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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）适用专业年级 : 2012 考试时间 100分钟

考生注意事项：1、本试卷共 2 页，试卷如有缺页或破损，请立即举手报告以便更换。 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。

3、答案请写在答题纸之密封线内和纸卷正面，否则不记分。

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

B 、系统不稳定；

C 、输入幅值过大；

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( )

A 、主反馈口符号为“-” ；

B 、除r K 外的其他参数变化时；

C 、非单位反馈系统；

D 、根轨迹方程（标准形式）为1)()(+=s H s G 。 6、开环频域性能指标中的相角裕度γ对应时域性能指标( ) 。

A 、超调%σ

B 、稳态误差ss e

C 、调整时间s t

D 、峰值时间p t 7、已知开环幅频特性如图2所示，则图中不稳定的系统是( )。

系统① 系统② 系统③

图2

A 、系统①

B 、系统②

C 、系统③

D 、都不稳定 8、若某最小相位系统的相角裕度0γ>，则下列说法正确的是 ( )。

A 、不稳定；

B 、只有当幅值裕度1g k >时才稳定；

C 、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101 1001

，则该校正装置属于( )。

A、超前校正

B、滞后校正

C、滞后-超前校正

D、不能判断

10、下列串联校正装置的传递函数中，能在1

ω=处提供最大相位超前角的是：A、

101

B、

101

0.11

C、

0.51

D、

0.11

101

+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：

1、写出闭环传递函数

()

C s

R s

Φ=表达式；（4分）

2、要使系统满足条件：707

ξ,2

ω,试确定相应的参数K和β；（4分）

3、求此时系统的动态性能指标

σ；（4分）

4、t

)(=时，求系统由()

r t产生的稳态误差

e；（4分）

5、确定)

，使干扰)

n对系统输出)

c无影响。（4分）

五、(共15分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为

()

(3)

G s

s s

1、绘制该系统以根轨迹增益K r为变量的根轨迹（求出：渐近线、分离点、

图4

与虚轴的交点等）；（8分）

2、确定使系统满足10<<ξ的开环增益K 的取值范围。（7分）

六、（共22分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线0()L ω如图5所示：

1、写出该系统的开环传递函数)(0s G ；（8分）

2、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γ。（7分）

4、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）

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、G 1(s)+G 2(s)；

4、2；

0.707=；2220s s ++=；衰减振荡 5、

105

0.20.5s s s s

++；

6、开环极点；开环零点

7、

(1)

K s s Ts τ++

8、1()[()()]p u t K e t e t dt T =+?；1

[1]p K Ts

+；稳态性能

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：1、建立电路的动态微分方程根据KCL

有

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)

得传递函数 2

1212

21i 0)(U )(U )(R R Cs R R R Cs R R s s s G +++==

(2分)

四、(共20分)

解：1、（4分） 2

2222

221)()()(n n n s s K s K s K s

K s K s K

s R s C s ωξωωββ++=++=++==Φ 2、（4分） ?

??=====2224222

n n K K ξωβω ???==707.04βK

3、（4分） 00100

32.42

==--ξξπ

83.22

s t ξω

4、（4分） )1(1)(1)(2+=+=+

=s s K s s K s

K s K s G βββ ???==11v K K β

414.12===

βK

ss K A

e 5、（4分）令：0)

()

(11)()()(＝s s G s

s K s N s C s n n ?-??? ??+==

Φβ 得：βK s s G n +=)(

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： ?????

??±-=--=180,602

33a σ （2分） (4) 分离点： 03

1=++d d 得： 1-=d （2分）

432

=+?=d d K r (5)与虚轴交点：096)(2

=+++=r K s s s s D

[][]???=+-==+-=0

6)(Re 09)(Im 2

3r K j D j D ωωωωω ???==543

r K ω （2分）绘制根轨迹如右图所示。

2、（7分）开环增益K 与根轨迹增益K r 的关系：???

????+??? ??=+=139)3()(22s s K s s K s G r

r 得9r

K K = （1分）

系统稳定时根轨迹增益K r 的取值范围：54

系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益K r 的取值范围：544<

系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K 的取值范围：

解：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 1

()1

(1)(

G s s s s ωω=

++ (2分)

由图可知：1ω=处的纵坐标为40dB, 则(1)20lg 40L K ==, 得100K = (2分)

1210ωω=和=100 （2分）

故系统的开环传函为 ??

? ??+??? ??+=

1100110100

)(0s s s s G （2分）

2、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 0100

()1110100G j j j j ωωωω=

????++ ????

???

（1分）

开环幅频特性

0()A ω=

（1分）

开环相频特性： 11

0()900.10.01s tg tg ?ωω--=--- （1分）

3、求系统的相角裕度γ：

求幅值穿越频率，令0()1A ω=

= 得31.6/c rad s ω≈（3分）

11110()900.10.0190 3.160.316180c c c tg tg tg tg ?ωωω----=---=---≈- （2分） 0180()1801800c γ?ω=+=-= （2分）

对最小相位系统0γ= 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

课程名称: 自动控制理论（A/B 卷闭卷）适用专业年级考试时间 100分钟

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；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

2(1)

(1)

K s s Ts τ++，则其开环幅频特性

为，相频特性为。

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，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

C 、响应速度越快

D 、响应速度越慢

4、已知系统的开环传递函数为

(21)(5)

s s ++，则该系统的开环增益为 ( )。

A 、 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0

6、开环频域性能指标中的相角裕度γ对应时域性能指标( ) 。

A 、超调%σ

B 、稳态误差ss e

C 、调整时间s t

D 、峰值时间p t 7、已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是( ) A 、

(2)(1)K s s s -+ B 、(1)(5K s s s +-+） C 、2(1)K s s s +－ D 、(1)

(2)

K s s s --

8、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( )。

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1,212s j =-±的系统

B 、闭环特征方程为2210s s ++=的系统

C 、阶跃响应为0.4()20(1)t c t e -=+的系统

D 、脉冲响应为0.4()8t h t e =的系统

三、(8分)写出下图所示系统的传递函数

(

)

()

C s R s （结构图化简，梅逊公式均可）。

四、（共20分）设系统闭环传递函数 22()1

()()21

C s s R s T s Ts ξΦ=

=++，试求： 1、0.2ξ=；s T 08.0=； 0.8ξ=；s T 08.0=时单位阶跃响应的超调量%σ、调节时间s t 及峰值时间p t 。（7分）

2、4.0=ξ；s T 04.0=和4.0=ξ；s T 16.0=时单位阶跃响应的超调量%σ、调节时间s t 和峰值时间p t 。（7分）

3、根据计算结果，讨论参数ξ、T 对阶跃响应的影响。（6分）

五、(共15分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为

(1)

()()(3)

r K s G S H S s s +=

－，试： 1、绘制该系统以根轨迹增益K r 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()()(1)

G s H s s s =+ ，试：

1、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）

3、求系统满足上面要求的相角裕度γ。（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

arctan 180arctan T τωω--(或：2

180arctan

1T T τωω

τω

---+) 6、调整时间s t ；快速性

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

()

C s R s （结构图化简，梅逊公式均

可）。

解：传递函数G(s):根据梅逊公式 1

()

()()

i i

i P C s G s R s =?

∑ （1分）

4条回路:123()()()L G s G s H s =-, 24()()L G s H s =-，

3123()()(),L G s G s G s =- 414()()L G s G s =- 无互不接触回路。（2分）

特

征式：

234123141

11()()()()()()()()()()i i L G s G s H s G s H s G s G s G s G s G s =?=-=++++∑

（2分）

2条前向通道: 11231()()(), 1P G s G s G s =?= ；

2142()(), 1P G s G s =?= （2分）

12314112223412314()()()()()()()()1()()()()()()()()()()

G s G s G s G s G s P

P C s G s R s G s G s H s G s H s G s G s G s G s G s +?+?∴=

==?++++（1分）

四、(共20分)

解：系统的闭环传函的标准形式为：2

2222

()212n n n

s T s Ts s s ωξξωωΦ==++++，其中1

n T

ω=

1、当 0.20.08T s ξ=??=? 时，

0.2%52.7%4440.08 1.60.20.26s n p d e e T t s

t s πξπσξωξπω--??===????

====???=====???

（4分）

当 0.80.08T s ξ=??=? 时，

0.8% 1.5%4440.080.40.80.42s n p d e e T t s

t s πξπσξωξπω--??===????

====???=====??? （3分） 2、当 0.40.04T s ξ=??=? 时，

0.4%25.4%4440.040.40.40.14s n p

d e e T t s

t s πξπσξωξπω--??===????

====??

?=====???

（4分）

当 0.40.16T s ξ=??=? 时，

0.4%25.4%4440.16 1.60.40.55s n p d e e T t s

t s πξπσξωξπω--?

?===????

====??

?=====???

（3分）

3、根据计算结果，讨论参数ξ、T 对阶跃响应的影响。（6分）

(1)系统超调%σ只与阻尼系数ξ有关，而与时间常数T 无关，ξ增大，超调%σ减小；

（2分）

(2)当时间常数T 一定，阻尼系数ξ增大，调整时间s t 减小，即暂态过程缩短；峰值时间p t 增加，即初始响应速度变慢；（2分）

(3)当阻尼系数ξ一定，时间常数T 增大，调整时间s t 增加，即暂态过程变长；峰值时间p t 增加，即初始响应速度也变慢。（2分）

五、(共15分)

(1)系统有有2个开环极点（起点）：0、3，1个开环零点（终点）为：-1；（2分）

(2)实轴上的轨迹：（-∞，-1）及（0，3）；（2分） (3)求分离点坐标

111

d d d =+

+-，得 121, 3d d ==- ；（2分）分别对应的根轨迹增益为 1, 9r r K K ==

(4)求与虚轴的交点

系统的闭环特征方程为(3)(1)0r s s K s ++=－,即2

(3)0r r s K s K +-+=

令 2(3)0r r s j s K s K ω

=+-+=,得 3, 3r K ω=±= （2分）

根轨迹如图1所示。

图1

2、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K 的取值范围

系统稳定时根轨迹增益K r 的取值范围： 3r K ≥，（2分）系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益K r 的取值范围： 3~9r K =，（3分）开环增益K 与根轨迹增益K r 的关系： 3

K K =

（1分）

系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K 的取值范围： 1~3K = （1分）

六、（共22分）

解：1、系统的开环频率特性为 ()()(1)

G j H j j j ωωωω=

（2分）

幅频特性：()A ω=

，相频特性：()90arctan ?ωω=--（2分）

起点： 00,(0),(0)90A ω?+++==∞=-；（1分）

终点： ,()0,()180A ω?→∞∞=∞=-；（1分）

0~:()90~180

ω?ω=∞=--，

曲线位于第3象限与实轴无交点。（1分）开环频率幅相特性图如图2所示。

判断稳定性：

开环传函无右半平面的极点，则0P =，极坐标图不包围（－1，j0）点，则0N =

根据奈氏判据，Z ＝P －2N ＝0 系统稳定。（3分）

2、若给定输入r(t) = 2t ＋2时，要求系统的稳态误差为0.25，求开环增益K ：

系统为1型，位置误差系数K P =∞，速度误差系数K V =K ，（2分）

依题意： 2

0.25ss v A A e K K K

====，（3分）

得 8K = （2

分）

故满足稳态误差要求的开环传递函数为 8

()()(1)

G s H s s s =+

3、满足稳态误差要求系统的相角裕度γ：

令幅频特性：()1A ω==，得 2.7c ω=，（2

分）

()90arctan 90arctan 2.7160

c c ?ωω=--=--≈-，（1分）

相角裕度γ：180()18016020c γ

?ω=+=-= （2分）

图2

试题三

课程名称: 自动控制理论（A/B 卷闭卷）适用专业年级考试时间 100分钟

考生注意事项：1、第五题、第六题任选其一。★★

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：、快速性和。

2、控制系统的称为传递函数。一阶系统传函标准形式是，二阶系统传函标准形式是。

3、在经典控制理论中，可采用、根轨迹法或等方法判断线性控制系统稳定性。

4、控制系统的数学模型，取决于系统和 , 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，横坐标为。

6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指，Z 是指，R 指。

7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为。%σ是。

8、PI 控制规律的时域表达式是。P I D 控制规律的传递函数表达

式是

。 9、设系统的开环传递函数为

12(1)(1)

s T s T s ++，则其开环幅频特性为，相频特

性为。

二、判断选择题(每题2分，共 16分)

1、关于线性系统稳态误差，正确的说法是：( )

A 、一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差；

B 、稳态误差计算的通用公式是20()

lim 1()()

ss s s R s e G s H s →=+；

C 、增大系统开环增益K 可以减小稳态误差；

D 、增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性。 2、适合应用传递函数描述的系统是 ( )。

A 、单输入，单输出的线性定常系统；

B 、单输入，单输出的线性时变系统；

C 、单输入，单输出的定常系统；

D 、非线性系统。

3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为

(1)

s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( )。

A 、(1)0s s +=

B 、 (1)50s s ++=

C 、(1)10s s ++=

D 、与是否为单位反馈系统有关

4、非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为 ( )

A 、 ()()()E S R S G S =?

B 、()()()()E S R S G S H S =??

C 、()()()()E S R S G S H S =?-

D 、()()()()

E S R S G S H S =- 5、已知下列负反馈系统的开环传递函数，应画零度根轨迹的是 ( )。

A 、 *(2)(1)K s s s -+

B 、*(1)(5K s s s -+）

C 、*2(31)K s s s +－

D 、*(1)(2)

K s s s --

6、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的：

A 、低频段

B 、开环增益

C 、高频段

D 、中频段 7、已知单位反馈系统的开环传递函数为2210(21)

()(6100)

s G s s s s +=

++，当输入信号是

2()22r t t t =++时，系统的稳态误差是( )

A 、 0 ；

B 、 ∞ ；

C 、 10 ；

D 、 20

8、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( )

A 、如果闭环极点全部位于S 左半平面，则系统一定是稳定的。稳定性与闭环零点位置无关；

B 、如果闭环系统无零点，且闭环极点均为负实数极点，则时间响应一定是衰减振荡的；

C 、超调量仅取决于闭环复数主导极点的衰减率，与其它零极点位置无关；

D 、如果系统有开环极点处于S 右半平面，则系统不稳定。

三、(16分)已知系统的结构如图1 所示，其中(0.51)

()(1)(21)

k s G s s s s +=

++，输入信号

为单位斜坡函数，求系统的稳态误差(8分)。分析能否通过调节增益 k ，使稳态误差小于 0.2 (8分)。

四、(16分)设负反馈系统如图2 ，前向通道传递函数为10

()(2)

G s s s =

+，若采用测

速负反馈()1s H s k s =+，试画出以s k 为参变量的根轨迹(10分)，并讨论s k 大小对系统性能的影响(6分)。

五、已知系统开环传递函数为(1)

()(),,,(1)

k s G s H s k T s Ts ττ-=

+均大于0 ，试用奈奎斯特稳

定判据判断系统稳定性。 (16分) ［第五题、第六题可任选其一］

六、已知最小相位系统的对数幅频特性如图3所示。试求系统的开环传递函数。(16分)

七、设控制系统如图4，要求校正后系统在输入信号是单位斜坡时的稳态误差不大于0.05，

相角裕度不小于40o ，幅值裕度不小于 10 dB ，试设计串联校正网络。( 16分)

试题三答案

一、填空题(每题1分，共20分)

图4

1、稳定性(或：稳，平稳性)；准确性(或：稳态精度，精度)

2、输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值；1

()1

G s Ts =

+ ； 2

()2n

n n

G s s s ωζωω=++ (或：221()21G s T s T s ζ=++) 3、劳斯判据(或：时域分析法)；奈奎斯特判据(或：频域分析法) 4、结构；参数

5、20lg ()A ω(或：()L ω)；lg ω(或：ω按对数分度)

6、开环传函中具有正实部的极点的个数，(或：右半S 平面的开环极点个数)；

闭环传函中具有正实部的极点的个数(或：右半S 平面的闭环极点个数，不稳定的根的个数)；奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。

7、系统响应到达并保持在终值5%2%±±或误差内所需的最短时间(或：调整时间，调节时间)；响应的最大偏移量()p h t 与终值()h ∞的差与()h ∞的比的百分数。（或：

()()100%()

p h t h h -∞?∞，超调）

8、0

()()()t

p i

K m t K e t e t dt T =+

(或：0()()t

p i

K e t K e t dt +?) ；

()(1)C p i G s K s T s τ=++ (或：i p d K K K s s

++)

、()A ω=

011

12()90()()tg T tg T ?ωωω--=---

二、判断选择题(每题2分，共 16分)

1、C

2、A

3、B

4、D

5、A

6、D

7、D

8、A

三、(16分)

解：Ⅰ型系统在跟踪单位斜坡输入信号时，稳态误差为 1

ss v

e K =

（2分）而静态速度误差系数 0

(0.51)

lim ()()lim (1)(21)

v s s K s K s G s H s s K s s s →→+=?=?

=++ （2分）

稳态误差为 11ss v e K K

=。（4分）要使0.2ss e < 必须 1

50.2

K >=，即K 要大于5。（6分）但其上限要符合系统稳定性要求。可由劳斯判据决定其上限。系统的闭环特征方程是

()(1)(21)0.523(10.5)0D s s s s Ks K s s K s K =++++=++++= （1分）

构造劳斯表如下

321

210.5330.5030

s K s K K s

s K

+-为使首列大于0，必须 06K <<。

综合稳态误差和稳定性要求，当56K <<时能保证稳态误差小于0.2。（1分）

四、(16分)

解：系统的开环传函 10

()()(1)(2)

s G s H s k s s s =

++，其闭环特征多项式为()D s

2()210100s D s s s k s =+++=，（1分）以不含s k 的各项和除方程两边，得

2101210

s k s s s =-++ ，令 *

10s k K =，得到等效开环传函为 *2

1210K s s =-++ （2分）参数根轨迹，起点：1,213p j =-±，终点：有限零点 10z =，无穷零点 -∞ （2分）实轴上根轨迹分布：［－∞，0］（2分）

实轴上根轨迹的分离点：令 22100d s s ds s ??

++= ???

，得

1,2100, 3.16s s -===±

合理的分离点是

1 3.16s ==-，（2分）该分离点对应的根轨迹增益为

210

4.33s s s K s ++=

=，对应的速度反馈时间常数 *10.43310s K k ==（1分）根轨迹有一根与负实轴重合的渐近线。由于开环传函两个极点1,213p j =-±，一个有限零点10z =

且零点不在两极点之间，故根轨迹为以零点10z =为圆心，以该圆心到分离点距离为半径的圆周。

根轨迹与虚轴无交点，均处于s 左半平面。系统绝对稳定。根轨迹如图1所示。（4分）讨论s k 大小对系统性能的影响如下：

（1）、当 00.433s k <<时，系统为欠阻尼状态。根轨迹处在第二、三象限，闭环极点为共轭的复数极点。系统阻尼比ζ随着s k 由零逐渐增大而增加。动态响应为阻尼振荡过程，s