自动控制原理期末试卷(答案).docVIP

PAGE 3 《自动控制原理》期末试卷及答案 一、填空题（15分，每空0.5分） 1、自动控制系统是指为了实现某种控制目的，将（被控对象）和（控制装置）按照一定的方式连接起来组成的有机整体。 2、自动控制系统的基本控制方式包括（开环控制）、（闭环控制）和（复合控制）。 3、线性连续定常系统按照输入量的变化规律不同可以划分为（恒值控制系统）、（随动控制系统）和程序控制系统。 4、自动控制系统的基本要求包括（稳定性）、（快速性）和（准确性）。 5、根据线性系统的（叠加）特性，当两个外作用同时加于系统所产生的总输出，等于各个外作用单独作用时分别产生的输出之和；为了简化研究工作，对控制系统的研究时其输入作用常取单位信号，这是利用线性系统（齐次）特性。 6、关于系统传递函数的零点和极点对输出的影响而言，（极点）决定了描述系统自由模态，（零点）只影响各模态响应所占的比重系数，因而也影响响应曲线的形状。 7、二阶系统的单位阶跃响应，其输出响应的超调量只与（阻尼比）有关，而与（自然振荡频率）无关。 8、控制系统的根轨迹是关于（实轴）对称的，根轨迹曲线起始于（开环极点），终止于（闭环零点）。 9、系统的幅相特性曲线，是关于（实轴）对称的，故一般只绘制从0变化到∞的幅相曲线；系统对数频率特性曲线的横坐标是按照（）的线性刻度划分的，其1个单位长度对应频率变化（10）倍。 10、常用的系统校正方式包括（串联校正）、（并联校正）和（复合校正）。 11、计算机离散控制系统的分析设计采用的主要数学模型是（Z脉冲传递函数），采样功能是由其内部的（A/D和D/A转换器）完成的； 12、非线性控制系统的主要分析方法包括（线性化）、（相平面）和（描述函数法）。 二、（10分）一个控制系统结构如图，求传递函数 解：采用梅逊公式计算 有3个回路， ，， 【得2分】 其中，两个回路不相交，有 【得1分】 所有，特征式为 【得2分】 前向通道只有一个，且与三个回路都相交 【得2分】 所以，传递函数为 【得3分】 三、（15分）单位负反馈系统的开环传递函数为：，试利用劳斯判据确定使系统闭环稳定的K的取值范围。 解：系统的闭环特征方程为 （5分） 列写Routh表 （5分） 闭环系统稳定的充要条件是 ， 即使系统闭环稳定的K的范围是 （5分） 四、(15分)已知单位负反馈系统的开环传递函数为 1)试绘制系统随参数变化的根轨迹，并计算根轨迹的主要参数 2)若要求系统在单位斜坡输入下稳态误差，求值范围 解：1）根轨迹如图 1）渐近线【得3分】 2）分离点 【得1分】 得 【得2分】 3）与虚轴交点:闭环特征方程为 【得1分】 将带入，得 得 【得2分】 2) 所以， 【得1分】 在单位斜坡输入作用下， ，得 【得2分】 又为保证闭环系统稳定，所以 【得3分】 五、(15分)某控制系统的开环传递函数为 1）绘制系统开环传递函数的概略幅相曲线； 2）根据奈奎斯特判据确定使闭环系统稳定的值范围； 3）计算使系统幅值裕度的值。 解：1）系统频率特性为 （2分） 根据，得， （2分） 与实轴交点为 （2分） 开环传递函数的概略幅相曲线如图所示 （2分） 2）因为，若要使系统稳定，则要求 得 （3分） 3）已知， 得 （4分） 六、（15分）已知系统结构如图5所示，采样周期,求闭环脉冲传递函数，并判断闭环系统是否稳定。已知： 解： 【得4分】 闭环脉冲传递函数为 【得4分】 所以，闭环特征方程为 解得 【得4分】 因为，所以闭环系统不稳定 【得3分】 七、（15分）系统如图所示，其中非线性环节描述函数为,线性部分 1）试用描述函数法确定使系统存在周期运动的K值范围 2）求