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1、自动控制原理模拟试卷三 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K2
2、（ s 1），则其开环幅频特性为，相频特性为。 S2（TS + 1） 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、 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 50 ，则该系统的开环增益为（）。 （2s+1）（s+5） A、50B 25 C 、10D 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 0D 速度误差系数为 0 6、 开环频域性能指标中的相角裕度 对应时域性能指标（）。 A、超调稳态误差ess C、调整时间ts D 峰值时间tp 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 K
4、（2 -s） B. K（s+1）C K D K（1S） s（s +1） s（s+5） s（s2 s+1） s（2s） 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&,2 = -1 一 j2的系统 B、闭环特征方程为s2 2s 0的系统 C、阶跃响应为c（t） =20（1（皿）的系统
5、 D 脉冲响应为h（t）=8e0.4t的系统 三、（8分）写出下图所示系统的传递函数需（结构图化简，梅逊公式均可） 四、（共20分）设系统闭环传递函数。（沪器=旨詁莉，试求: tp。（7 分） | I , . . - 3、根据计算结果，讨论参数 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 G（S）H （SH B，试: s（s- 3） 1、 绘制该系统以根轨迹增益 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厲呦沪右），试
6、: 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 。（5 分） 自动控制原理模拟试卷三1、 J0.2 ； T = 0.08s ;上-0.8 ； T = 0.08s 时单位阶跃响应的超调量 c%、调节时间 ts及峰值时间 tp （7 2、 = 0.4 ； T = 0.04s 和=0.4 ； T = 0.16s 时单位阶跃响应的超调量二%、调节时间ts和峰值时间 参考答案 1 1、 2 2、 3 3、 4 4、 、填空题（每题 1 1 分，共
7、2020 分） 水箱；水温 开环控制系统；闭环控制系统；闭环控制系统 稳定；劳斯判据；奈奎斯特判据 零；输出拉氏变换；输入拉氏变换 ； arCtan j80=arctanT (或: -.T 1 -180 -arctan T T- -2 ) ) 1 + 订co2 调整时间ts :快速性 二、判断选择题（每题 2 2 分，共 2020 分） 1 1、B B 2 2、C 3C 3、D D 4 4、C C 5 5、B B 7 7、B B 8 8、B9B9、A A 1010、D D 三、（8 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）:
8、根据梅逊公式G（s） =C（S） R（S） n Pi 匕-(1 1 分) A 4 4 条回路：L1 二G2（s）G3（s）H（s）丄2 二G4（s）H （s）， I x、 - L3 = -G1(s)G2(s)G3(s), L = -G1(s)G4(s)无互不接触回路。(2 2 分) 特征式：=1- Li =1 G2(S)G3(S)H(S) G4(S)H(S) G1(S)G2(S)G3(S) G1(S)G4(S) i 二 (2 (2 分) F2 9(S)G4(S), =1( 2 2 分) G(s)3=P二 R(s) 四、（共 2020 分） 解：系统的闭环传函的标准形式为: G(S)G2(S)G
9、3(S) G(S)G4(S) 1 G2(SG(S)H(S) G4(S)H(S) G(S)G2(S)G3(S) G(S)G4(S) (1 (1 分) 1 T2s2 2 Ts 1 ，其中n % =e 望、乓=/2 3 皿砂=52.7% 2 2 当时间常数T一定，阻尼系数增大，调整时间ts减小，即暂态过程缩短；峰值时间 tp增加, 应速度变慢；（2 2 分） 3 3 当阻尼系数一定，时间常数T增大，调整时间ts增加，即暂态过程变长；峰值时间 tp增加, 应速度也变慢。（2 2 分） 匚乂一一 L 乂加二八用=1.5% 二 0.08 0.42s 1- 2 1 -0.82 1 1、 当 4 T = 0.
10、08s 时，ts 4T 4 韭=1.6s 0.2 （4 4分） tP Ji 1- 2 1 - 2 、1-0.22 二 0.08 26s = 0.8 时, T = 0.08s 4T 4 空 0.4s 0.8 （3 3 分） -% 二 e1- _0 .4：/5 =25.4% 2、 当心 T = 0.04s 时, ts 4T 4 0.04 t 0.4 = 0.4s （4 4分） =0.4 时, T = 0.16s 3 3、 ； Ls lP d -n -2 J - 2 1-0.42 二 .04=0.14s =e匚z 二 e4二八曲=25.4% 4 4T 4 0.16 = 1.6s 0.4 T 二 0.
11、16 -2 1- 2 0.55s 1-0.42 （3 3 分） 根据计算结果，讨论参数 ：T对阶跃响应的影响。 系统超调 c%c%只与阻尼系数有关，而与时间常数 （6 6分） T无关，增大，超调- %减小 （2 2 分） 即初始响 即初始响 tp JI 分别对应的根轨迹增益为 Kr =1, Kr =9 （4 4）求与虚轴的交点 2 系统的闭环特征方程为 s（s-3） Kr（s 10, ,即s2 - （Kr -3）s Kr = 0 令 S2 +（Kr -3）S + Kr s* = 0, ,得=土船,Kr =3 （ 2 2 分） 根轨迹如图 1 1 所示。 图 1 1 2 2、求系统稳定且为欠阻尼
12、状态时开环增益 K的取值范围 系统稳定时根轨迹增益 K的取值范围： Kr _3 ,（2 2 分） 幅频特性： K A)= - *，相频特性：申) = -90 -arctan (2 2 分) (1 起点： ，0 . A (. 0：) ，=(一00) (1 分)0 1 1 , - - 终占： 八、 1 :-,A ( =) 0：, =( ) c ; (1 分) 图2 -=0：(J = -90 -180 , 曲线位于第 3 3 象限与实轴无交点。（1 1 分） 开环频率幅相特性图如图 2 2 所示。 判断稳定性： 开环传函无右半平面的极点，贝U P = 0 , 极坐标图不包围（一 1 1, j0 j0
13、 ）点，贝y N =0=0 根据奈氏判据，Z Z= P P- 2N2N= 0 0 系统稳定。（3 3 分） 2 2、若给定输入r（t）=2t +2时，要求系统的稳态误差为 0.250.25，求开环增益 K： 系统为 1 1 型，位置误差系数 KP=R,速度误差系数 K=K, （2 2 分） A A 2 依题意：电 A A 2= 0.25 , （3 3 分） s Kv K K 1 1 + - d d -3 ，得 d1 =1, d2 = -3 ； (2 分) 系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益 K的取值范围：Kr =39 ,（ 3 3 分） 开环增益K与根轨迹增益Kr的关系: 系统稳定且为欠阻尼状
14、态时开环增益 六、（共 2222 分） Kr K 二 r （1 1 分） 3 K的取值范围：K =1 3 （1 1 分） 解：1 1、系统的开环频率特性为 G(r)H(j)= K j (1 j) (2 (2 分) 得 K = 8 （2 2 分） 故满足稳态误差要求的开环传递函数为G(s)H(s)二 8 s(s 1) 3 3、满足稳态误差要求系统的相角裕度 ： 8 令幅频特性： A（ ） 2 - 1，得 c = 2.7，（2 2 分） Gc） =-90 b-arctanc =-9。-arctan2.7 纭-160 ,（ i i 分） 相角裕度：容=180 （，c） =180：一 160： = 20： （2 2 分）2 2 条前向通道: :p =G1(s)G2(s)G3(s), 五、（共 1515 分） （1 1）系统有有 2 2 个开环极点（起点）：0 0、3 3，1 1 个开环零点（终点）为：- -1 1 ；（ 2 2 分） 实轴上的轨迹：（- - -1 1 ）及（0 0, 3 3） ； （ 2 2 分） （3 3）求分离点坐标