《自動控制原理》典型考試試題

《自動控制原理》典型考試試題（時間120分鐘）院/系專業(yè)姓名學號第二章：主要是化簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，可以用化簡，也可以用梅遜公式來求一、（共15分）已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。請寫出系統(tǒng)在輸入r(t)和擾動n(t)同時作用下的輸出C(s)的表達式。二、（共15分）已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。試求傳遞函數(shù)C(s)，C(s)。R(s)N(s)三、（共15分）已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。試確定系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。四、（共15分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，求X(s)的表達式五、（共15分）已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。試確定系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)C(s)/R(s)和C(s)/D(s)。六、（共15分）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，試求該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)C(s)。R(s)七、（15分）試用結(jié)構(gòu)圖等效化簡求題圖所示各系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)R(s)第三章：主要包括穩(wěn)、準、快3個方面穩(wěn)定性有2題，絕對穩(wěn)定性判斷，主要是用勞斯判據(jù)，特別是臨界穩(wěn)定中出現(xiàn)全零行問題。相對穩(wěn)定性判斷，主要是穩(wěn)定度問題，就是要求所有極點均在s=-a垂線左測問題，就是將s=w-a代入D(s)=0中，再判斷穩(wěn)定快速性主要是要記住二階系統(tǒng)在0<ξ<1時的單位階躍響應公式以及指標求取的公式。準確性主要是穩(wěn)態(tài)誤差的公式以及動態(tài)誤差級數(shù)兩方面一、（共15分）某控制系統(tǒng)的方框圖如圖所示，欲保證阻尼比=0.7和響應單位斜坡函數(shù)的穩(wěn)態(tài)誤差為ess=0.25,試確定系統(tǒng)參數(shù)K、。二、（共10分）設(shè)圖（a）所示系統(tǒng)的單位階躍響應如圖（b）所示。試確定系統(tǒng)參數(shù)K1,K2和a。三、（共15分）已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示。求系統(tǒng)在輸入r(t)=t和擾動信號d(t)=1(t)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)輸出C()四、（共10分）已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：試確定引起閉環(huán)系統(tǒng)等幅振蕩時的K值和相應的振蕩頻率五、（15分）設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為若系統(tǒng)以2rad/s頻率持續(xù)振蕩，試確定相應的K和值六、（共15分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。（1）為確保系統(tǒng)穩(wěn)定，如何取K值？（2）為使系統(tǒng)特征根全部位于s平面s1的左側(cè)，K應取何值？（3）若r(t)2t2時，要求系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差ess0.25，K應取何值？六、（15分）單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)K3)(s5)s(s為使系統(tǒng)特征根的實部不大于-1，試確定開環(huán)增益的取值范圍。六、（15分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示1求：1.為使系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定，確定 K的取值范圍。當K為何值時，系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，并確定等幅振蕩的頻率。3.為使系統(tǒng)的閉環(huán)極點全部位于s平面的虛軸左移一個單位后的左側(cè)，試確定K的取值范圍。七、（15分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，圖4題圖（1）當K025,Kf0時，求系統(tǒng)的動態(tài)性能指標%和ts；（2）若使系統(tǒng)0.5，單位速度誤差ess0.1時，試確定K0和Kf值。C(s)6八、已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為R(s)s25s6；設(shè)系統(tǒng)初始條件為C(0)1C(0)0，試求系統(tǒng)的單位階躍響應C(t)和脈沖響應h(t)。九、已知二階系統(tǒng)的單位階躍響應為h(t)1012.5e1.2tsin(1.6t53.1)試求系統(tǒng)的超調(diào)量%、峰值時間tp和調(diào)節(jié)時間ts。十、簡答題（共15分）已知一控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下（1）確定該系統(tǒng)在輸入信號r(t)1(t)下的時域性能指標：超調(diào)量%，調(diào)節(jié)時間ts和峰值時間tp；（2）當r(t)21(t),n(t)41(t)時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。十一、（15分）已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如題圖所示（1）求引起閉環(huán)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的K值和對應的振蕩頻率；（2）r(t)t2時，要使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差ess0.5，試確定滿足要求的K值范圍。t，試十二、（15分）已知在零初始條件下，系統(tǒng)的單位階躍響應為c(t)12e2et求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和脈沖響應。十三、（15分）單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)4，求單位階躍響應h(t)和調(diào)節(jié)時s(s5)間十四、（15分）已知系統(tǒng)的特征方程Ds)s5ssss100，試(24234211判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定在右半s平面根的個數(shù)及純虛根。十五、（15分）已知系統(tǒng)的特征方程()53412324232480，試判別系Dssssss統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定在右半s平面根的個數(shù)及純虛根。十六、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如題3-25圖所示，要使系統(tǒng)對r(t)而言是II型的，試確定參數(shù)K0和的值。第四章：主要是根軌跡的繪制問題一、（共15分）已知單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： G(s)

Ks(0.01s 1)(0.02s 1)要求：（1）繪制系統(tǒng)根軌跡圖。（2）確定系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定開環(huán)增益 Kc。二、（共15分）已知單位反饋系統(tǒng)的特征方程為：s2(s10)K(s1)0，（1）試繪制根軌跡，并說明過渡過程為單調(diào)變化和振蕩時K值的取值范圍。（2）求具有最小阻尼比的主導極點及K值2K(s22s5)三、（共15分）已知單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s)(s 3)(s 1)要求：（1）繪制系統(tǒng)根軌跡圖。2）確定系統(tǒng)的穩(wěn)定時系統(tǒng)的開環(huán)增益Ｋ的范圍。若取k＝0.8，當系統(tǒng)輸入為單位階躍函數(shù)時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)終值。四、（共15分）設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為K(1s)G(s)2)s(s1）試繪制其根軌跡2）并求出使系統(tǒng)產(chǎn)生重實根和純虛根的K值。（3） 請求出閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，且對應的階躍響應為單調(diào)曲線時，所對應的 K值范圍K*(s1)G(s)五、繪圖題（共15分）設(shè)單位負反饋控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：s2(s2)(s4)（1）繪制出系統(tǒng)的根軌跡圖；（2）確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的臨界開環(huán)增益KC，并求出純虛根的值。六、實系數(shù)特征方程要使其根全為實數(shù)，試確定參數(shù) a的范圍。3第五章：主要要掌握（1）給定系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，求輸入為正弦時穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)輸出。（2）能正確繪制開環(huán)極坐標圖，并用乃氏穩(wěn)定判據(jù)判斷穩(wěn)定性，補畫是容易出錯的地方。（3）對于對數(shù)頻率特性要能根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)畫開環(huán)對數(shù)頻率特性圖，同時也要求能根據(jù)開環(huán)頻率特性圖求出開環(huán)傳遞函數(shù)。（4）要能求相角裕度和增益裕度一、（共15分）某最小相位控制系統(tǒng)其單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試求：當系統(tǒng)的輸入為 r(t) 2sin(5t 30o)時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出 C(t)以及穩(wěn)態(tài)誤差 ess。二、計算題（共 15分）某最小相位控制系統(tǒng)其單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的對數(shù)幅頻曲線如下圖所示：L(w)-20db/decww110-40db/dec試求：當系統(tǒng)的輸入為r(t)2sin(5t30o)時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出C(t)。三、（共15分）某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為12(as1)G(s)1)(s2)，s(s求（1）.當a 0時，繪制系統(tǒng)的開環(huán)幅相曲線，并用奈氏穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及求出系統(tǒng)的幅值裕度h（2）當a0時，在輸入r(t)2sin8t時，若使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出與輸入信號反相，確定a的值四、判斷題（共15分）已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為K(s1)G(s)H(s)1)；K,,T0s(Ts試概略繪制系統(tǒng)的奈奎斯特曲線，并討論系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五、已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)試繪制奈氏圖，并根據(jù)奈氏判據(jù)，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性：六、判斷題（共 15分）設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為14sG(s)H(s)s)(12s)；s2(1要求用乃氏判據(jù)判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。七、判斷題（共15分）已知單位負反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)4k(4s1)G(s)3,k0。s(s1)1）繪制k=6時的乃氏曲線，并用乃氏判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；2）給出系統(tǒng)穩(wěn)定時k的范圍。七、 已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)試概略繪制幅相特性曲線，并根據(jù)奈氏判據(jù)判定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。八（10分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)sa，要求G(s)6s（1）繪出a從0s(s27)時系統(tǒng)的根軌跡（要求出分離點、漸近線、與虛軸的交點等）；2）使系統(tǒng)穩(wěn)定且為過阻尼狀態(tài)時的a的取值范圍。九、已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)試根據(jù)奈氏判據(jù)確定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第六章主要是3種校正方法的應用，同時還要一個就是綜合校正包括前饋校正和反饋校正一、設(shè)計題（共15分）設(shè)某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)K，S(S1)設(shè)計串聯(lián)校正裝置使使校正后K12及40。二、計算題（共10分）設(shè)某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為設(shè)計串聯(lián)校正裝置使使校正后Kv5及45。三、設(shè)計題（共15分）已知單位負反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為若要求校正后的靜態(tài)速度誤差系數(shù)等于30s1，相位裕度不低于40，幅值裕度不小于10dB小于2.3rad/s，截止頻率不，設(shè)計串聯(lián)校正裝置。四、計算題（共10分）已知控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下，其中已知量k1,k2,T1,T2均大于零。為提高系統(tǒng)的控制精度，使系統(tǒng)由Ⅰ型提高到Ⅲ型，加入了前饋校正Gc(s)as2bs，試求a,b值。[已知e(t)r(t)c(t)]T2s1五、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)要求校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)Ｋv≥5(rad/s)，截止頻率ωc≥2(rad/s)，相角裕度γ≥45°，試設(shè)計串聯(lián)校正裝置。第七章離散系統(tǒng)的求解主要包括穩(wěn)定性判斷、穩(wěn)態(tài)誤差的求取以及階躍響應的求取一、計算題（共15分）設(shè)離散系統(tǒng)如下圖所示，其中ZOH為零階保持器，T0.1s,K1,1.試求靜態(tài)誤差系數(shù)Kp、Kv、Ka（5分）2.求系統(tǒng)在r(t)t作用下的穩(wěn)態(tài)誤差e*()（5分）3.求系統(tǒng)的單位階躍響應c(nT)（5分）二、計算題（共15分）離散系統(tǒng)方框圖如圖所示，采樣周期T=0.2s。當r(t)21(t)t時，要使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差小于0.25，試確定K值。三、（每小題5分，共1