網絡與繼續(xù)教育自動控制原理-模擬題考試

1、西安電子科技大學網絡與繼續(xù)教育學院自動控制原理模擬考試題(一)（考試形式90分鐘）題號一二三四五總分題分得分一、填空題（15分，每空1分） 1 按照是否有反饋信號，控制系統(tǒng)分為 和 。 2 對于二階系統(tǒng)而言，根據(jù)阻尼比的不同，二階系統(tǒng)一般分為無阻尼、 、 和 。 3 工程上對控制系統(tǒng)的基本要求是： 、 、和 。 4 分析系統(tǒng)性能的基本方法有 、根軌跡法和 。其中 和 屬于圖解分析法。 5 根軌跡描述某一開環(huán)參數(shù)與 極點間的關系，繪制根軌跡的條件分為 和 。二、簡答題（25分） 1、系統(tǒng)的特征方程為：s4+3s3+5s2+4s+2=0運用勞斯穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（8分） 2、求圖示系統(tǒng)的

2、閉環(huán)傳遞函數(shù)。（10分） 3、串聯(lián)校正的特點及其分類？（7分）三、某單位負反饋控制系統(tǒng)如圖，阻尼比，試求：（共20分）1、求系統(tǒng)的類型和階次。（4分）2、求參數(shù)K、無阻尼振蕩角頻率的值。（6分）3、系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。（4分）4、峰值時間，最大超調量。（6分）四、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試繪制系統(tǒng)根軌跡。（15分）五、試分析圖示系統(tǒng)中PD控制器對系統(tǒng)性能的影響。（25分）模擬試題(一)參考答案一 填空1 開環(huán)控制 閉環(huán)控制2 欠阻尼 過阻尼 臨界阻尼3 穩(wěn)定性 準確性 快速和平穩(wěn)性4 時域分析法 頻率分析法 根軌跡法 頻率法5 閉環(huán) 幅值條件 相角條件二、簡答題 1、 解：建立勞斯表：

3、s4 1 5 2 s3 3 4 s2 4 2 s1 1.5 s0 2 第一列數(shù)值為正，故系統(tǒng)穩(wěn)定。2、 解：系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：3、答：串聯(lián)校正簡單, 較易實現(xiàn)。設于前向通道中能量低的位置，減少功耗。主要形式有相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正。三、解：1、1型、2階 2、K=1 =1 3、 4、3.63 四、解 根軌跡繪制如下： 實軸上的根軌跡： 分離點：由 解得： 。與虛軸交點：把s=j代入上方程，令解得： 根軌跡如圖解所示。五、 解：無PD控制器時, 系統(tǒng)的特征方程： Js2+1=0 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定接入PD控制器后, 系統(tǒng)的特征方程為Js2+KpTds+Kp=0 閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的

4、。西安電子科技大學網絡與繼續(xù)教育學院自動控制原理模擬考試題(二)（考試形式90分鐘）題號一二三四五總分題分得分一 填空題（每空1分，共15分）1.對控制系統(tǒng)的基本要求是： 、 、和 。2. 分析系統(tǒng)性能的基本方法有 、根軌跡法和 。其中 和頻率法屬于圖解分析法。3. 根軌跡描述某一開環(huán)參數(shù)與 極點間的關系，繪制根軌跡的條件分為 和 。4. 線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律分為 、 、和 。5. 串聯(lián)校正的主要形式有 、 、和 。二 簡答題（共25分） 1. 繪制圖示爐溫控制示意圖的控制方框圖。2. 簡要畫出二階系統(tǒng)特征根的位置與響應曲線之間的關系。3. 某控制系統(tǒng)結構圖，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍。（10

5、分）三 設某系統(tǒng)的結構及其單位階躍響應如圖所示。試確定系統(tǒng)參數(shù)和。（共15分） 四 某最小相角系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖示。要求（共25分）1）寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；2）利用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3）將其對數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程，試討論對系統(tǒng)性能的影響。五對圖示的反饋校正系統(tǒng)，試分析：（共20分） 1) 若，分析反饋校正對系統(tǒng)性能的影響。2) 若，分析反饋校正對系統(tǒng)性能的影響。模擬試題(二)參考答案一填空 1. 穩(wěn)定性 準確性 快速和平穩(wěn)性2時域分析法 頻率分析法 根軌跡法3. 閉環(huán) 幅值條件 相角條件4. 比例 積分 微分5. 相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正二 簡答題

6、 1. 解：爐溫控制系統(tǒng)的方框圖：2. 解：3. 解 由結構圖，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為： 系統(tǒng)的特征方程勞斯表： S5 1 4 2 K S4 1 4K K S3 K S2 K S S0 K 使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍是： 。三解 由系統(tǒng)階躍響應曲線有 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 由 聯(lián)立求解得 由式（1）另外 四解：（1）由圖可以寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下： （2）系統(tǒng)的開環(huán)相頻特性為 截止頻率 相角裕度 故系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）將其對數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程后，可得系統(tǒng)新的開環(huán)傳遞函數(shù)其截止頻率 而相角裕度 故系統(tǒng)穩(wěn)定性不變。由時域指標估算公式可得 =所以，系統(tǒng)的超調量不變，調節(jié)時間縮短，動態(tài)響應加快。五 解：1）

7、反饋系數(shù)Kh越大, 時間常數(shù)越小, 慣性減弱。通過在G1(s)中加入適當?shù)姆糯笃鲝浹a比例系數(shù)的減小。 2）保持慣性環(huán)節(jié), 但時間常數(shù)增大了。Kh越大, 時間常數(shù)越大。利用反饋校正可使原系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)拉開, 從而改善系統(tǒng)的動態(tài)平穩(wěn)性。西安電子科技大學網絡與繼續(xù)教育學院自動控制原理模擬考試題(三)（考試形式90分鐘）題號一二三四五總分題分得分一、填空題（共15分）1 按照是否滿足疊加原理，將控制系統(tǒng)分為 、和 。2 對于二階系統(tǒng)而言，根據(jù)阻尼比的不同，二階系統(tǒng)一般分為無阻尼、 、 和 。 3. 根軌跡描述某一開環(huán)參數(shù)與 極點間的關系，繪制根軌跡的條件分為 和相角條件。 4 Bode圖是描述

8、系統(tǒng)頻率響應的常用方法，由 和 組成。 5 線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律分為 、 和 。 6 線性系統(tǒng)的常用校正裝置有 、 和 。二、簡答題（共25分）1、簡述自動控制系統(tǒng)的基本要求。( 7分)2、簡要畫出二階系統(tǒng)特征根的位置與響應曲線之間的關系。（8分） 3、已知系統(tǒng)方程組如下： 試繪制系統(tǒng)結構圖，并求閉環(huán)傳遞函數(shù)。（10分）三、已知一控制系統(tǒng)的結構圖如下 (20分) 1）確定該系統(tǒng)在輸入信號下的時域性能指標：超調量，調節(jié)時間和峰值時間；2）當時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。參考公式： 四、已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求：1)、繪制開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線的漸近線。2)、輸入為時，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。

9、（15分）五、設單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：（25分）試設計一串聯(lián)超前校正裝置，使系統(tǒng)滿足如下指標： （1）在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差； （2）截止頻率c7.5(rad/s)；（3）相角裕度45。模擬試題(三)參考答案一、填空題 1、線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng) 2、欠阻尼 臨界阻尼、過阻尼 3、閉環(huán) 幅值條件 4、幅頻特性 相頻特性5、比例、積分、微分6、相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正二、簡答題 1、解：控制系統(tǒng)的基本要求：穩(wěn)定性、準確性和快速性。穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件, 是控制系統(tǒng)的重要特性。準確性就是要求被控量和設定值之間的誤差達到所要求的精度范圍。準確性反映了

10、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度?？焖傩泽w現(xiàn)了系統(tǒng)的動態(tài)性能，即對過渡過程的形式和快慢提出要求。表現(xiàn)為對過渡過程時間和超調量的要求。2、解： 3、解 系統(tǒng)結構圖如圖所示。利用結構圖等效化簡或梅遜增益公式可求出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為。三、 解：1）系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為比較 二階系統(tǒng)的標準形式，可得 而，所以 （3分）2）由題意知，該系統(tǒng)是個線性系統(tǒng)，滿足疊加原理，故可以分別求取，和分別作用于系統(tǒng)時的穩(wěn)態(tài)誤差和，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就等于。a）單獨作用時，由系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)知，系統(tǒng)的開環(huán)增益，所以系統(tǒng)對的穩(wěn)態(tài)誤差為：b） 單獨作用時，系統(tǒng)的方塊圖為系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：頻率特性為：當系統(tǒng)作用為時，

11、所以系統(tǒng)的輸出為：所以系統(tǒng)的誤差為：四、解：1)、 所以，；2)、閉環(huán)傳函為，頻率特性為，即：，即：；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出為：五、解 依指標： 畫未校正系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖所示。依圖可得：校正前系統(tǒng)相角裕度： 定,作圖得： 作圖使： , 過C點作20dB/dec直線交出D點（），令（）得E點（）。這樣得出超前校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)： 且有：校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：驗算：在校正過程可保證： 全部指標滿足要求。 西安電子科技大學網絡與繼續(xù)教育學院自動控制原理模擬考試題(四)（考試形式90分鐘）題號一二三四五總分題分得分一、填空題（15分，每空1分） 1 按照信號是否是時間的連續(xù)函數(shù)，控制系統(tǒng)分為 和 。

12、 2 對于二階系統(tǒng)而言，根據(jù)阻尼比的不同，二階系統(tǒng)一般分為無阻尼、 、 和 。 3分析系統(tǒng)性能的基本方法有 、 和 。 4根軌跡描述某一開環(huán)參數(shù)與 極點間的關系，繪制根軌跡的條件分為 和 。 5線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律分為 、 和 。二、簡答題（25分） 1、系統(tǒng)的特征方程為：s4+3s3+5s2+4s+2=0運用勞斯穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（7分） 2、試建立圖示RLC無源網絡在零初始條件下的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。（10分）3、簡述最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)的異同。 三、某控制系統(tǒng)結構圖如圖所示。試確定參數(shù)值，使系統(tǒng)階躍響應的峰值時間s，超調量。（20分）四、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試繪制

13、系統(tǒng)根軌跡。（15分）五、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：，要求設計串聯(lián)校正裝置, 使K12及040。（25分）模擬試題(四)參考答案一 填空1 連續(xù)控制系統(tǒng) 離散控制系統(tǒng)2 欠阻尼 過阻尼 臨界阻尼3 時域分析方法 根軌跡法 頻域分析方法4 閉環(huán) 幅值條件 相角條件5 比例 積分 微分二、簡答題（25分）1、 解：建立勞斯表： s4 1 5 2 s3 3 4 s2 4 2 s1 1.5 s0 2 第一列數(shù)值為正，故系統(tǒng)穩(wěn)定。2、解：RLC網絡系統(tǒng)的微分方程為在零初始條件下的拉普拉斯變換：(ms2+s+k)Y(s)=F(s) 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：3、答：一個穩(wěn)定系統(tǒng)，若其傳遞函數(shù)的極點和零點都位于

14、s平面的左半部，則稱為最小相位系統(tǒng)，否則, 稱為非最小相位系統(tǒng)。對于幅頻特性相同的系統(tǒng), 最小相位系統(tǒng)的相位遲后是最小的。最小相位系統(tǒng), 對數(shù)幅頻特性與相頻特性之間存在著唯一的對應關系。三、解： 依題，系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 由 聯(lián)立求解得 比較分母系數(shù)得 四、解 根軌跡繪制如下： 實軸上的根軌跡： 分離點：由 解得： 。與虛軸交點：把s=j代入上方程，令解得： 根軌跡如圖解所示。五、解： 當K12時, 未校正系統(tǒng)的伯德圖Go, 剪切頻率c1為： 未校正系統(tǒng)的相角裕度為 滿足相角裕量要求, 引入串聯(lián)超前校正網絡。在校正系統(tǒng)剪切頻率處的超前相角： 0=40-16.12+16.12=m 在校正系統(tǒng)剪切頻率

15、c2=m處，校正網絡的增益為10lg4.606.63 dB。未校正系統(tǒng)增益為6.63dB處的頻率即校正系統(tǒng)剪切頻率c2，即 ， 校正網絡的兩個交接頻率分別為 補償超前校正網絡衰減的開環(huán)增益, K需提高4.60倍。經超前校正, 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 其相角裕度為 2=180-90+arctg5.07/2.66-arctg5.07-arctg5.07/10.87=48.4740求得c2=4.67s-1, 2=49.18。西安電子科技大學網絡與繼續(xù)教育學院自動控制原理模擬考試題(五)（考試形式90分鐘）題號一二三四五總分題分得分一、填空題（15分，每空1分） 1 按照輸入信號的不同，控制系統(tǒng)分為 、

16、和 。 2 對于二階系統(tǒng)而言，根據(jù)阻尼比的不同，二階系統(tǒng)一般分為無阻尼、 、 和 。 3分析系統(tǒng)性能的基本方法有 、 和 。 4頻率分析法研究系統(tǒng)的 特性，廣泛用于工程實踐，其描述系統(tǒng)穩(wěn)定性的兩個主要指標是 和 。 5線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律分為 、 和 。二、簡述題（25分）1、已知最小相位系統(tǒng)對數(shù)幅頻漸近線如圖，試求對應的傳遞函數(shù)。（7分）2、設系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)，該系統(tǒng)單位負反饋閉環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)、誤差傳遞函數(shù)是什么?它們之間的關系是什么？（8分）3、某控制系統(tǒng)結構圖，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍。（10分）三、某系統(tǒng)結構圖如圖所示。試求局部反饋加入前、后系統(tǒng)的靜態(tài)位置誤差系數(shù)、

17、靜態(tài)速度誤差系數(shù)和靜態(tài)加速度誤差系數(shù)。（20分） 四、某控制系統(tǒng)結構如圖所示，K = 6 1/s，求：（15分）1）計算穿越頻率，相位裕量和幅值裕量；2） 前向通路中串聯(lián)超前校正網絡，試計算相位裕量。五、設單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，若要求校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv30，相角裕度40，幅值裕度Lg10 dB，截止頻率不小于2.3 rad/s，試設計串聯(lián)遲后校正裝置。（25分）模擬試題(五)參考答案一 填空1 定值控制系統(tǒng) 伺服系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng)2 欠阻尼 過阻尼 臨界阻尼3 時域分析方法 根軌跡法 頻域分析方法4 頻率 幅值裕度 相角裕度5 比例 積分 微分二、簡述題 1、解：系統(tǒng)由一個

18、比例環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)組成。即由20lgK20得K10；轉角頻率0.5，得T2。所以，2、解：閉環(huán)傳遞函數(shù)為：誤差傳遞函數(shù)為：二者之間的關系：3、解 由結構圖，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為： 勞斯表： S5 1 4 2K S4 1 4K K S3 K S2 K S S0 K 使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍是： 。三、解 局部反饋加入前，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 局部反饋加入后，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 四、解：1） 可以求得 令,得 2）加入串聯(lián)校正后，開環(huán)傳遞函數(shù)為求得 五、解 (1) 確定開環(huán)增益K。系統(tǒng)為1型系統(tǒng)，則有 KKv30 故待校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 (2) 原系統(tǒng)的截止頻率c12 rad/s，相角裕度027.6，相位穿越頻率g7.07 rad/s，幅值裕度Lg9.55 dB，說明待校正系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。根據(jù)題意，采用遲后校