自动控制原理期中试题.doc

-自动控制原理-期中试题————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 2012—2013学年第1学期《自动控制原理》期中考试试卷(适用专业:自动化、电气、测控)专业班级姓名学号开课系室信控学院自动化系考试日期2012年11月25日题号一二三四五六总分得分阅卷人简答题(18分)?答:稳定性、快速性、准确性(3分)什么是线性系统?线性系统的特征是什么?答:用线性微分方程描述的系统称为线性系统。其特征是满足叠加原理,即叠加性与齐次性。(3分)控制系统的传递函数的定义和应用范围是什么?答:控制系统的传递函数的定义为:零初始条件下,系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。应用范围是:线性定常系统(3分)控制器中加入比例+微分环节对控制系统的影响是什么?答:比例微分环节可增大系统的阻尼比,超调量增加,调节时间缩短,且不影响系统的稳态误差与自然振荡频率;允许选取较高的开环增益,因此在保证一定的动态性能条件下,可以减小稳态误差。(3分)控制系统的稳态误差取决于哪些因素?答:开环增益、系统型别、输入信号的形式与幅值。(3分)线性定常系统稳定的充分必要条件是什么?答:线性定常系统稳定的充分必要条件是闭环特征方程的根均具有负实部,或闭环传递函数的极点均位于s左半平面。(3分)二、(1)由图1所示系统结构图求出相应的传递函数和。(8分)图1系统结构图(2)由图2所示系统结构图求出相应的传递函数。(8分)图2系统结构图解:(1)当仅考虑作用时,经过反馈连接等效,可得简化结构图(图1-1),则系统传递函数为(4分)图1-1作用时的简化结构图当仅考虑作用时,系统结构图如图1-2所示。系统经过比较点后移和串、并联等效,可得简化结构图,如图1-4所示。则系统传递函数为(4分)图1-2作用时的系统结构图(2)图2所示的系统可由下列信号流图表示(2分)(3分)(3分)已知系统的结构图如图3所示:(12分)图3若令,,求此时的阻尼比和自然频率,并求此时的超调量、调节时间。试确定、,使系统的阻尼比、自然频率,并求此时的超调量、调节时间。解:(1)开环传函:令——>(2分)(2分)(5%误差带)(2%误差带)(2分)(2)开环传函:——>(2分)(2分)(5%误差带)(2%误差带)(2分)已知系统特征方程(14分)(1)(2)试用劳斯判据求出系统在右平面和虚轴上根的数值解:(1)利用劳斯稳定判据来判定系统的稳定性,列出劳斯表如下:(4分)显然,由于表中第一列元素的符号有一次改变,故本系统不稳定。如果解辅助方程,可以求出产生全零行的特征方程的根为,,故系统在s右半平面上根的数值为1,在虚轴上根的数值为。(3分)(2)利用劳斯稳定判据来判定系统的稳定性,列出劳斯表如下:(4分)显然,由于表中第一列元素的符号有两次改变,故本系统不稳定。如果解辅助方程,求出特征方程根为,。特征方程/辅助方程=,解得另一个右平面的根所以右半平面上根的数值为1(二重根),虚轴上根的数值为。(3分)设复合控制系统如图4所示。(20分)图4复合控制系统(1)仅考虑扰动输入,计算扰动引起的稳态误差;(2)仅考虑输入,设计,使系统在的作用下无稳态误差。解:(1)扰动引起的稳态误差。利用梅森增益公式,可得;;(5分)此时系统由扰动引起的误差函数为(2分)利用终值定理求解系统的稳态误差,有则由扰动引起的稳态误差为(3分)