輸入正弦信號(hào)，則其輸出有以下特點(diǎn)（ A．是余弦信號(hào) B．仍是正弦信號(hào) C．仍是正弦信號(hào)，但相位超前D．是非正弦的周期信號(hào) E．有新的頻率分量答案：DE12．對(duì)數(shù)幅相特性圖（尼克爾斯圖）的坐標(biāo)特點(diǎn)是（ A．縱坐標(biāo)L()的dB值按對(duì)數(shù)刻度 B．縱坐標(biāo)L()的dB值按線性刻度C．橫坐標(biāo)()的值按對(duì)數(shù)刻度 D．橫坐標(biāo)()的值按線性刻E．縱坐標(biāo)代表虛部，橫坐標(biāo)代表實(shí)部答案：BD13．相位滯后校正的作用是（ 。A．使c

增大，提高系統(tǒng)的快速性 B．使c

減小，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性C．使低頻段幅值增大，有利于穩(wěn)定性D．在暫態(tài)性能和穩(wěn)定裕度滿足要求的條件下，可以使低頻段幅值增大，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差E．使高頻段幅值衰減，不利于抑制高頻干擾答案：BD（36分）簡(jiǎn)答題。采用系統(tǒng)如圖所示。要求（）Go

(z)、(z)）確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K（3）當(dāng)輸入rt)aUt)時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess

。其中U(t)為單位階躍函數(shù)。提Z1s

zz1

，Z1 s

Tz 。(z2k kT2）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：Go

(z)(1z1)Zs

z1系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：(z)

z11Go

z1kT系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)為z1kT1kT10k2T當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)是Ⅰ型系統(tǒng)，該系統(tǒng)無(wú)穩(wěn)態(tài)位置誤差，即e 0ss如圖所示， 、1A 2A

和 、1B

AB的一對(duì)共軛極點(diǎn)，其開環(huán)傳遞函數(shù)沒(méi)有零點(diǎn)。試比較兩系統(tǒng)的如下性能指標(biāo)（）暫態(tài)指標(biāo)%、t、ts r

、tp（2）穩(wěn)態(tài)誤差。）B系統(tǒng)的阻尼系數(shù)相等，自然振蕩頻率nA

。nBword格式-可編輯-感謝下載支持超調(diào)量%eπ/

12100%，所以A

%B

%；調(diào)節(jié)時(shí)間t 3s n

，所以tsA

t ；上升時(shí)間sBtr d

，所以trA

t ；峰值時(shí)間t πrB p d

，所以tpA

t 。pB（2）因?yàn)殚]環(huán)極點(diǎn)分布在左半平面，所以A和B系統(tǒng)是穩(wěn)定的2nnn其開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s) 2 2 ，所以均為Ⅰ型系統(tǒng)。nnns2s s(s) s n n snR

12 其位置穩(wěn)態(tài)誤差e 0其速度穩(wěn)態(tài)誤差e ，其中K

n n；其加速度穩(wěn)態(tài)誤差

。ss ss

ssn系統(tǒng)如圖所示，當(dāng)rt)(2tUt)，nt)Ut)，其中Ut)（1）系（2）要想減小擾動(dòng)n(t)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差，應(yīng)提高系統(tǒng)中哪一部分的比例系數(shù)？）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)

40 ，為Ⅰ型系統(tǒng)。s(s4)G(s)擾動(dòng)誤差傳遞函數(shù)為：En

(s)Cn

(s) 2 N(s)1G(s)n(t)0essr

0；

R KlimsG(s)H(s10。ssr K

s0綜上可得系統(tǒng)輸入穩(wěn)態(tài)誤差essr

0.3。r(t)0

lim

(s)0.5ssn綜上可得： ess

s0essr

nessn

0.8（2）提高比例系數(shù)K1

，可減小擾動(dòng)n(t)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。

(s)

C(s) 2n

，它們的單位階躍響應(yīng)曲R(s) s2n

s2n線分別如圖中的曲線①、②和③。其中t 、t 分別是系統(tǒng)①、②的調(diào)整時(shí)間，t 、t 、t 分別是系統(tǒng)s1 s2 p1 p2 p3①、②、③的峰值時(shí)間。試在同一s平面上畫出3個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)的相對(duì)位置，并說(shuō)明理由。圖所示。word格式-可編輯-感謝下載支持又因?yàn)榍€③的超調(diào)量比曲線②大，所以曲線③的阻尼系數(shù)更小，即傾角更大，同時(shí)tp2

t ，所p3以 d2

，即曲線②與③的閉環(huán)極點(diǎn)的連線平行于實(shí)軸。（24分）設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為s34s23sK0（）在答題紙上按順序填寫下表：Ⅰ系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)Go(s) 根軌跡漸近線參數(shù)（交點(diǎn)和夾角） 根軌跡的分離點(diǎn)及分離點(diǎn)處K值 ③根軌跡與虛軸交點(diǎn)及交點(diǎn)處K值 系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的K值范圍 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)的K值 ⑥系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)的K值范圍 系統(tǒng)階躍響應(yīng)為衰減振蕩的K值范圍 （2）（）若要求系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間t12秒（=0.05，計(jì)算K值。s）

G(s)

G(s) Ko o s(s3)(s1)根軌跡漸近線參數(shù)（交點(diǎn)和夾角）

(2k1)π

4

，KKK值范圍，K值系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)的K值范圍K

3 3p0.45，K0.63pj3，K12K(0,12)K12K(12,)K(0.63,12)word格式-可編輯-感謝下載支持（3）使調(diào)整時(shí)間t秒，則3s nn可取sxj0.45代入特征方程，令實(shí)部為零，虛部為零，得：x0.41此時(shí)，求得：K1.18（20分）設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)（2）在答題紙上按順序填寫下表：系統(tǒng)的開環(huán)增益K值截止頻率ωc值

63.4(0.2s1)s(s2)(0.02s1)①②

（）繪制開環(huán)對(duì)1θ(ωc)值③相位裕度γ ④K200時(shí)，該系統(tǒng)是否穩(wěn)定？為什么？）如圖所示。如表所示。

系統(tǒng)的開環(huán)增益K值

K31.7截止頻率ωc值1θ(ωc)γ

13rad/sc()117c63K2000，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。10分）設(shè)二階系統(tǒng)的微分方程為x2x01）試?yán)L制系統(tǒng)的相平面圖2）定性說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。dx解）因?yàn)閤 x，帶入微分方程可得：x22x2cdx由此可得系統(tǒng)相平面圖如圖所示。（2）系統(tǒng)的自由運(yùn)動(dòng)為等幅正弦振蕩。10分）復(fù)合控制系統(tǒng)如圖附錄所示。要求（）寫出系統(tǒng)關(guān)于擾動(dòng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)C(s)（2）N(s)n(t為階躍擾動(dòng)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)擾動(dòng)對(duì)輸出c(t的影響為零，推導(dǎo)此時(shí)有關(guān)KK1 2

的公式。word格式-可編輯-感謝下載支持）由梅森增益公式，可得：3

3