自动控制原理期末考试题.pdf

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1、《自动控制原理B》试题A卷答案一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）51．若某负反馈控制系统的开环传递函数为，则该系统的闭环特征方程为(D)。s(s1)A．s(s1)0B.s(s1)50C.s(s1)10D.与是否为单位反馈系统有关2．梅逊公式主要用来（C）。A.判断稳定性B.计算输入误差C.求系统的传递函数D.求系统的根轨迹3．关于传递函数，错误的说法是(B)。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

2、函数的极点决定了系统的稳定性。4．一阶系统的阶跃响应（C）。A．当时间常数较大时有超调B．有超调C．无超调D．当时间常数较小时有超调5.如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为（A）A．0型系统B.I型系统C.II型系统D.III型系统二、填空题（本大题共7小题，每空1分，共10分）得分1．一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：___稳定性、快速性、__准确性___。2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的数学模型来描述。3.控制系统的基本控制方式为开环控制和闭环控制。4.某负反馈控制系统前

3、向通路的传递函数为G(s)，反馈通路的传递函数为H(s)，则系统G(s)的开环传递函数为G(s)H(s)，系统的闭环传递函数为。1G(s)H(s)K(s2)(s1)5开环传递函数为G(s)H(s)，其根轨迹的起点为0,4,1j。2s(s4)(s2s2)6.当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将增大。7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之积。三、简答题（本题10分）图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并

4、说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？图1水温控制系统原理图解工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设

5、定；冷水流量是干扰量。系统方块图如图解1所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。图1水温控制系统方框图四、计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）得分1.一阶系统如图2所示，要求系统闭环增益K2，调节时间ts0.4（秒）（5%）。试确定参数K1,K2的值。图2一阶系统方块图K11sK1K21.解：系统闭环传递函数为：(s)（4分）K1K2sK1K2s11sK1K21令闭环增益K2，得：K20.5（3分）K23令调节时间ts3T0.4，得：K115。（3分）K1K2C(s)2.系统动态结构图如图3所示，求闭环传递函数。R(s)

6、图3控制系统的结构方框图2.解：法一：梅森增益公式图中有1条前向通路，3个回路（4分）P1G1G2G3，11，L1G1G2，L2G2G3，L3G1G2G3，1(L1L2L3)，C(s)P11G1G2G3（6分）R(s)1G1G2G2G3G1G2G3法二：结构图的等效化简C(s)G1G2G3所以：R(s)1G1G2G2G3G1G2G32n3.已知二阶系统22,(n0)，定性画出当阻尼比0,01,1和s2nsn10时，系统在s平面上的阶跃响应曲线。解：五、综合应用（本大题共3小题，共40分）K1.（本题15分）已知系统的开环传递函数为G

7、(s)，s(s1)(0.2s1)（1）试绘制系统的根轨迹图（计算渐近线的坐标、分离点、与虚轴交点等）;（2）为使系统的阶跃响应呈现衰减振荡形式，试确定K的取值范围。K5K解：G(s)s(s1)(0.2s1)s(s5)(s1)（1）系统有三个开环极点：p10,p21,p35（1分）①实轴上的根轨迹：,5,1,0（1分）015a23②渐近线：（2分）(2k1),a33111③分离点：0（2分）dd5d1解之得：d10.47，d23.52(舍去)。32④与虚轴的交点：特征方程为D(s)s6s5s5K02Re[D(j)]65K0令3Im[D

8、(j)]505解得（3分）K6与虚轴的交点（0，5j）。根轨迹如图解(a)所示。（3分）*K0.470.534.53（2）因为分离点d0.47对应的K0.23155呈现衰减振荡形式，K的取值范围为0.23K6（3分）K2.（本题10分