2015自动控制原理期末考试试卷(含答案)技术报告.doc

2015年自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题（每空 1 分，共20分） 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、快速性和 准确性 。 2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。 3、、、(或：)，横坐标为 。 6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P是指 开环传函中具有正实部的极点的个数，Z是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数，R指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，定义为 调整时间 。是超调量 。 8、设系统的开环传递函数为，则其开环幅频特性为，相频特性为。 9、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 10、若某系统的单位脉冲响应为，则该系统的传递函数G(s)为。 11、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为 开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为 闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 闭环控制系统。 12、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 13、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统 稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 14、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值越频率对应时域性能指标 调整时间，它们反映了系统动态过程的快速性 二、(8分)试建立如图3所示电路的动态微分方程，并求传递函数。 图3 解：1、建立电路的动态微分方程 根据KCL有 (2分) 即 (2分) 2、求传递函数 对微分方程进行拉氏变换得 (2分) 得传递函数 (2分) 三、（共20分）系统结构图如图4所示： 1、写出闭环传递函数表达式；（4分） 2、要使系统满足条件：,,试确定相应的参数和；（4分） 3、求此时系统的动态性能指标；（4分） 4、时，求系统由产生的稳态误差；（4分） 5、确定，使干扰对系统输出无影响。（4分） 解：1、（4分） 2、（4分） 3、（4分） 4、（4分） 5、（4分）令： 得： 四、已知最小相位系统的对数幅频特性如图3所示。试求系统的开环传递函数。(16分) 解：从开环伯德图可知，系统具有比例环节、两个积分环节、一个一阶微分环节和一个惯性环节。 故其开环传函应有以下形式　　　　 (8分) 由图可知：处的纵坐标为40dB, 则,　得　 (2分) 又由　的幅值分贝数分别为20和0，结合斜率定义，有 　　　，解得　　 rad/s　(2分) 同理可得　　或　 ，　 　　得　　 rad/s　(2分) 故所求系统开环传递函数为　　　 　　　　　　　　　(2分) 五、(共15分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为: 1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹（求出：渐近线、分离点、与虚轴的交点等）；（8分） 2、确定使系统满足的开环增益的取值范围。（7分） 1、绘制根轨迹 （8分） (1)系统有有3个开环极点（起点）：0、-3、-3，无开环零点（有限终点）；（1分） (2)实轴上的轨迹：（-∞，-3）及（-3，0）； （1分） (3) 3条渐近线： （2分） (4) 分离点： 得： （2分） (5)与虚轴交点： （2分） 绘制根轨迹如右图所示。 2、（7分）开环增益K与根轨迹增益Kr的关系： 得 （1分） 系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：， （2分） 系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr的取值范围：， （3分）　 系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围： （1分） 六、（共22分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线如图5所示： 1、写出该系统的开环传递函数；（8分） 2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性。（3分） 3、求系统的相角裕度。（7分） 4、若系统的稳定裕度不够大，可以采用什么措施提高系统的稳定裕度？（4分） 　解：1、从开环伯德图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。 故其开环传函应有