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中南大学考试试卷(A)2010—2011学年下学期时间110分钟2011 年6月24日自动控制理论课程 64 学时 4 学分考试形式:闭卷专业年级:自动化09级总分100分,占总评成绩 70 %(注:此页不作答题纸,请将答案写在答题纸上)第一题(10分)、已知系统结构如下图所示,其中、、和分别为系统的输入、输出、噪声和偏差信号,试求传递函数。第一题图第二题(15分)、已知系统结构如下图所示,当输入信号为单位斜坡函数时,要使稳态误差小于0.2,(1)求K的取值范围;(2)求单位阶跃输入信号作用下系统的稳态输出。第二题图第三题(15分)、已知系统结构如下图(a)所示,其单位阶跃响应如下图(b)所示。(1)试确定系统参数K1、K2和;(2)若参数K1、K2不变,要使系统单位阶跃响应无超调,试确定的取值范围。第三题图第四题(15分)、已知系统结构如下图所示。(1)绘制该系统的根轨迹图,并从下面这组数据中验证哪一个是分离点的坐标:,,;(2)若要使系统处于欠阻尼状态,试求K对应的取值范围。第四题图第五题(15分)、试用描述函数法求出使下面非线性控制系统稳定的h值的范围。第五题图注:图中具有死区继电器特性的描述函数为:第六题(15分)、某最小相位系统(单位负反馈)的开环对数幅频特性如图所示,其中虚线表示校正前的(),实线表示校正后的()。要求:(1)设系统开环增益为K,试分别写出校正前后系统的开环传递函数和;(2)写出校正装置的传递函数,在图中绘制校正装置的对数幅频特性曲线,并确定所用的是何种串联校正方式;(3)确定使校正后的系统稳定的开环增益K的取值范围;(4)当开环增益时,求校正前后系统的截止频率和相角裕度;(5)试分析该串联校正装置对原系统性能的影响。第六题图第七题(15分)、设离散控制系统如下图所示,试证明该系统在下列条件下,并且仅仅在下列条件下是稳定的:,(注:;,)第七题图中南大学考试试卷(A)答案2010—2011学年下学期时间110分钟2011 年6月24日自动控制理论课程 64 学时 4 学分考试形式:闭卷专业年级:自动化09级总分100分,占总评成绩 70 %(注:此页不作答题纸,请将答案写在答题纸上)第一题(10分)、已知系统结构如下图所示,其中、、和分别为系统的输入、输出、噪声和偏差信号,试求传递函数。第一题图解:【方法一】根据叠加原理,令;利用结构图等效化简或梅逊增益公式,先求噪声输出传递函数图中有2条前向通路,2个回路,没有互不接触回路。则有:再由,且,消去中间变量,整理后得出:【方法二】根据叠加原理,令利用结构图等效化简或梅逊增益公式,直接噪声偏差传递函数图中有2条前向通路,2个回路,没有互不接触回路。则有:第二题(15分)、已知系统结构图如下图所示,当输入信号为单位斜坡函数时,要使稳态误差小于0.2,(1)求K的取值范围;(2)求单位阶跃输入信号作用下系统的稳态输出。第二题图解:(1)系统闭环传递函数为:系统特征方程为:列劳斯表:由劳斯判据可知:所以:(2)所以:第三题(15分)、已知系统结构如下图(a)所示,其单位阶跃响应如下图(b)所示。(1)试确定系统参数K1、K2和;(2)若参数K1、K2不变,要使系统单位阶跃响应无超调,试确定的取值范围。第三题图解:(1)由系统阶跃响应曲线有:系统闭环传递函数为:(1)由 联立求解得 由式(1)得: 即由 得:(2)由得:要使系统单位阶跃响应无超调,则:,即:。第四题(15分)、已知系统结构如下图所示。(1)绘制该系统的根轨迹图,并从下面这组数据中验证哪一个是分离点的坐标:,,;(2)要使系统处于欠阻尼状态,试求K对应的取值范围。第四题图解:(1)绘制根轨迹图3条分支且对称于实轴 起点:,终点:及两个无穷远处;实轴上的根轨迹:分离点满足:验证得:两条终止于无穷的根轨迹的渐近线与实轴交角为90°和270°,交点坐标为(2)对分离点,由模条件可得即当时,闭环极点为一对具有负实部的共轭复根,此时系统为欠阻尼。第五题(15分)、试用描述函数法求出使下面非线性控制系统稳定的h值的范围。第五题图图中具有死区继电器特性的描述函数为:解:设,则,对N(u)求导数:,由极值条件得:,当,即时,,;当,即时,,;故是的极大值对应的A值。的极大值为:;其负倒描述函数的值为:而也是的极大值。的起点:;而的终点:。负倒描述函数的曲线如下图所示。曲线与负实轴交点的频率(穿越频率)为:(rad/s)曲线与负实轴交点的坐标为:故使该非线性控制系统稳定的h值应该满足:,即:第六题(15分)、某最小相位系统(单位负反馈)的开环对数幅频特性如图所示,其中虚线表示校正前的(),实线表示校正后的()。要求:(1)设系统开环增益为K,分别写出校正前后系统的开环传递函数和;(2)写出校正装置的传递
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