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 ）