自動(dòng)控制原理四套經(jīng)典試題和答案

...wd......wd......wd...一、填空題〔每空1分，共15分〕1、反響控制又稱偏差控制，其控制作用是通過與反響量的差值進(jìn)展的。2、復(fù)合控制有兩種基本形式：即按的前饋復(fù)合控制和按的前饋復(fù)合控制。3、兩個(gè)傳遞函數(shù)分別為G1(s)與G2(s)的環(huán)節(jié)，以并聯(lián)方式連接，其等效傳遞函數(shù)為，那么G(s)為〔用G1(s)與G2(s)表示〕。4、典型二階系統(tǒng)極點(diǎn)分布如圖1所示，那么無阻尼自然頻率，阻尼比，該系統(tǒng)的特征方程為，該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線為。5、假設(shè)某系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為，那么該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)為。6、根軌跡起始于，終止于。7、設(shè)某最小相位系統(tǒng)的相頻特性為，那么該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。8、PI控制器的輸入－輸出關(guān)系的時(shí)域表達(dá)式是，其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為，由于積分環(huán)節(jié)的引入，可以改善系統(tǒng)的性能。二、選擇題〔每題2分，共20分〕1、采用負(fù)反響形式連接后，那么()A、一定能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；B、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能一定會(huì)提高；C、一定能使干擾引起的誤差逐漸減小，最后完全消除；D、需要調(diào)整系統(tǒng)的構(gòu)造參數(shù)，才能改善系統(tǒng)性能。2、以下哪種措施對提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有效果()。A、增加開環(huán)極點(diǎn)；B、在積分環(huán)節(jié)外加單位負(fù)反響；C、增加開環(huán)零點(diǎn)；D、引入串聯(lián)超前校正裝置。3、系統(tǒng)特征方程為，那么系統(tǒng)()A、穩(wěn)定；B、單位階躍響應(yīng)曲線為單調(diào)指數(shù)上升；C、臨界穩(wěn)定；D、右半平面閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)。4、系統(tǒng)在作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，說明()A、型別；B、系統(tǒng)不穩(wěn)定；C、輸入幅值過大；D、閉環(huán)傳遞函數(shù)中有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。5、對于以下情況應(yīng)繪制0°根軌跡的是()A、主反響口符號(hào)為“-〞；B、除外的其他參數(shù)變化時(shí)；C、非單位反響系統(tǒng)；D、根軌跡方程〔標(biāo)準(zhǔn)形式〕為。6、開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo)()。A、超調(diào)B、穩(wěn)態(tài)誤差C、調(diào)整時(shí)間D、峰值時(shí)間7、開環(huán)幅頻特性如圖2所示，那么圖中不穩(wěn)定的系統(tǒng)是()。系統(tǒng)①系統(tǒng)②系統(tǒng)③圖2A、系統(tǒng)①B、系統(tǒng)②C、系統(tǒng)③D、都不穩(wěn)定8、假設(shè)某最小相位系統(tǒng)的相角裕度，那么以下說法正確的選項(xiàng)是()。A、不穩(wěn)定；B、只有當(dāng)幅值裕度時(shí)才穩(wěn)定；C、穩(wěn)定；D、不能判用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。9、假設(shè)某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為，那么該校正裝置屬于()。A、超前校正B、滯后校正C、滯后-超前校正D、不能判斷10、以下串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中，能在處提供最大相位超前角的是：A、B、C、D、三、(8分)試建設(shè)如圖3所示電路的動(dòng)態(tài)微分方程，并求傳遞函數(shù)。圖3四、〔共20分〕系統(tǒng)構(gòu)造圖如圖4所示：圖4圖41、寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式；〔4分〕2、要使系統(tǒng)滿足條件：,,試確定相應(yīng)的參數(shù)和；〔4分〕3、求此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)；4、時(shí)，求系統(tǒng)由產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差；〔4分〕5、確定，使干擾對系統(tǒng)輸出無影響?！?分〕五、(共15分)某單位反響系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:1、繪制該系統(tǒng)以根軌跡增益Kr為變量的根軌跡〔求出：漸近線、別離點(diǎn)、與虛軸的交點(diǎn)等〕；〔8分〕2、確定使系統(tǒng)滿足的開環(huán)增益的取值范圍。〔7分〕六、〔共22分〕某最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線如圖5所示：1、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；〔8分〕2、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、開環(huán)幅頻特性及開環(huán)相頻特性。〔3分〕3、求系統(tǒng)的相角裕度?！?分〕4、假設(shè)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度不夠大，可以采用什么措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度〔4分〕試題二一、填空題〔每空1分，共15分〕1、在水箱水溫控制系統(tǒng)中，受控對象為，被控量為。2、自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種基本控制方式，當(dāng)控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系時(shí)，稱為：當(dāng)控制裝置與受控對象之間不但有順向作用而且還有反向聯(lián)系時(shí)，稱為；含有測速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)，屬于。3、穩(wěn)定是對控制系統(tǒng)最基本的要求，假設(shè)一個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線為衰減振蕩，那么該系統(tǒng)。判斷一個(gè)閉環(huán)線性控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定，在時(shí)域分析中采用；在頻域分析中采用。4、傳遞函數(shù)是指在初始條件下、線性定?？刂葡到y(tǒng)的與之比。5、設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么其開環(huán)幅頻特性為，相頻特性為。6、頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)有著對應(yīng)關(guān)系，開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的幅值穿越頻率對應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo)，它們反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的。二、選擇題〔每題2分，共20分〕1、關(guān)于傳遞函數(shù)，錯(cuò)誤的說法是()A傳遞函數(shù)只適用于線性定常系統(tǒng)；B傳遞函數(shù)不僅取決于系統(tǒng)的構(gòu)造參數(shù)，給定輸入和擾動(dòng)對傳遞函數(shù)也有影響；C傳遞函數(shù)一般是為復(fù)變量s的真分式；D閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、以下哪種措施對改善系統(tǒng)的精度沒有效果()。A、增加積分環(huán)節(jié)B、提高系統(tǒng)的開環(huán)增益KC、增加微分環(huán)節(jié)D、引入擾動(dòng)補(bǔ)償3、高階系統(tǒng)的主導(dǎo)閉環(huán)極點(diǎn)越靠近虛軸，那么系統(tǒng)的()。A、準(zhǔn)確度越高B、準(zhǔn)確度越低C、響應(yīng)速度越快D、響應(yīng)速度越慢4、系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么該系統(tǒng)的開環(huán)增益為()。A、50B、25C、10D、5、假設(shè)某系統(tǒng)的根軌跡有兩個(gè)起點(diǎn)位于原點(diǎn)，那么說明該系統(tǒng)()。A、含兩個(gè)理想微分環(huán)節(jié)B、含兩個(gè)積分環(huán)節(jié)C、位置誤差系數(shù)為0D、速度誤差系數(shù)為06、開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對應(yīng)時(shí)域性能指標(biāo)()。A、超調(diào)B、穩(wěn)態(tài)誤差C、調(diào)整時(shí)間D、峰值時(shí)間7、某些系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下，屬于最小相位系統(tǒng)的是()A、B、C、D、8、假設(shè)系統(tǒng)增加適宜的開環(huán)零點(diǎn)，那么以下說法不正確的選項(xiàng)是()。A、可改善系統(tǒng)的快速性及平穩(wěn)性；B、會(huì)增加系統(tǒng)的信噪比；C、會(huì)使系統(tǒng)的根軌跡向s平面的左方彎曲或移動(dòng)；D、可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。9、開環(huán)對數(shù)幅頻特性的低頻段決定了系統(tǒng)的()。A、穩(wěn)態(tài)精度B、穩(wěn)定裕度C、抗干擾性能D、快速性10、以下系統(tǒng)中屬于不穩(wěn)定的系統(tǒng)是()。A、閉環(huán)極點(diǎn)為的系統(tǒng)B、閉環(huán)特征方程為的系統(tǒng)C、階躍響應(yīng)為的系統(tǒng)D、脈沖響應(yīng)為的系統(tǒng)三、(8分)寫出以以下列圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)〔構(gòu)造圖化簡，梅遜公式均可〕。四、〔共20分〕設(shè)系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，試求：1、；；；時(shí)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間及峰值時(shí)間?！?分〕2、；和；時(shí)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和峰值時(shí)間?！?分〕3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論參數(shù)、對階躍響應(yīng)的影響?！?分〕五、(共15分)某單位反響系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試：1、繪制該系統(tǒng)以根軌跡增益Kr為變量的根軌跡〔求出：別離點(diǎn)、與虛軸的交點(diǎn)等〕；〔8分〕2、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開環(huán)增益K的取值范圍?！?分〕六、〔共22分〕反響系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試：1、用奈奎斯特判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；〔10分〕2、假設(shè)給定輸入r(t)=2t＋2時(shí)，要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25，問開環(huán)增益K應(yīng)取何值。〔7分〕3、求系統(tǒng)滿足上面要求的相角裕度?！?分〕試題三一、填空題〔每空1分，共20分〕1、對自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求可以概括為三個(gè)方面，即：、快速性和。2、控制系統(tǒng)的稱為傳遞函數(shù)。一階系統(tǒng)傳函標(biāo)準(zhǔn)形式是，二階系統(tǒng)傳函標(biāo)準(zhǔn)形式是。3、在經(jīng)典控制理論中，可采用、根軌跡法或等方法判斷線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。4、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，取決于系統(tǒng)和,與外作用及初始條件無關(guān)。5、線性系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性，縱坐標(biāo)取值為，橫坐標(biāo)為。6、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)中，Z=P-R,其中P是指，Z是指，R指。7、在二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)圖中，定義為。是。8、PI控制規(guī)律的時(shí)域表達(dá)式是。PID控制規(guī)律的傳遞函數(shù)表達(dá)式是。9、設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么其開環(huán)幅頻特性為，相頻特性為。二、判斷選擇題(每題2分，共16分)1、關(guān)于線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，正確的說法是：()A、一型系統(tǒng)在跟蹤斜坡輸入信號(hào)時(shí)無誤差；B、穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算的通用公式是；C、增大系統(tǒng)開環(huán)增益K可以減小穩(wěn)態(tài)誤差；D、增加積分環(huán)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且不會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。2、適合應(yīng)用傳遞函數(shù)描述的系統(tǒng)是()。A、單輸入，單輸出的線性定常系統(tǒng)；B、單輸入，單輸出的線性時(shí)變系統(tǒng)；C、單輸入，單輸出的定常系統(tǒng)；D、非線性系統(tǒng)。3、假設(shè)某負(fù)反響控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么該系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為()。A、B、C、D、與是否為單位反響系統(tǒng)有關(guān)4、非單位負(fù)反響系統(tǒng)，其前向通道傳遞函數(shù)為G(S)，反響通道傳遞函數(shù)為H(S)，當(dāng)輸入信號(hào)為R(S)，那么從輸入端定義的誤差E(S)為()A、B、C、D、5、以下負(fù)反響系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，應(yīng)畫零度根軌跡的是()。A、B、C、D、6、閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能主要取決于開環(huán)對數(shù)幅頻特性的：A、低頻段B、開環(huán)增益C、高頻段D、中頻段7、單位反響系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，當(dāng)輸入信號(hào)是時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是()A、0；B、∞；C、10；D、208、關(guān)于系統(tǒng)零極點(diǎn)位置對系統(tǒng)性能的影響，以下觀點(diǎn)中正確的選項(xiàng)是()A、如果閉環(huán)極點(diǎn)全部位于S左半平面，那么系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的。穩(wěn)定性與閉環(huán)零點(diǎn)位置無關(guān)；B、如果閉環(huán)系統(tǒng)無零點(diǎn)，且閉環(huán)極點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)極點(diǎn)，那么時(shí)間響應(yīng)一定是衰減振蕩的；C、超調(diào)量僅取決于閉環(huán)復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點(diǎn)的衰減率，與其它零極點(diǎn)位置無關(guān)；D、如果系統(tǒng)有開環(huán)極點(diǎn)處于S右半平面，那么系統(tǒng)不穩(wěn)定。三、(16分)系統(tǒng)的構(gòu)造如圖1所示，其中，輸入信號(hào)為單位斜坡函數(shù)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差(8分)。分析能否通過調(diào)節(jié)增益，使穩(wěn)態(tài)誤差小于0.2(8分)。一一G(s)R(s)C(s)圖1四、(16分)設(shè)負(fù)反響系統(tǒng)如圖2，前向通道傳遞函數(shù)為，假設(shè)采用測速負(fù)反響，試畫出以為參變量的根軌跡(10分)，并討論大小對系統(tǒng)性能的影響(6分)。圖2圖2H(s)一G(s)R(s)C(s)五、系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為均大于0，試用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。(16分)［第五題、第六題可任選其一］六、最小相位系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性如圖3所示。試求系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。(16分)L(L(ω)1ω11020ω2-20-40-40ω圖3-10dBC(s)R(s)C(s)R(s)一一圖4圖4七、設(shè)控制系統(tǒng)如圖4，要求校正后系統(tǒng)在輸入信號(hào)是單位斜坡時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.05，相角裕度不小于40o，幅值裕度不小于10dB，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。(16分)試題四一、填空題〔每空1分，共15分〕1、對于自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方面，即:、和，其中最基本的要求是。2、假設(shè)某單位負(fù)反響控制系統(tǒng)的前向傳遞函數(shù)為，那么該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。3、能表達(dá)控制系統(tǒng)各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式或表示方法，叫系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在古典控制理論中系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型有、等。4、判斷一個(gè)閉環(huán)線性控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定，可采用、、等方法。5、設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么其開環(huán)幅頻特性為，相頻特性為。6、PID控制器的輸入－輸出關(guān)系的時(shí)域表達(dá)式是，其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為。7、最小相位系統(tǒng)是指。二、選擇題〔每題2分，共20分〕1、關(guān)于奈氏判據(jù)及其輔助函數(shù)F(s)=1+G(s)H(s)，錯(cuò)誤的說法是()A、F(s)的零點(diǎn)就是開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)B、F(s)的極點(diǎn)就是開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)C、F(s)的零點(diǎn)數(shù)與極點(diǎn)數(shù)一樣D、F(s)的零點(diǎn)就是閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)2、負(fù)反響系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么該系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為()。A、B、C、D、與是否為單位反響系統(tǒng)有關(guān)3、一階系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)越靠近S平面原點(diǎn)，那么()。A、準(zhǔn)確度越高B、準(zhǔn)確度越低C、響應(yīng)速度越快D、響應(yīng)速度越慢4、系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么該系統(tǒng)的開環(huán)增益為()。A、100B、1000C、20D、5、假設(shè)兩個(gè)系統(tǒng)的根軌跡一樣，那么有一樣的：〔〕A、閉環(huán)零點(diǎn)和極點(diǎn)B、開環(huán)零點(diǎn)C、閉環(huán)極點(diǎn)D、階躍響應(yīng)6、以下串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中，能在處提供最大相位超前角的是()。A、B、C、D、7、關(guān)于PI控制器作用，以下觀點(diǎn)正確的有()A、可使系統(tǒng)開環(huán)傳函的型別提高，消除或減小穩(wěn)態(tài)誤差；B、積分局部主要是用來改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的；C、比例系數(shù)無論正負(fù)、大小如何變化，都不會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；D、只要應(yīng)用PI控制規(guī)律，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。8、關(guān)于線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定，以下觀點(diǎn)正確的選項(xiàng)是()。A、線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的各項(xiàng)系數(shù)都為正數(shù)；B、無論是開環(huán)極點(diǎn)或是閉環(huán)極點(diǎn)處于右半S平面，系統(tǒng)不穩(wěn)定；C、如果系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)特征方程某項(xiàng)系數(shù)為負(fù)數(shù)，系統(tǒng)不穩(wěn)定；D、當(dāng)系統(tǒng)的相角裕度大于零，幅值裕度大于1時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。9、關(guān)于系統(tǒng)頻域校正，以下觀點(diǎn)錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A、一個(gè)設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)，相角裕度應(yīng)為45度左右；B、開環(huán)頻率特性，在中頻段對數(shù)幅頻特性斜率應(yīng)為；C、低頻段，系統(tǒng)的開環(huán)增益主要由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求決定；D、利用超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展串聯(lián)校正，是利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性。10、單位反響系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，當(dāng)輸入信號(hào)是時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是()A、0B、∞C、10D、20三、寫出以以下列圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)〔構(gòu)造圖化簡，梅遜公式均可〕。四、(共15分)某單位反響系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡圖如以以下列圖所示1、寫出該系統(tǒng)以根軌跡增益K*為變量的開環(huán)傳遞函數(shù)；〔7分〕2、求出別離點(diǎn)坐標(biāo)，并寫出該系統(tǒng)臨界阻尼時(shí)的閉環(huán)傳遞函數(shù)?！?分〕12-2-112-2-121-1-2j××五、系統(tǒng)構(gòu)造如以以下列圖所示，求系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。〔12分〕R(s)R(s)C(s)六、最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和串聯(lián)校正裝置的對數(shù)幅頻特性如以以下列圖所示，原系統(tǒng)的幅值穿越頻率為：〔共30分〕1、寫出原系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù),并求其相角裕度，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；〔10分〕2、寫出校正裝置的傳遞函數(shù)；〔5分〕3、寫出校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)，畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性，并用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性?！?5分〕0.010.010.11101000.322024.340-20dB/dec-20dB/dec-40dB/dec-60dB/decL()L0Lc試題一答案一、1、給定值2、輸入；擾動(dòng)；3、G1(s)+G2(s)；4、；；；衰減振蕩5、；6、開環(huán)極點(diǎn)；開環(huán)零點(diǎn)7、8、；；穩(wěn)態(tài)性能二、判斷選擇題(每題2分，共20分)DACADABCBB三、解：1、建設(shè)電路的動(dòng)態(tài)微分方程，根據(jù)KCL有即2、求傳遞函數(shù)：對微分方程進(jìn)展拉氏變換得(2分)得傳遞函數(shù)(2分)第1頁共2頁四、解：1、〔4分〕第1頁共2頁2、〔4分〕3、〔4分〕4、〔4分〕5、〔4分〕令：得：五、1、繪制根軌跡〔8分〕(1)系統(tǒng)有有3個(gè)開環(huán)極點(diǎn)〔起點(diǎn)〕：0、-3、-3，無開環(huán)零點(diǎn)〔有限終點(diǎn)〕；〔1分〕(2)實(shí)軸上的軌跡：〔-∞，-3〕及〔-3，0〕；〔1分〕(3)3條漸近線：〔2分〕(4)別離點(diǎn)：得：〔2分〕(5)與虛軸交點(diǎn)：〔2分〕繪制根軌跡如右圖所示。2、〔7分〕開環(huán)增益K與根軌跡增益Kr的關(guān)系：得〔1分〕系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)根軌跡增益Kr的取值范圍：，〔2分〕系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)根軌跡增益Kr的取值范圍：，〔3分〕系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開環(huán)增益K的取值范圍：〔1分〕六、解：1、從開環(huán)波特圖可知，原系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、一個(gè)積分環(huán)節(jié)、兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)。故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式(2分)由圖可知：處的縱坐標(biāo)為40dB,那么,得(2分)〔2分〕，故系統(tǒng)的開環(huán)傳函為〔2分〕2、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、開環(huán)幅頻特性及開環(huán)相頻特性：開環(huán)頻率特性〔1分〕開環(huán)幅頻特性〔1分〕開環(huán)相頻特性：〔1分〕3、求系統(tǒng)的相角裕度：求幅值穿越頻率，令得〔3分〕〔2分〕〔2分〕對最小相位系統(tǒng)臨界穩(wěn)定4、〔4分〕可以采用以下措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度：增加串聯(lián)超前校正裝置；增加串聯(lián)滯后校正裝置；增加串聯(lián)滯后-超前校正裝置；增加開環(huán)零點(diǎn)；增加PI或PD或PID控制器；在積分環(huán)節(jié)外加單位負(fù)反響。試題二答案一、1、水箱；水溫；2、開環(huán)控制系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng)3、穩(wěn)定；勞斯判據(jù)；奈奎斯特判據(jù)；4、零；輸出拉氏變換；輸入拉氏變換5、；(或：)6、調(diào)整時(shí)間；快速性二、判斷選擇題：BCDCBABBAD三、解：傳遞函數(shù)G(s):根據(jù)梅遜公式〔1分〕4條回路:,，無互不接觸回路?！?分〕特征式：〔2條前向通道:；〔2分〕四、解：系統(tǒng)的閉環(huán)傳函的標(biāo)準(zhǔn)形式為：，其中1、當(dāng)時(shí)，〔4分〕當(dāng)時(shí)，〔3分〕2、當(dāng)時(shí)，〔4〕當(dāng)時(shí)，〔3〕3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論參數(shù)、對階躍響應(yīng)的影響。〔6分〕(1)系統(tǒng)超調(diào)只與阻尼系數(shù)有關(guān)，而與時(shí)間常數(shù)T無關(guān)，增大，超調(diào)減小；(2)當(dāng)時(shí)間常數(shù)T一定，阻尼系數(shù)增大，調(diào)整時(shí)間減小，即暫態(tài)過程縮短；峰值時(shí)間增加，即初始響應(yīng)速度變慢；〔2分〕(3)當(dāng)阻尼系數(shù)一定，時(shí)間常數(shù)T增大，調(diào)整時(shí)間增加，即暫態(tài)過程變長；峰值時(shí)間增加，即初始響應(yīng)速度也變慢?！?分〕五、(1)系統(tǒng)有有2個(gè)開環(huán)極點(diǎn)〔起點(diǎn)〕：0、3，1個(gè)開環(huán)零點(diǎn)〔終點(diǎn)〕為：-1；〔2分〕(2)實(shí)軸上的軌跡：〔-∞，-1〕及〔0，3〕；〔2分〕(3)求別離點(diǎn)坐標(biāo)，得；分別對應(yīng)的根軌跡增益為(4)求與虛軸的交點(diǎn)：系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為,即，令,得根軌跡如圖1所示。圖12、求系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開環(huán)增益K的取值范圍系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)根軌跡增益Kr的取值范圍：，〔2分〕系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)根軌跡增益Kr的取值范圍：，〔3分〕開環(huán)增益K與根軌跡增益Kr的關(guān)系：〔1系統(tǒng)穩(wěn)定且為欠阻尼狀態(tài)時(shí)開環(huán)增益K的取值范圍：〔1六、解：1、系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為〔2分〕圖2幅頻特性：，相頻特性：〔2分〕圖2起點(diǎn)：；〔1分〕終點(diǎn)：；〔1分〕，曲線位于第3象限與實(shí)軸無交點(diǎn)?！?分〕開環(huán)頻率幅相特性圖如圖2所示。判斷穩(wěn)定性：開環(huán)傳函無右半平面的極點(diǎn)，那么，極坐標(biāo)圖不包圍〔－1，j0〕點(diǎn)，那么根據(jù)奈氏判據(jù)，Z＝P－2N＝0，系統(tǒng)穩(wěn)定?！?分〕2、假設(shè)給定輸入r(t)=2t＋2時(shí)，要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25，求開環(huán)增益K：系統(tǒng)為1型，位置誤差系數(shù)KP=∞，速度誤差系數(shù)KV=K，〔2分〕依題意：，〔3分〕得：〔2分〕故滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求的開環(huán)傳遞函數(shù)為3、滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求系統(tǒng)的相角裕度：令幅頻特性：，得，〔2分〕，〔1分〕相角裕度：〔2分〕試題三答案一、填空題(每題1分，共20分)1、穩(wěn)定性(或：穩(wěn)，平穩(wěn)性)；準(zhǔn)確性(或：穩(wěn)態(tài)精度，精度)2、輸出拉氏變換與輸入拉氏變換在零初始條件下的比值：；(或：)；3、勞斯判據(jù)(或：時(shí)域分析法)；奈奎斯特判據(jù)(或：頻域分析法)；4、構(gòu)造；參數(shù)；5、(或：)；(或：按對數(shù)分度)6、開環(huán)傳函中具有正實(shí)部的極點(diǎn)的個(gè)數(shù)，(或：右半S平面的開環(huán)極點(diǎn)個(gè)數(shù))；閉環(huán)傳函中具有正實(shí)部的極點(diǎn)的個(gè)數(shù)(或：右半S平面的閉環(huán)極點(diǎn)個(gè)數(shù)，不穩(wěn)定的根的個(gè)數(shù))；奈氏曲線逆時(shí)針方向包圍(-1,j0)整圈數(shù)。7、系統(tǒng)響應(yīng)到達(dá)并保持在終值誤差內(nèi)所需的最短時(shí)間(或：調(diào)整時(shí)間，調(diào)節(jié)時(shí)間)；響應(yīng)的最大偏移量與終值的差與的比的百分?jǐn)?shù)?！不颍海{(diào)〕8、(或：)；(或：)9、；二、判斷選擇題CABDADDA三、解：Ⅰ型系統(tǒng)在跟蹤單位斜坡輸入信號(hào)時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差為〔2分〕而靜態(tài)速度誤差系數(shù)〔2分〕穩(wěn)態(tài)誤差為。〔4分〕要使必須，即要大于5?！?分〕但其上限要符合系統(tǒng)穩(wěn)定性要求?？捎蓜谒古袚?jù)決定其上限。系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程是〔1分〕構(gòu)造勞斯表如下為使首列大于0，必須。綜合穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性要求，當(dāng)時(shí)能保證穩(wěn)態(tài)誤差小于0.2?！?分〕四、解：系統(tǒng)的開環(huán)傳函，其閉環(huán)特征多項(xiàng)式為，〔1分〕以不含的各項(xiàng)和除方程兩邊，得，令，得到等效開環(huán)傳函為〔2分〕參數(shù)根軌跡，起點(diǎn)：，終點(diǎn)：有限零點(diǎn)，無窮零點(diǎn)〔2分〕實(shí)軸上根軌跡分布：［－∞，0］〔2分〕實(shí)軸上根軌跡的別離點(diǎn)：令，得合理的別離點(diǎn)是，〔2分〕該別離點(diǎn)對應(yīng)的根軌跡增益為，對應(yīng)的速度反響時(shí)間常數(shù)〔1分〕根軌跡有一根與負(fù)實(shí)軸重合的漸近線。由于開環(huán)傳函兩個(gè)極點(diǎn)，一個(gè)有限零點(diǎn)且零點(diǎn)不在兩極點(diǎn)之間，故根軌跡為以零點(diǎn)為圓心，以該圓心到別離點(diǎn)距離為半徑的圓周。根軌跡與虛軸無交點(diǎn)，均處于s左半平面。系統(tǒng)絕對穩(wěn)定。根軌跡如圖1所示?！?分〕討論大小對系統(tǒng)性能的影響如下：〔1〕、當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)為欠阻尼狀態(tài)。根軌跡處在第二、三象限，閉環(huán)極點(diǎn)為共軛的復(fù)數(shù)極點(diǎn)。系統(tǒng)阻尼比隨著由零逐漸增大而增加。動(dòng)態(tài)響應(yīng)為阻尼振蕩過程，增加將使振蕩頻率減小〔〕，但響應(yīng)速度加快，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短〔〕?！?分〕〔2〕、當(dāng)，為臨界阻尼狀態(tài)，動(dòng)態(tài)過程不再有振蕩和超調(diào)?！?〕、當(dāng)，為過阻尼狀態(tài)。系統(tǒng)響應(yīng)為單調(diào)變化過程?！?分〕圖1四題系統(tǒng)參數(shù)根軌跡五、解：由題：，系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為〔2分〕開環(huán)頻率特性極坐標(biāo)圖起點(diǎn)：；〔1分〕終點(diǎn)：；〔1分〕圖2五題幅相曲線－－1與實(shí)軸的交點(diǎn)：令虛頻特性為零，即得〔2分〕圖2五題幅相曲線－－1實(shí)部〔2分〕開環(huán)極坐標(biāo)圖如圖2所示?！?分〕由于開環(huán)傳函無右半平面的極點(diǎn)，那么當(dāng)時(shí)，極坐標(biāo)圖不包圍〔－1，j0〕點(diǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定。〔1分〕當(dāng)時(shí)，極坐標(biāo)圖穿過臨界點(diǎn)〔－1，j0〕點(diǎn)，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定?！?分〕當(dāng)時(shí)，極坐標(biāo)圖順時(shí)針方向包圍〔－1，j0〕點(diǎn)一圈。按奈氏判據(jù)，Z＝P－N＝2。系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2分)閉環(huán)有兩個(gè)右平面的極點(diǎn)。六、解：從開環(huán)波特圖可知，系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、兩個(gè)積分環(huán)節(jié)、一個(gè)一階微分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式(8分)由圖可知：處的縱坐標(biāo)為40dB,那么,得(2分)又由的幅值分貝數(shù)分別為20和0，結(jié)合斜率定義，有，解得rad/s(2分)同理可得或，得rad/s(2分)故所求系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為(2分)七、解：〔1〕、系統(tǒng)開環(huán)傳函，輸入信號(hào)為單位斜坡函數(shù)時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差為，由于要求穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.05，取故〔5分〕〔2〕、校正前系統(tǒng)的相角裕度計(jì)算：得rad/s；而幅值裕度為無窮大，因?yàn)椴淮嬖??！?分〕〔3〕、根據(jù)校正后系統(tǒng)對相位裕度的要求，確定超前環(huán)節(jié)應(yīng)提供的相位補(bǔ)償角〔2分〕〔4〕、校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算：〔2分〕〔5〕、超前校正環(huán)節(jié)在處的幅值為：使校正后的截止頻率發(fā)生在處，故在此頻率處原系統(tǒng)的幅值應(yīng)為－5.31dB,解得:(2分)〔6〕、計(jì)算超前網(wǎng)絡(luò)：，在放大3.4倍后，超前校正網(wǎng)絡(luò)為：校正后的總開環(huán)傳函為：〔2分〕〔7〕校驗(yàn)性能指標(biāo)相角裕度由于校正后的相角始終大于－180o，故幅值裕度為無窮大。符合設(shè)計(jì)性能指標(biāo)要求?！?分〕試題四答案一、填空題1、穩(wěn)定性快速性準(zhǔn)確性穩(wěn)定性；2、；3、微分方程傳遞函數(shù)〔或構(gòu)造圖信號(hào)流圖〕〔任意兩個(gè)均可〕4、勞思判據(jù)根軌跡奈奎斯特判據(jù)5、；6、7、S右半平面不存在系統(tǒng)的開環(huán)極點(diǎn)及開環(huán)零點(diǎn)二、判斷選擇題：ABDCCBACCD三、解：傳遞函數(shù)G(s):根據(jù)梅遜公式〔2分〕3條回路:,，〔1分〕1對互不接觸回路:〔1分〕1條前向通道:〔2分〕四、解：1、由圖可以看出，系統(tǒng)有1個(gè)開環(huán)零點(diǎn)為：1〔1分〕；有2個(gè)開環(huán)極點(diǎn)為：0、-2〔1分〕，而且為零度根軌跡。由此可得以根軌跡增益K*為變量的開環(huán)傳函〔5分〕2、求別離點(diǎn)坐標(biāo)，得〔2分〕分別對應(yīng)的根軌跡增益為〔2分〕別離點(diǎn)d1為臨界阻尼點(diǎn)，d2為不穩(wěn)定點(diǎn)。單位反響系統(tǒng)在d1〔臨界阻尼點(diǎn)〕對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為，〔4分〕五、解：由圖可得系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：〔2分〕因?yàn)樵撓到y(tǒng)為單位負(fù)反響系統(tǒng)，那么系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為，〔2分〕與二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式比較，有〔2分〕解得〔2分〕所以〔2分〕或，，六、解：1、從開環(huán)波特圖可知，原系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、一個(gè)積分環(huán)節(jié)、兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)。故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式(2分)由圖可知：處的縱坐標(biāo)為40dB,那么,得(2分)故原系統(tǒng)的開環(huán)傳函為〔2分〕求原系統(tǒng)的相角裕度：由題知原系統(tǒng)的幅值穿越頻率為〔1分〕〔1分〕對最小相位系統(tǒng)不穩(wěn)定2、從開環(huán)波特圖可知，校正裝置一個(gè)慣性環(huán)節(jié)、一個(gè)微分環(huán)節(jié)，為滯后校正裝置。故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式(5分)3、校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為(4分)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程是〔2分〕構(gòu)造勞斯表如下首列均大于0，故校正后的系統(tǒng)穩(wěn)定。〔4分〕畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性L()L()-20-40-404040-20-20-60-400.32201010.10.01-60-400.32201010.10.01起始斜率:-20dB/dec(一個(gè)積分環(huán)節(jié))〔1分〕轉(zhuǎn)折頻率:(慣性環(huán)節(jié)),(一階微分環(huán)節(jié)),(慣性環(huán)節(jié)),(慣性環(huán)節(jié))〔4分〕自動(dòng)控制