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自动控制原理 (B)

自动控制原理 (B)
自动控制原理 (B)

东 北 大 学 继 续 教 育 学 院

自动控制原理 试 卷(作业考核 线下) B 卷(共 4 页)

1、自动控制系统由哪些基本环节组成?各环节的功能是什么?(10分)

答:(1)控制对象或调节对象——要进行控制的设备或过程。

(2

)执行机构—— 一般由传动装置和调节机构组成。执行机构直接作用于控制对象,使被控制量达到所

要求的数值。

3)检测装置或传感器—— 该装置用来检测被控制量,并将其转换为与给定量相同的物理量。 (4)给定环节—— 设定被控制量的给定值的装置。

(5)比较环节—— 将所检测的被控制量与给定量进行比较,确定两者之间的偏差量。 (6)中间环节—— 一般包括比较环节和校正环节。

2、传递函数适合哪类控制系统?如何定义?(10分)

答:传递函数适合线性连续系统。其定义为:零初始条件下,输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

3、通常有哪几种减小稳态误差的途径?(10分)

答:减小稳态误差的途径:增大系统的开环放大系数 ;提高开环传递函数中的串联积分环节的阶次N ;采用补偿的方法——复合控制或前馈控制。

二、(20分)控制系统的动态结构图如图1所示,试求系统输出Y(s)对输入信号R(s)和扰动

信号N(s)的传递函数Y(s)/ R(s)、 Y(s)/ N(s)。

图1 题二图

(1) 令

,可得

(2) 令

,可得

三、(30分)一闭环反馈控制系统的动态结构图如图2所示。

(1)试求当%20%σ≤,()5% 1.8s t s =时,系统的参数1K 及τ值。

(2)试求上述系统的位置稳态误差系数p K 、速度稳态误差系数v K 、加速度稳态误差系数a K 及其相应的稳态误差。

图2 题三图

(1) 系统开环传递函数为

111111()()111K K K s W s K s s s K s s s K ττττ===+??++ ???

与标准型相对比,得

211K 2 1K =

n n K K ωξωττ?

?=?

=???? 由%20%σ≤,得

0.46ξ≥≈

由()5% 1.8s t =,得

3

3.65n s

t ωξ≤

= 所以

113.320.25K τ≤??≥? 即113.32

0.254

K

K K τ=??

=??=?

(2)由K W 可知该系统为I 型系统,由教材中的表3-1并根据稳态误差与稳态误差系数之间的关系,得

()0p e ∞=, p K =∞

1

()0.25v K

e K ∞=

=, 4 v K = ()a e ∞=∞, 0 a K =

四、(20分)已知系统是最小相位的,其开环幅相频率特性和对数幅频特性分别如图3(a)、(b)

所示,试写出系统的开环传递函数,并判断闭环系统是否稳定。

P(ω)

ω

(a)

(b)

图3 题四图

解:由右图可知系统的开环传递函数为:

根据奈氏稳定判据,由左图可知,闭环系统稳定。

自动控制原理期末考试卷与答案

自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题(每空 1 分,共20分) 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即: 稳定性 、快速性和 准确性 。 2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。 3、在经典控制理论中,可采用 劳斯判据(或:时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或:频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型,取决于系统 结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。 5、线性系统的对数幅频特性,纵坐标取值为 20lg ()A ω(或:()L ω),横坐标为lg ω 。 6、奈奎斯特稳定判据中,Z = P - R ,其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数,Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数,R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中,s t 定义为 调整时间 。%σ是超调量 。 8、设系统的开环传递函数为12(1)(1) K s T s T s ++,则其开环幅频特性为 2212()()1()1A T T ωωωω= +?+,相频特性为 01112()90()() tg T tg T ?ωωω--=---。 9、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 10、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5() 105t t g t e e --=+,则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 11、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 开环控制系统;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 闭环控制系统;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于 闭环控制系统。 12、根轨迹起始于开环极点,终止于开环零点。 13、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 稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用劳斯判据;在频域分析中采用奈奎斯特判据。 14、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越频率c ω对应时域性能指标 调整时间s t ,它们反映了系统动态过程的快速性 二、(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 解:1、建立电路的动态微分方程 根据KCL 有 2 00i 10i ) t (u )]t (u )t (d[u )t (u )t (u R dt C R =-+- (2分) 即 )t (u ) t (du )t (u )()t (du i 2i 21021021R dt C R R R R dt C R R +=++ (2分) 2、求传递函数 对微分方程进行拉氏变换得 )(U )(U )(U )()(U i 2i 21021021s R s Cs R R s R R s Cs R R +=++ (2分)

自动控制原理答案

第一章 习题答案 习 题 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ,b 与c ,d 用线连接成负反馈状态; (2) 画出系统方框图。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理,并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出 被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器1P 、2 P

并联后跨接到同一电源0 E 的两端,其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结,组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵;输出轴则由直流电动机经减速后带动,电动机采用电枢控制的方式工作。 试分析系统的工作原理,指出系统的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。 题1-4图导弹发射架方位角控制系统原理图 1-5 采用离心调速器的蒸汽 机转速控制系统如题1-5图所示。 其工作原理是:当蒸汽机带动负载 转动的同时,通过圆锥齿轮带动一 对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链 可带动套筒上下滑动,套筒装有平 衡弹簧,套筒上下滑动时可拨动杠 杆,杠杆另一端通过连杆调节供汽 阀门的开度。在蒸汽机正常运行 时,飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡,套筒保持某个高度,使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速 ω下降,则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动,并通过杠杆增大供汽阀门的开度,从而使蒸汽机的转速回升。同理,如果由于负载减小使蒸汽机的转速 ω增加,则飞锤因离心力增加而使套筒上滑,并通过杠杆减小供汽阀门的开度,迫使蒸汽机转速回落。这样,离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响,使蒸汽机的转速 ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。当光点显示器对准某个方向时,摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量及给定量,画出系统方框图。 题1-5图蒸汽机转速自动控制系统

自动控制原理习题及答案

1. 采样系统结构如图所示,求该系统的脉冲传递函数。 答案:该系统可用简便计算方法求出脉冲传递函数。去掉采样开关后的连续系统输出表达式为 对闭环系统的输出信号加脉冲采样得 再对上式进行变量替换得 2. 已知采样系统的结构如图所示,,采样周期T=0.1s。试求系统稳定时K的取值范围。 答案:首先求出系统的闭环传递函数。由 求得,已知T=0.1s, e-1=0.368,故

系统闭环传递函数为,特征方程为 D(z)=1+G(z)=z2+(0.632K-1.368)z+0.368=0 将双线性变换代入上式得 0.632ω2+1.264ω+(2.736-0.632K)=0 要使二阶系统稳定,则有 K>0,2.736-0.632K>0 故得到K的取值范围为0<K<4.32。 3. 求下列函数的z变换。 (1). e(t)=te-at 答案:e(t)=te-at 该函数采样后所得的脉冲序列为 e(nT)=nTe-anT n=0,1,2,… 代入z变换的定义式可得 E(z)=e(0)+P(T)z-1+e(2T)z-2+…+e(nT)z-n+…=0+Te-aT z-1+2Te-2aT z-2+…+nTe-naT z-n+…=T(e-aT z-1+2e -2aT z-2+…+ne-naT z-n+…) 两边同时乘以e-aT z-1,得 e-aT z-1E(z)=T(e-2aT z-2+2e-3aT z-3+…+ne-a(n+1)T z-(n+1)+…) 两式相减,若|e-aT z-1|<1,该级数收敛,同样利用等比级数求和公式,可得 最后该z变换的闭合形式为 (2). e(t)=cosωt 答案:e(t)=cosωt 对e(t)=cosωt取拉普拉斯变换.得 展开为部分分式,即 可以得到 化简后得

自动控制原理第四版答案

自动控制原理 自动控制(原理)是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器),使机器、设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控制量)自动地按照预定的规律运行。 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期, 为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系 理论的发展。二战后,已形成完整的自动控制理论体系,这就是以传递函数为基础的经典控制理论,它主要研究单输入单输出的线形定常数系统的分析和设计问题。 20世纪60年代初期,随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用,为适应宇航技术的发展,自动控制理论跨入了一个新的阶段--现代控制理论。它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题,主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前, 智能为基础的智能控制理论深入。

为了实现各种复杂的控制任务,首先要将被控制对象和控制装置按照 在自动控制系统中,被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量,它可以要求保持为某一恒定值,例如温度、压力或飞行轨迹等;而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体,它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制,但最基本的一种 在反馈控制系统中,控制装置对被控装置施加的控制作用,是取自被控量的反馈信息,用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务,这就是反馈控制的原理。 下面是一个标准的反馈模型: 开方: 公式:X(n+1)=Xn+(A/Xn^2-Xn)1/3设A=5,开3次方 5介于1^3至2^3之间(1的3次方=1,2的3次方=8) X_0可以取1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0都可以。例如我们取2.0。按照公式: 第一步:X1={2.0+[5/2.0^2-2.0]1/3=1.7.}。即5/2×2=1.25,1.25-2=-0.75,0.75×1/3=0.25,输入值大于输出值,负反馈 2-0.25=1.75,取2位数字,即1.7。

自动控制原理及其应用试卷与答案

21.一线性系统,当输入是单位脉冲函数时,其输出象函数与 传递函数 相同。 22.输入信号和反馈信号之间的比较结果称为 偏差 。 23.对于最小相位系统一般只要知道系统的 开环幅频特性 就可以判断其稳定性。 24.设一阶系统的传递G(s)=7/(s+2),其阶跃响应曲线在t=0处的切线斜率为 2 。 25.当输入为正弦函数时,频率特性G(j ω)与传递函数G(s)的关系为 s=j ω 。 26.机械结构动柔度的倒数称为 动刚度 。 27.当乃氏图逆时针从第二象限越过负实轴到第三象限去时称为 正穿 越 。 28.二阶系统对加速度信号响应的稳态误差为 1/K 。即不能跟踪加速 度信号。 29.根轨迹法是通过 开环传递函数 直接寻找闭环根轨迹。 30.若要求系统的快速性好,则闭环极点应距虚轴越 远 越好。 21.对控制系统的首要要求是系统具有 .稳定性 。 22.在驱动力矩一定的条件下,机电系统的转动惯量越小,其 .加速性能 越好。 23.某典型环节的传递函数是2 1)(+=s s G ,则系统的时间常数是 0.5 。 24.延迟环节不改变系统的幅频特性,仅使 相频特性 发生变化。 25.二阶系统当输入为单位斜坡函数时,其响应的稳态误差恒为 2ζ

/ωn 。 26.反馈控制原理是 检测偏差并纠正偏差的 原 理。 27.已知超前校正装置的传递函数为1 32.012)(++= s s s G c ,其最大超前角所对应的频率=m ω 1.25 。 28.在扰动作用点与偏差信号之间加上 积分环节 能使静态误差降 为0。 29.超前校正主要是用于改善稳定性和 快速性 。 30.一般讲系统的加速度误差指输入是 静态位置误差系数 所引起 的输出位置上的误差。 21.“经典控制理论”的内容是以 传递函数 为基础的。 22.控制系统线性化过程中,变量的偏移越小,则线性化的精度 越高 。 23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ,则系统的时间常数是 0.5 。 24.延迟环节不改变系统的幅频特性,仅使 相频特性 发生变化。 25.若要全面地评价系统的相对稳定性,需要同时根据相位裕量和 幅值裕量 来做出判断。 26.一般讲系统的加速度误差指输入是 匀加速度 所引起的输出位 置上的误差。 27.输入相同时,系统型次越高,稳态误差越 小 。 28.系统主反馈回路中最常见的校正形式是 串联校正 和反馈校正 29.已知超前校正装置的传递函数为1 32.012)(++=s s s G c ,其最大超前角所对应的频

自动控制原理答案

《自动控制原理》习题参考答案 第1章 1.7.2基础部分 1.答:开环控制如:台灯灯光调节系统。 其工作原理为:输入信号为加在台灯灯泡两端的电压,输出信号为灯泡的亮度,被控对象为灯泡。当输入信号增加时,输出信号(灯泡的亮度)增加,反之亦然。 闭环控制如:水塔水位自动控制系统。 其工作原理为:输入信号为电机两端电压,输出信号为水塔水位,被控对象为电机调节装置。当水塔水位下降时,通过检测装置检测到水位下降,将此信号反馈至电机,电机为使水塔水位维持在某一固定位置增大电机两端的电压,通过调节装置调节使水塔水位升高。反之亦然。 2.答:自动控制理论发展大致经历了几个阶段: 第一阶段:本世纪40~60年代,称为“经典控制理论”时期。 第二阶段:本世纪60~70年代,称为“现代控制理论”时期。 第三阶段:本世纪70年代末至今,控制理论向“大系统理论”和“智能控制”方向发展。 3.答:开环控制:控制器与被空对象之间只有正向作用而没有反馈控制作用,即系统的输 出量与对控制量没有影响。 闭环控制:指控制装置与被空对象之间既有正向作用,又有反向联系控制的过程。 开环控制与闭环控制的优缺点比较: 对开环控制系统来说,由于被控制量和控制量之间没有任何联系,所以对干扰造成的误差系统不具备修正的能力。 对闭环控制系统来说,由于采用了负反馈,固而被控制量对于外部和内部的干扰都不甚敏感,因此,有不能采用不太精密和成本低廉的元件构成控制质量较高的系统。 4.答:10 线性定常系统;(2)非线性定常系统; (3)非线性时变系统;(4)非线时变系统; 1.7.3 提高部分 1.答:1)方框图: 2)工作原理:假定水箱在水位为给定值c(该给定值与电位器给定电信ur对应),此时浮子处于平衡位置,电动机无控制作用,水箱处于给定水位高度,水的流入量与流出量保持不变。当c增大时,由于进水量一时没变浮子上升,导致c升高,给电信计作用后,使电信计给电动机两端电压减小,电动机带动减齿轮,使控制阀开度减小,使进水量减小,待浮

最新自动控制原理试题及答案

一、 单项选择题(每小题1分,共20分) 1. 系统和输入已知,求输出并对动态特性进行研究,称为( C ) A.系统综合 B.系统辨识 C.系统分析 D.系统设计 2. 惯性环节和积分环节的频率特性在( A )上相等。 A.幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率 D.穿越频率 3. 通过测量输出量,产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为( C ) A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件 4. ω从0变化到+∞时,延迟环节频率特性极坐标图为( A ) A.圆 B.半圆 C.椭圆 D.双曲线 5. 当忽略电动机的电枢电感后,以电动机的转速为输出变量,电枢电压为输入变量时, 电动机可看作一个( B ) A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节 6. 若系统的开环传 递函数为2) (5 10+s s ,则它的开环增益为( C ) A.1 B.2 C.5 D.10 7. 二阶系统的传递函数5 2 5)(2++=s s s G ,则该系统是( B ) A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统 8. 若保持二阶系统的ζ不变,提高ωn ,则可以( B ) A.提高上升时间和峰值时间 B.减少上升时间和峰值时间 C.提高上升时间和调整时间 D.减少上升时间和超调量 9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(,当频率T 1=ω时,则相频特性)(ωj G ∠为( A ) A.45° B.-45° C.90° D.-90° 10.最小相位系统的开环增益越大,其( D ) A.振荡次数越多 B.稳定裕量越大 C.相位变化越小 D.稳态误差越小 11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ,则此系统 ( A ) A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定。 12.某单位反馈系统的开环传递函数为:()) 5)(1(++=s s s k s G ,当k =( C )时,闭环系统临界稳定。 A.10 B.20 C.30 D.40 13.设系统的特征方程为()025103234=++++=s s s s s D ,则此系统中包含正实部特征的个数 有( C ) A.0 B.1 C.2 D.3 14.单位反馈系统开环传递函数为()s s s s G ++=652,当输入为单位阶跃时,则其位置误差为( C ) A.2 B.0.2 C.0.5 D.0.05

自动控制原理试卷有参考答案

一、填空题(每空1分,共15分) 1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式:即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为 ()G s ,则G(s)为G 1(s)+G 2(s)(用G 1(s)与G 2(s)表示)。 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 ω 1.414, 阻尼比=ξ0.707, 该系统的特征方程为2220s s ++=, 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+, 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 6、根轨迹起始于开环极点,终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--,则该系统的开环传递函数为 (1) (1) K s s Ts τ++。 1、在水箱水温控制系统中,受控对象为水箱,被控量为水温。 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,称为开环控制系统;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,称为闭环控制系统;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于闭环控制系统。 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,则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用劳斯判据;在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在 零初始条件下、线性定常控制系统的 输出拉氏变换与 输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++,则其开环幅频特性为222221 1 K T τωωω++; 相频特性为arctan 180arctan T τωω--(或:2 180arctan 1T T τωω τω---+)。 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c ω对应时域性能指标调整时间s t ,它们反映了系统动态过程的快速性 .

自动控制原理题目参考答案

一、填空题 1 闭环控制系统又称为反馈控制系统。 2 一线性系统,当输入就是单位脉冲函数时,其输出象函数与 传递函数 相同。 3一阶系统当输入为单位斜坡函数时,其响应的稳态误差恒为 时间常数T 。 4 控制系统线性化过程中,线性化的精度与系统变量的 偏移程度 有关。 5 对于最小相位系统一般只要知道系统的 开环幅频特性 就可以判断其稳定性。 6 一般讲系统的位置误差指输入就是 阶跃信号 所引起的输出位置上的误差。 7 超前校正就是由于正相移的作用,使截止频率附近的 相位 明显上升,从而具有较大的 稳定裕度。 8 二阶系统当共轭复数极点位于 +-45度 线上时,对应的阻尼比为0、707。 9 PID 调节中的“P ”指的就是 比例 控制器。 10 若要求系统的快速性好,则闭环极点应距虚轴越_ 远 越好。 11 在水箱水温控制系统中,受控对象为_水箱 ,被控量为_水温 。 12 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_ 开环控制方式 ;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_ 闭环控制方式 ;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于_ 开环控制方式 。 13 稳定就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_ 稳定 _。判断一个闭环线性控制系统就是否稳定,在时域分析中采用_ 劳斯判据 _;在频域分析中采用_ 奈氏判据 _。 14、传递函数就是指在_ 零 _初始条件下、线性定常控制系统的_ 输入拉式变换 _与_ 输出拉式变换 _之比。 15 设系统的开环传递函数为2(1)(1) K s s Ts τ++,则其开环幅频特性为_ _,相频特性为 _-180-arctan(tw-Tw)/1+tTw _。 16 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c ω对 应时域性能指标_ 调整时间t _,它们反映了系统动态过程的_快速性 _。 17 复合控制有两种基本形式:即按 输入 的前馈复合控制与按 扰动 的前馈复合控制。 18 信号流图由节点___与___支路_组成。 19 二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为_(0,1)___。 20 两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s ,则G(s)为 G 1(s)+ G 2(s)(用G 1(s)与G 2(s) 表示)。 21 PI 控制器就是一种相位_比例积分___的校正装置。 22 最小相位系统就是指 S 右半平面不存在系统的开环零点与开环极点 。 23对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面:快速性____、_稳定性___与准确性。 24如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间,则在这两个极点间必定存在_一个分离点 _。

自动控制原理试题及答案解析

自动控制原理 一、简答题:(合计20分, 共4个小题,每题5分) 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小,请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现?并解释原因。 2. 大多数情况下,为保证系统的稳定性,通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少?为什么? 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明,对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示,其中质量为m 公斤,弹簧系数为k 牛顿/米,阻尼器系数为μ牛顿秒/米,当物体受F = 10牛顿的恒力作用时,其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下,(合计20分, 共2个小题,每题10分) 1) 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标:超调量%σ,调 节时间s t 和峰值时间p t ; 2) 当()21(),()4sin3r t t n t t =?=时,求系统的稳态误差。

四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示,c ω位于两个交接频率的几何中心。 1) 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2) 计算超调量%σ和调节时间s t 。(合计20分, 共2个小题,每题10分) [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示,()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ,输出位置的容许误差小于2,求: 1) 确定满足上述指标的最小K 值,计算该K 值下的相位裕量和幅值裕量; 2) 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+,试计算相位裕量。 (合计20分, 共2个小题,每题10分) (rad/s)

自动控制原理试卷及答案

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G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s ,则G(s)为 (用G 1(s)与G 2(s) 表示)。 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 ω , 阻尼比=ξ , 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()105t t g t e e --=+, 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101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--,则该系统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入-输出关系的时域表达式是 , 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 0632)(23=+++=s s s s D ,则系统 ( ) A 、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2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ,说明 ( )

自动控制原理试题及答案

自动控制原理试题及答案 Prepared on 24 November 2020

《自动控制原理》试题及答案 1、若某串联校正装置的传递函数为(10s+1)/(100s+1),则该校正装置属于(B )。3分 2、在对控制系统稳态精度无明确要求时,为提高系统的稳定性,最方便的是(A)3分 3、在系统中串联PD调节器,以下那一种说法是错误的(D) 3分 A 是一种相位超前校正装置 B 能影响系统开环幅频特性的高频段 C 使系统的稳定性能得到改善 D使系统的稳态精度得到改善 4、用超前校正装置改善系统时,主要是利用超前校正装置的(A )3分 5、I型系统开环对数幅频特性的低频段斜率为(B )9分 6、设微分环节的频率特性为G(jω),当频率ω从0变化至∞时,其极坐标平面上的奈氏曲线是()9分 7、关于线性系统稳定性的判定,下列观点正确的是 ( )。9分 8、若两个系统的根轨迹相同,则有相同的( ) 9分 9、关于系统零极点位置对系统性能的影响,下列观点中正确的是( ) 7分 10、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴,则系统的( ) 2分 11、若某最小相位系统的相角裕度γ>0,则下列说法正确的是 ( )。2分 12、某环节的传递函数是G(s)=5s+3+2/s,则该环节可看成由(D )环节组成。2分

13、主导极点的特点是(A )2分 14、设积分环节的传递函数为G(s)=K/s,则其频率特性幅值A(ω)=()2分 15、某环节的传递函数为K/(Ts+1),它的对数幅频率特性随K值增加而()2分 16、某系统的传递函数是G(s)=1/(2s+1),则该可看成由(C )环节串联而成2分 17、若系统的开环传递函数在s右半平面上没有零点和极点,则该系统称作(B)2分 18、某校正环节传递函数G(s)=(100s+1)/(10s+1),则其频率特性的奈氏图终点坐标为( D)2分 19、一般为使系统有较好的稳定性,希望相位裕量为( C)2分 20、最小相位系统的开环增益越大,其()2分 21、一阶微分环节G(s)=1+Ts,当频率ω=1/T时,则相频特性∠G(jω)为()2分 22、ω从0变化到+∞时,延迟环节频率特性极坐标图为()2分 23、开环传递函数为G(s)H(s)=(s+3)/(s+2)(s+5),则实轴上的根轨迹为(B)2分 24、开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s*s*s(s+4)),则实轴上的根轨迹为()2分 25、某单位反馈系统的开环传递函数为:G(s)=K/(s(s+1)(s+5)),当k=(C )时,闭环系统临界稳定。2分 26、若系统增加合适的开环零点,则下列说法不正确的是 (B ) 2分 27、当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时,系统的阻尼比为(B)3分

《自动控制原理》习题解答.

《自动控制原理》习题解答西安建筑科技大学自动化教研室

第一章习题及答案 1-3图1-3 (a),(b)所示均为调速系统。 (1) 分别画出图1-24(a)、图(b)所示系统的方框图。给出图1-24(a) 所示系统正确的反馈连线方式。 (2) 指出在恒值输入条件下,图1-24(a),(b) 所示系统中哪个是有差系统,哪个是无差系统,说明其道理。 图1-3 调速系统工作原理图 解图1-3 (a)正确的反馈连接方式如图1-3 (a)中虚线所示。 (1) 系统方框图如图解1-10所示。 (2) 图1-3 (a) 所示的系统是有差系统,图1-3 (b) 所示的系统是无差系统。 图1-3 (a)中,当给定恒值电压信号,系统运行达到稳态时,电动机转速的恒定是以发电机提供恒定电压为条件,对应发电机激磁绕组中电流一定是恒定值。这意味着放大器前端电压是非零的常值。因此,常值偏差电压存在是系统稳定工作的前提,故系统有差。 图1-3 (b)中,给定恒定电压,电动机达到稳定转速时,对应发电机激磁绕组中的励磁电流恒定,这意味着执行电动机处于停转状态,放大器前端电压必然为0,故系统无差。 1-4图1-4 (a),(b)所示的系统均为电压调节系统。假设空载时两系统发电机端电压均为

110V,试问带上负载后,图1-4(a),(b)中哪个能保持110V不变,哪个电压会低于110V?为什么? 图1-4 电压调节系统工作原理图 解带上负载后,开始由于负载的影响,图1-4(a)与(b)系统的端电压都要下降,但图(a)中所示系统能恢复到110V,而图(b) 所示系统却不能。理由如下: 图(a)系统,当u低于给定电压时,其偏差电压经放大器K放大后,驱动电机D转动,经 I增大,发电机的输出电压会升高,从而使偏差电减速器带动电刷,使发电机F的激磁电流 j 压减小,直至偏差电压为零时,电机才停止转动。因此,图(a)系统能保持110V不变。 图(b)系统,当u低于给定电压时,其偏差电压经放大器K后,直接使发电机激磁电流增大,提高发电机的端电压,使发电机G 的端电压回升,偏差电压减小,但不可能等于零,因 i=0,发电机就不能工作。即图(b)所示系统的稳态电压会低于110V。为当偏差电压为0时, f 1-5图1-5是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理,并画出系统方框图。 图1-5 仓库大门自动开闭控制系统

自动控制原理试题及答案 (5)

课程教学 大纲编号: 100102 课程名称: 自动控制原理 学分 4.5 试卷编号:100102021 考试方式: 闭卷考试 考试时间: 120 分钟 满分分值: 100 组卷年月: 2000/5 组卷教师: 向峥嵘 审定教师; 陈庆伟 一.(10分)是非题: 1. 闭环控制系统是自动控制系统,开环控制系统不是自动控制系统( )。 2.闭环控制系统的稳定性,与构成他的开环传递函数无关( ),与闭环传递函数有关( );以及与输入信号有关( )。 3.控制系统的稳态误差与系统的阶数有关( );与系统的类型有关;( ) 与系统的输入信号有关;( ),以及与系统的放大倍数有关。( ) 4.前向通道传递函数为)k (s k 02>的单位负反馈系统能无差的跟踪斜波信号 ( )。 5.最小相位系统是稳定的控制系统( )。 二.(10分)填空题 图示系统的开环放大倍数为 ,静态位置误差为 ,静态速度误差为 ,误差传递函数) s (R )s (E 为 ,当输入信号4=)t (r 时,系统的稳态误差ss e 。 三.(10分)填空题 在频率校正法中,串联超前校正是利用串联矫正装置在系统的 频区产生相角 ,以提高系统的 ,且使幅值穿越频率c ω ,从而系统的响应速度 。串联滞后校正是利用校正装

在 频区产生的特性,以使c ω ,达到提高 的目的,校正后的系统响应速度 。 四.(10分)计算作图题 化简如图所示的结构图,并求闭环传递函数) s (R )s (C 。 五.(10分) 一个开环传递函数为 ) s (s k )s (G 1+= τ的单位负反馈系统,其单位阶跃响应曲线如图所示,试确定参数k 及τ。 六.(8分) 设单位负反馈系统的开环传递函数为) s .(s )s (G 110100+= ,试计算系统的响应控制信号t sin )t (r 5=时的稳态误差。 七.(10分) 设某系统的开环传递函数为)Ts (s k )s (H )s (G 1+=,现希望系统特征方程的所有根都 在a s -=这条线的左边区域内,试确定满足此要求k 的值和T 值的范围)a (0>。

自动控制原理课后习题答案

. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成,并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答: 自动控制系统一般都是反馈控制系统,主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的,按其职能分,主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用,而没有反向联系的控制过程。此时,系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是:输出不影响输入,结构简单,通常容易实现;系统的精度与组成的元器件精度密切相关;系统的稳定性不是主要问题;系统的控制精度取决于系统事先的调整精度,对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是:输出影响输入,即通过传感器检测输出信号,然后将此信号与输入信号比较,再将其偏差送入控制器,所以能削弱或抑制干扰;可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键,是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答: 自动控制系统的基本要求概括来讲,就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统,要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值(例如恒温控制系统)。对随动系统,被控制量始终跟踪参量的变化(例如炮轰飞机装置)。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求,因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下,希望过渡过程进行得越快越好,但如果要求过渡过程时间很短,可能使动态误差过大,合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下,当系统达到稳态后,其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然,这种误差越小,表示系统的精度

自动控制原理试题及答案

自动控制原理 一、简答题:(合计20分,共4个小题,每题5分) 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小,请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现?并解释原因。 2. 大多数情况下,为保证系统的稳定性,通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少?为什么? 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明,对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示,其中质量为m 公斤,弹簧系数为k 牛顿/米,阻尼器系数为μ牛顿秒/米,当物体受F = 10牛顿的恒力作用时,其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下,(合计20分,共2个小题,每题10分) 1) 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标:超调量%σ,调 节时间s t 和峰值时间p t ; 2) 当()21(),()4sin 3r t t n t t =?=时,求系统的稳态误差。

四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示,c ω位于两个交接频率的几何中心。 1) 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2) 计算超调量%σ和调节时间s t 。(合计20分,共2个小题,每题10分) [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示,()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ,输出位置的容许误差小于2 ,求: 1) 确定满足上述指标的最小K 值,计算该K 值下的相位裕量和幅值裕 量; 2) 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+,试计算相位裕量。 (合计20分,共2个小题,每题10分) (rad/s)

自动控制原理试卷及答案

自动控制原理试题及答案 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G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s ,则G(s)为 (用G 1(s)与G 2(s) 表示)。 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 ω , 阻尼比=ξ , 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()105t t g t e e --=+, 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101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--,则该系统的开环传递函 数为 。 8、PI 控制器的输入-输出关系的时域表达式是 , 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 0632)(23=+++=s s s s D ,则系统 ( ) A 、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2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ,说明 ( ) A 、 型别2

自动控制原理课后答案

第一章 1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下,希望液面高度c维持不变,试说明系统工作原理并画出系统方块图。 图1-2 液位自动控制系统 解:被控对象:水箱;被控量:水箱的实际水位;给定量电位器设定水位(表征液位的希望值);比较元件:电位器;执行元件:电动机;控制任务:保持水箱液位高度不变。 工作原理:当电位电刷位于中点(对应)时,电动机静止不动,控制阀门有一定的开度,流入水量与流出水量相等,从而使液面保持给定高度,一旦流入水量或流出水量发生变化时,液面高度就会偏离给定高度。 当液面升高时,浮子也相应升高,通过杠杆作用,使电位器电刷由中点位置下移,从而给电动机提供一定的控制电压,驱动电动机,通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动,从而减少流入的水量,使液面逐渐降低,浮子位置也相应下降,直到电位器电刷回到中点位置,电动机的控制电压为零,系统重新处于平衡状态,液面恢复给定高度。 反之,若液面降低,则通过自动控制作用,增大进水阀门开度,加大流入水量,使液面升高到给定高度。 系统方块图如图所示: 1-10 下列各式是描述系统的微分方程,其中c(t)为输出量,r (t)为输入量,试判断哪些是线性定常或时变系统,哪些是非线性系统 (1); (2); (3); (4); (5); (6); (7) 解:(1)因为c(t)的表达式中包含变量的二次项,所以该系统为非线性系统。 (2)因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项,且各项系数均为常数,所以该系统为线性定常系统。 (3)该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项,所以该系统为线性系统,但第一项的系数为t,是随时间变化的变量,因此该系统为线性时变系统。 (4)因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数,所以该系统为非线性系统。 (5)因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项,且各项系数均为常数,所以该系统为线性定常系统。 (6)因为c(t)的表达式中包含变量的二次项,表示二次曲线关系,所以该系统为非线性系统。 (7)因为c(t)的表达式可写为,其中,所以该系统可看作是线性时变系统。

自动控制原理 第1章习题解答

第1章 控制系统的数学模型习题及解答 1-1 什么是自动控制?它对于人类活动有什么意义? 答 自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制装置使被控对象中某一物理量或数个物理量准确地按照预定的要求规律变化。 1-2 自动控制系统由哪几大部分组成?各部分都有哪些功能? 答 自动控制系统一般由被控对象、执行器、控制器和反馈环节等部分组成。 1-3 试叙述人在伸手时的运动与控制过程? 答 人在伸手时由大脑发出控制命令。 1-4什么是开环控制系统?什么是闭环控制系统?试比较开环控制系统和闭环控制系统的区别及其优缺点。 答 开环控制系统是指无被控量反馈的控制系统。闭环 控制系统是指有被控量反馈的控制系统。开环控制系统的优 点是结构简单,缺点是控制精度难于保证。闭环控制系统的 突出优点,利用偏差来纠正偏差,使系统达到较高的控制精 度。但与开环控制系统比较,闭环系统的结构比较复杂,构 造比较困难。 1-5 试列举几个日常生中的开环控制及闭环控制系统,并说明其工作原理。 答 开环控制有:电磁灶,微波炉,打印机等。闭环控制有:电冰箱,抽水马桶,电饭堡等。 1-6 家用电器中,洗衣机是开环控制还是闭环控制?一般的电冰箱是何种控制? 答 洗衣机是开环控制。一般的电冰箱是闭环控制。 1-7 题1-7图表示一个水位自动控制系统,试说明其作用原理。 答 当打开阀门水位下降时浮子也随同下降,浮子下降带动三角形下降,进水口随之开大,使进水加大,水位开始上升,以保证水位稳定不变。 1-8 题1-8图是恒温箱的温度自动控制系统.要求: (1) 画出系统的原理方框图; (2) 当恒温箱的温度发生变化时,试述系统的调节过程; (3) 指出系统属于哪一类型 ? 题1-7图 题1-8图

自动控制原理第一章课后习题答案(免费)

自动控制原理第一章课后习题答案(免费) 1-1* 若系统单位阶跃响应 49()1 1.80.8t t h t e e --=-+ 试确定系统的频率特性。 解: 系统的阶跃响应为:49()1 1.80.8t t h t e e --=-+ 输出的拉氏变换为: 1 1.80.8()49 C s s s s =-+++ 系统的传递函数为:()1 1.80.836 ()()()49(4)(9)C s G s s R s s s s s s = =-+=++++ 系统的频率特性为:36 ()(4)(9) G jw jw jw = ++ 1-2 已知系统开环传递函数 2 (1) ()();,,0(1) K s G s H s K T s Ts ττ+= >+ 试分析并绘制T τ>和T τ>情况下的开环幅相曲线。 解: 2 (1) ()()(1) K wj G jw H jw w Twj τ+=- + 当T τ>时: 00 (0)(0)180()()0180 G j H j G j H j =∞∠-∞∞=∠- 极坐标图为: Re 当T τ>时,极坐标图为

1-3* 已知系统开环传递函数 ()G j ω2121(1) ();,,0(1) K T s G s K T T s T s -+= >+ 当取1ω=时,()180o G j ω∠=-,()0.5G j ω=。当输入为单位速度信号时,系统的稳态误差为0.1,试写出系统开环频率特性表达式()G j ω。 解:2 21212 22 11(1)()(1)()(1)(1) K T wj T T wK TT w Kj G jw jw T wj w T w -+++-==-++ 当w=1时,()180o G jw ∠=-,()0.5G jw = 1210TT -= 2 10.5(1)T =+ 又因为输入单位速度信号时的系统稳态误差为0.1.且该系统为I 型系统,所以: 10.1K =,K=10,由上式可得:121 20,,1020 T T K ===。 10(1)20()(201) s G s s s - +=+ 则系统的开环频率特性表达式为: 10(1)20()(201) w j G jw wj wj - +=+

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