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山东交通自动控制原理试卷及答案.doc

1、1课 程 名 称 : 自 动 控 制 理 论 ( A/B 卷 闭 卷 )一 、 填 空 题 ( 每 空 1 分 , 共 15 分 ) 1、 反 馈 控 制 又 称 偏 差 控 制 , 其 控 制 作 用 是 通 过 与 反 馈 量 的 差 值 进 行 的 。2、 复 合 控 制 有 两 种 基 本 形 式 : 即 按 的 前 馈 复 合 控 制 和 按 的 前 馈 复 合 控 制 。3、 两 个 传 递 函 数 分 别 为 G1(s)与 G2(s)的 环 节 , 以 并 联 方 式 连 接 , 其 等 效 传 递 函 数 为 , 则 G(s)为 ( 用 G1(s)与 G2(s) 表 示 ) 。

2、4、 典 型 二 阶 系 统 极 点 分 布 如 图 1 所 示 ,则 无 阻 尼 自 然 频 率 ,n阻 尼 比 ,该 系 统 的 特 征 方 程 为 ,该 系 统 的 单 位 阶 跃 响 应 曲 线 为 。5、 若 某 系 统 的 单 位 脉 冲 响 应 为 ,0.20.5()1ttgte则 该 系 统 的 传 递 函 数 G(s)为 。6、 根 轨 迹 起 始 于 , 终 止 于 。7、 设 某 最 小 相 位 系 统 的 相 频 特 性 为 , 则 该 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 101()()9()tgtgT。8、 PI 控 制 器 的 输 入 输 出 关 系 的 时 域

3、 表 达 式 是 ,其 相 应 的 传 递 函 数 为 , 由 于 积 分 环 节 的 引 入 , 可 以 改 善 系 统 的 性 能 。二 、 选 择 题 ( 每 题 2 分 , 共 20 分 )1、 采 用 负 反 馈 形 式 连 接 后 , 则 ( )A、 一 定 能 使 闭 环 系 统 稳 定 ; B、 系 统 动 态 性 能 一 定 会 提 高 ;C、 一 定 能 使 干 扰 引 起 的 误 差 逐 渐 减 小 , 最 后 完 全 消 除 ;D、 需 要 调 整 系 统 的 结 构 参 数 , 才 能 改 善 系 统 性 能 。2、 下 列 哪 种 措 施 对 提 高 系 统 的 稳

4、 定 性 没 有 效 果 ( )。A、 增 加 开 环 极 点 ; B、 在 积 分 环 节 外 加 单 位 负 反 馈 ;C、 增 加 开 环 零 点 ; D、 引 入 串 联 超 前 校 正 装 置 。3、 系 统 特 征 方 程 为 , 则 系 统 ( )0632)(3ssA、 稳 定 ; B、 单 位 阶 跃 响 应 曲 线 为 单 调 指 数 上 升 ;C、 临 界 稳 定 ; D、 右 半 平 面 闭 环 极 点 数 。2Z4、 系 统 在 作 用 下 的 稳 态 误 差 , 说 明 ( )2)(trseA、 型 别 ; B、 系 统 不 稳 定 ;vC、 输 入 幅 值 过 大

5、; D、 闭 环 传 递 函 数 中 有 一 个 积 分 环 节 。5、 对 于 以 下 情 况 应 绘 制 0根 轨 迹 的 是 ( )2A、 主 反 馈 口 符 号 为 “-” ; B、 除 外 的 其 他 参 数 变 化 时 ;rKC、 非 单 位 反 馈 系 统 ; D、 根 轨 迹 方 程 ( 标 准 形 式 ) 为 。1)(sHG6、 开 环 频 域 性 能 指 标 中 的 相 角 裕 度 对 应 时 域 性 能 指 标 ( ) 。A、 超 调 B、 稳 态 误 差 C、 调 整 时 间 D、 峰 值 时 间%sestpt7、 已 知 开 环 幅 频 特 性 如 图 2 所 示 ,

6、 则 图 中 不 稳 定 的 系 统 是 ( )。系 统 系 统 系 统 图 2A、 系 统 B、 系 统 C、 系 统 D、 都 不 稳 定8、 若 某 最 小 相 位 系 统 的 相 角 裕 度 , 则 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )。0A、 不 稳 定 ; B、 只 有 当 幅 值 裕 度 时 才 稳 定 ;1gkC、 稳 定 ; D、 不 能 判 用 相 角 裕 度 判 断 系 统 的 稳 定 性 。9、 若 某 串 联 校 正 装 置 的 传 递 函 数 为 , 则 该 校 正 装 置 属 于 ( )。 10sA、 超 前 校 正 B、 滞 后 校 正 C、 滞 后 -超 前

7、 校 正 D、 不 能 判 断10、 下 列 串 联 校 正 装 置 的 传 递 函 数 中 , 能 在 处 提 供 最 大 相 位 超 前 角 的 是 :cA、 B、 C、 D、s10.s210.5s0.1s三 、 (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 3四 、 ( 共 20 分 ) 系 统 结 构 图 如 图 4 所 示 :31、 写 出 闭 环 传 递 函 数 表 达 式 ; ( 4 分 )()CsR2、 要 使 系 统 满 足 条 件 : , ,试 确 定 相 应 的 参 数 和 ; ( 4 分 )70.2nK

8、3、 求 此 时 系 统 的 动 态 性 能 指 标 ; ( 4 分 )st,4、 时 , 求 系 统 由 产 生 的 稳 态 误 差 ; ( 4 分 )tr2)()rse5、 确 定 , 使 干 扰 对 系 统 输 出 无 影 响 。 ( 4 分 )sGnt)(tc五 、 (共 15 分 )已 知 某 单 位 反 馈 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 : 2()3)rKGs1、 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

9、 开 环 增 益 的 取 值 范 围 。 ( 7 分 )10六 、 ( 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 :0()L1、 写 出 该 系 统 的 开 环 传 递 函 数 ; ( 8 分 ))(0sG2、 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 )图 444、 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

10、)试 题 一 答 案一 、 填 空 题 (每 题 1 分 , 共 15 分 )1、 给 定 值2、 输 入 ; 扰 动 ; 3、 G1(s)+G2(s);4、 ; ; ; 衰 减 振 荡0.720s5、 ;5.2.s6、 开 环 极 点 ; 开 环 零 点7、(1)KsT8、 ; ; 稳 态 性 能()()()putettd1pKTs二 、 判 断 选 择 题 (每 题 2 分 , 共 20 分 )1、 D 2、 A 3、 C 4、 A 5、 D 6、 A 7、 B 8、 C 9、 B 10、 B三 、 (8 分 )建 立 电 路 的 动 态 微 分 方 程 , 并 求 传 递 函 数 。解

11、: 1、 建 立 电 路 的 动 态 微 分 方 程根 据 KCL 有 (2 分 )200i10i)t(u)t(tdu)t(tuRCR即 (2 分 )t()t(d)t()td i2i21021021 2、 求 传 递 函 数对 微 分 方 程 进 行 拉 氏 变 换 得(2 分 )(U)()(U() i2i21021021 sRsCsRsCR得 传 递 函 数 (2 分 )2121i)(G四 、 (共 20 分 )第 1 页 共 2 页5解 : 1、 ( 4 分 ) 22221)( nsKssKsRC2、 ( 4 分 ) 242nK70.3、 ( 4 分 ) 0103.e8.2nst4、 (

12、4 分 ) )1()(1)(2 sKssGvK4.2KsAe5、 ( 4 分 ) 令 : 0)(1)( sGKsNCnn 得 : sGn)(五 、 (共 15 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 )8,6a(4) 分 离 点 : 得 : ( 2 分 )0321d1d42Kr(5)与 虚 轴 交 点 :

13、 096)(3rKssD( 2 分 ))(ReIm2rj543r绘 制 根 轨 迹 如 右 图 所 示 。62、 ( 7 分 ) 开 环 增 益 K 与 根 轨 迹 增 益 Kr的 关 系 : 139)()22sKsGrr得 ( 1 分 )9r系 统 稳 定 时 根 轨 迹 增 益 Kr的 取 值 范 围 : , ( 2 分 )54r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 ) r系 统 稳 定 且 为 欠 阻 尼 状 态 时 开 环 增 益 K 的 取 值 范 围 : ( 1 分 )69六 、 ( 共 22 分 )解 :

14、1、 从 开 环 波 特 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 以 下 形 式 (2 分 )12()(1)Gss由 图 可 知 : 处 的 纵 坐 标 为 40dB, 则 , 得 (2 分 )10lg4LK0( 2 分 )120和 =故 系 统 的 开 环 传 函 为 ( 2 分 )101)(0ssG2、 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 :开 环 频 率 特 性 ( 1 分 )0()10jjj开 环 幅 频 特 性 (

15、1 分 )022()10A开 环 相 频 特 性 : ( 1 分 )10()9.stgt3、 求 系 统 的 相 角 裕 度 : 求 幅 值 穿 越 频 率 , 令 得 ( 3 分 )0220()1A.6/crads( 2 分 )1 110()9.0.93.0.8ccctgttgt 7( 2 分 )018()180c对 最 小 相 位 系 统 临 界 稳 定4、 ( 4 分 ) 可 以 采 用 以 下 措 施 提 高 系 统 的 稳 定 裕 度 : 增 加 串 联 超 前 校 正 装 置 ; 增 加 串 联 滞 后 校 正 装 置 ; 增 加 串 联 滞 后-超 前 校 正装 置 ; 增 加

16、开 环 零 点 ; 增 加 PI 或 PD 或 PID 控 制 器 ; 在 积 分 环 节 外 加 单 位 负 反 馈 。试 题 二一 、 填 空 题 ( 每 空 1 分 , 共 15 分 ) 1、 在 水 箱 水 温 控 制 系 统 中 , 受 控 对 象 为 , 被 控 量 为 。2、 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 ; 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 ;

17、含 有 测 速 发 电 机 的 电动 机 速 度 控 制 系 统 , 属 于 。3、 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 。 判 断 一 个闭 环 线 性 控 制 系 统 是 否 稳 定 , 在 时 域 分 析 中 采 用 ; 在 频 域 分 析 中 采 用 。4、 传 递 函 数 是 指 在 初 始 条 件 下 、 线 性 定 常 控 制 系 统 的 与 之 比 。5、 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 2(

18、1)KsT。6、 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 穿 越 频 率 对 应 时 域 性 能 指 标 c, 它 们 反 映 了 系 统 动 态 过 程 的 。二 、 选 择 题 ( 每 题 2 分 , 共 20 分 )1、 关 于 传 递 函 数 , 错 误 的 说 法 是 ( )A 传 递 函 数 只 适 用 于 线 性 定 常 系 统 ;B 传 递 函 数 不 仅 取 决 于 系 统 的 结 构 参 数 , 给 定 输 入 和 扰 动 对 传 递 函 数 也 有 影 响 ;C 传 递 函 数 一 般

19、 是 为 复 变 量 s 的 真 分 式 ;D 闭 环 传 递 函 数 的 极 点 决 定 了 系 统 的 稳 定 性 。2、 下 列 哪 种 措 施 对 改 善 系 统 的 精 度 没 有 效 果 ( )。A、 增 加 积 分 环 节 B、 提 高 系 统 的 开 环 增 益 K C、 增 加 微 分 环 节 D、 引 入 扰 动 补 偿3、 高 阶 系 统 的 主 导 闭 环 极 点 越 靠 近 虚 轴 , 则 系 统 的 ( ) 。A、 准 确 度 越 高 B、 准 确 度 越 低 8C、 响 应 速 度 越 快 D、 响 应 速 度 越 慢4、 已 知 系 统 的 开 环 传 递 函

20、数 为 , 则 该 系 统 的 开 环 增 益 为 ( )。50(21)sA、 50 B、 25 C、 10 D、 5 5、 若 某 系 统 的 根 轨 迹 有 两 个 起 点 位 于 原 点 , 则 说 明 该 系 统 ( ) 。 A、 含 两 个 理 想 微 分 环 节 B、 含 两 个 积 分 环 节 C、 位 置 误 差 系 数 为 0 D、 速 度 误 差 系 数 为 06、 开 环 频 域 性 能 指 标 中 的 相 角 裕 度 对 应 时 域 性 能 指 标 ( ) 。A、 超 调 B、 稳 态 误 差 C、 调 整 时 间 D、 峰 值 时 间%sestpt7、 已 知 某 些

21、 系 统 的 开 环 传 递 函 数 如 下 , 属 于 最 小 相 位 系 统 的 是 ( )A、 B 、 C 、 D、(2)1Ks(1)5Ks) 21Ks (1)2s8、 若 系 统 增 加 合 适 的 开 环 零 点 , 则 下 列 说 法 不 正 确 的 是 ( )。A、 可 改 善 系 统 的 快 速 性 及 平 稳 性 ; B、 会 增 加 系 统 的 信 噪 比 ;C、 会 使 系 统 的 根 轨 迹 向 s 平 面 的 左 方 弯 曲 或 移 动 ; D、 可 增 加 系 统 的 稳 定 裕 度 。9、 开 环 对 数 幅 频 特 性 的 低 频 段 决 定 了 系 统 的 (

22、 )。A、 稳 态 精 度 B、 稳 定 裕 度 C、 抗 干 扰 性 能 D、 快 速 性10、 下 列 系 统 中 属 于 不 稳 定 的 系 统 是 ( )。 A、 闭 环 极 点 为 的 系 统 B、 闭 环 特 征 方 程 为 的 系 统1,2sj210sC、 阶 跃 响 应 为 的 系 统 D、 脉 冲 响 应 为 的 系 统0.4()tcte.4()8thte三 、 (8 分 )写 出 下 图 所 示 系 统 的 传 递 函 数 ( 结 构 图 化 简 , 梅 逊 公 式 均 可 )。()CsR9四 、 ( 共 20 分 ) 设 系 统 闭 环 传 递 函 数 , 试 求 :2(

23、)1CsRTs1、 ; ; ; 时 单 位 阶 跃 响 应 的 超 调 量 、 调 节 时 间 及.sT08.08. %st峰 值 时 间 。 ( 7 分 )pt2、 ; 和 ; 时 单 位 阶 跃 响 应 的 超 调 量 、 调 节 时 间 和 峰4.s.4.sT16. st值 时 间 。 ( 7 分 )pt3、 根 据 计 算 结 果 , 讨 论 参 数 、 对 阶 跃 响 应 的 影 响 。 ( 6 分 )10五 、 (共 15 分 )已 知 某 单 位 反 馈 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 , 试 : (1)()3rKsGSH1、 绘 制 该 系 统 以 根 轨 迹 增 益

24、Kr 为 变 量 的 根 轨 迹 ( 求 出 : 分 离 点 、 与 虚 轴 的 交 点 等 ); ( 8 分 )2、 求 系 统 稳 定 且 为 欠 阻 尼 状 态 时 开 环 增 益 K 的 取 值 范 围 。 ( 7 分 )六 、 ( 共 22 分 ) 已 知 反 馈 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 , 试 : ()(1)KGsHs1、 用 奈 奎 斯 特 判 据 判 断 系 统 的 稳 定 性 ; ( 10 分 )2、 若 给 定 输 入 r(t) = 2t 2 时 , 要 求 系 统 的 稳 态 误 差 为 0.25, 问 开 环 增 益 K 应 取 何 值 。( 7 分 )

25、3、 求 系 统 满 足 上 面 要 求 的 相 角 裕 度 。 ( 5 分 )试 题 二 答 案一 、 填 空 题 (每 题 1 分 , 共 20 分 )1、 水 箱 ; 水 温2、 开 环 控 制 系 统 ; 闭 环 控 制 系 统 ; 闭 环 控 制 系 统3、 稳 定 ; 劳 斯 判 据 ; 奈 奎 斯 特 判 据4、 零 ; 输 出 拉 氏 变 换 ; 输 入 拉 氏 变 换5、 ; (或 : )21KTarctn180arctnT 2180arctnT6、 调 整 时 间 ; 快 速 性st二 、 判 断 选 择 题 (每 题 2 分 , 共 20 分 )1、 B 2、 C 3、 D 4、 C 5、 B 6、 A 7、 B 8、 B 9、 A 10、 D三 、 (8 分 )写 出 下 图 所 示 系 统 的 传 递 函 数 ( 结 构 图 化 简 , 梅 逊 公 式 均 可 )。()sR解 : 传 递 函 数 G(s):根 据 梅 逊 公 式 ( 1 分 )1()niPCs4 条 回 路 : , ,123()LsH24()LGHs无 互 不 接 触 回 路 。( 2 分 )3(),s41s特 征 式 : 4234123141()()()()()i ssGss( 2 分 )

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