自動(dòng)控制原理期末考試題

1、自動(dòng)控制原理B試題A卷答案一、單項(xiàng)選擇題(本大題共 5小題，每小題2分，共10 分)51.若某負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為5，則該系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為(D )。s(s+1)圖2 一階系統(tǒng)方塊圖2.3.A. S(S + 1)=0C. s(s +1) +1 =0B.D.s(s +1) + 5 = 0與是否為單位反饋系統(tǒng)有關(guān)梅遜公式主要用來(A. 判斷穩(wěn)定性C.求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)關(guān)于傳遞函數(shù)，錯(cuò)誤的說法是B.D.)。計(jì)算輸入誤差求系統(tǒng)的根軌跡A. 傳遞函數(shù)只適用于線性定常系統(tǒng)；給定輸入和擾動(dòng)對(duì)傳遞函數(shù)也有影響;B. 傳遞函數(shù)不僅取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù),C. 傳遞函數(shù)一般是為復(fù)變量s的真分式；D. 閉環(huán)

2、傳遞函數(shù)的極點(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)(C )。A 當(dāng)時(shí)間常數(shù)較大時(shí)有超調(diào).有超調(diào)C .無超調(diào)D5.如果輸入信號(hào)為單位斜坡函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為無窮大,A.0型系統(tǒng) B. I 型系統(tǒng) C. II型系統(tǒng)當(dāng)時(shí)間常數(shù)較小時(shí)有超調(diào)則此系統(tǒng)為D. IIIA )型系統(tǒng)二、填空題(本大題共 7小題，每空1分，共10分)得分快速性、_準(zhǔn)確性。數(shù)學(xué)模型來描述。穩(wěn)定性、1. 一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方面：_2. 對(duì)控制系統(tǒng)建模而言，同一個(gè)控制系統(tǒng)可以用不同的3. 控制系統(tǒng)的基本控制方式為開環(huán)控制 和閉環(huán)控制 。4. 某負(fù)反饋控制系統(tǒng)前向通路的彳G(s)，反饋通路的傳遞函數(shù)為 H

3、(s)，則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s)H(s)，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)1+G(s)H(s)。K(s +2)(s +1)5開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s)H(s)= :八 丿，其根軌跡的起點(diǎn)為 0,4,-1j 。 s(s+4 )(s2 +2s + 2)6. 當(dāng)欠阻尼二階系統(tǒng)的阻尼比減小時(shí)，在單位階躍輸入信號(hào)作用下，最大超調(diào)量將大。7. 串聯(lián)方框圖的等效傳遞函數(shù)等于各串聯(lián)傳遞函數(shù)之 三、簡答題(本題 10分)圖1為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定 溫度的熱水。冷水流量變化用流量計(jì)測量。試?yán)L制系統(tǒng)方框圖， 并說明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作的？系統(tǒng)的被控

4、對(duì)象和控制裝置各是什么？溫度控制器圖1水溫控制系統(tǒng)原理圖解 工作原理：溫度傳感器不斷測量交換器出口處的實(shí)際水溫，并在溫度控制器中與給 定溫度相比較，若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門開大，進(jìn)入熱交換器的蒸汽量加大， 熱水溫度升高，直至偏差為零。如果由于某種原因，冷水流量加大，則流量值由流量計(jì)測得, 通過溫度控制器，開大閥門，使蒸汽量增加，提前進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)按冷水流量進(jìn)行順饋補(bǔ)償， 保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動(dòng)。其中，熱交換器是被控對(duì)象，實(shí)際熱水溫度為被控量，給定量（希望溫度）在控制器中 設(shè)定；冷水流量是干擾量。系統(tǒng)方塊圖如圖解1所示。這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。掙水般色覚久H溫度

5、控制器卜倆斤卜I熱交換器卜得分圖1水溫控制系統(tǒng)方框圖四、計(jì)算題（本大題共 3小題，每小題10分，共30 分）1. 一階系統(tǒng)如圖2所示，要求系統(tǒng)閉環(huán)增益K=2，調(diào)節(jié)時(shí)間ts 0.4 （秒）（A=5%）。試確定參數(shù) Ki, K2的值。1%)K11.解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：（S）K1K2+1K1K2(4 分)1令閉環(huán)增益K=2W K2得:K2 =0.5(3 分)3令調(diào)節(jié)時(shí)間ts =3r15。(3 分)2.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，求閉環(huán)傳遞函數(shù)C(s)R(s)%)圖3控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖2.解：法一：梅森增益公式圖中有1條前向通路,3個(gè)回路(4 分)R =G1G2G3,也1 =1, L1 = -GG

6、，L2 = GzGs，L3=G1G2G3，也=1 (L1 + L2 + L3 )，G1G2G3C(s) _ P街=R(s) _ i _1+ G1G2 +G2G3 + G1G2G3(6 分)法二：結(jié)構(gòu)圖的等效化簡5）亠Gi%)恥）%)I + Gp,7所以:C(s)R(s)G1G2G31 + G22 + G2G3 +G1 G2G33.已知二階系統(tǒng)2 M2 , (n 0)，定性畫出當(dāng)阻尼比 E =0, 0吒匕1,匕：1和S2 + 2 他nS +O5n2-1匕:0時(shí)，系統(tǒng)在s平面上的階躍響應(yīng)曲線。0 VK V2401（本題15分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G（S）= s（s+1）（0.2s+1）（1 ）

7、試?yán)L制系統(tǒng)的根軌跡圖（計(jì)算漸近線的坐標(biāo)、分離點(diǎn)、與虛軸交點(diǎn)等）5K（2）為使系統(tǒng)的階躍響應(yīng)呈現(xiàn)衰減振蕩形式，試確定K的取值范圍。解.G(s) s(s+1)(0.2s + 1) s(s + 5)(s+1)（1）系統(tǒng)有三個(gè)開環(huán)極點(diǎn)：p1 = 0, P2 = 1 , P3 = -5（一叫5, -1,0】實(shí)軸上的根軌跡:漸近線:0-15C=-23(2k +103兀：=兀3，(1 分)(1 分)(2 分)(2 分)1分離點(diǎn)：1 +d d+5 d+1解之得:D(s) =s3+6s2 +5S + 5K =0* = 0.47，d2 = 3.52(舍去)。與虛軸的交點(diǎn)：特征方程為jReD(j) = &2 +5K

8、 =03lmD(j) =一 *5 =0(3 分)與虛軸的交點(diǎn)(0,J5j)。根軌跡如圖解(a)所示。(3 分)(2)因?yàn)榉蛛x點(diǎn)d -0.47對(duì)應(yīng)的K0.47x0.53x4.53= 0.23呈現(xiàn)衰減振蕩形式,0.23K c6K的取值范圍為(3 分)S3+12S2+20S，試求:2. (本題10分)已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s) =(1) 利用Routh判據(jù)確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍；(2) 當(dāng)輸入分別為單位階躍響應(yīng)、單位斜坡函數(shù)和單位拋物線函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 分別為多少？解：D(s)=s3+12s2+20S+K =0Routh:3S2S12240-K12K20T K C240這是一個(gè)型系統(tǒng)，則 Kp =乂, Kv =K/20,Ka =0，即有ep=丙-=0，p單位階躍輸入essp=丄=20/ K單位斜坡輸入Kvessp=丄=單位拋物線輸入Ka3.（本題15分）電子心臟起博器心律控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 數(shù)相當(dāng)于一純積分環(huán)節(jié)。起博器5所示，其中模仿心臟的傳遞函期望心速10 05s+lg 1心臟實(shí)際心速圖5電子心律起搏器系統(tǒng)（1） 若=0.5對(duì)應(yīng)最佳響應(yīng)，問起博器增益K應(yīng)取多大?（2）若期望心速為60次/min，并突然接通起博器,參考公式：問瞬時(shí)最大心速多大?二階欠阻尼系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)最大超調(diào)量:cTp