华南理工大学2003级《自动控制基础》课程期终考试试卷-答案

汽车工程学院车辆工程专业2003级 《自动控制基础》课程期终考试试卷

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（考试时间：120分钟）

一、填空题（本题共25分）

1．所谓自动控制，就是 没有人直接参与的情况下，使被控制对象的某些物理量准确地按照预期的规律变化 。（本小题1分）

2．反馈是指 输出量通过适当的测量装置将信号的全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比 。根据有无反馈作用可将控制系统分为开环控制系统与闭环控制系统两类。（本小题4分）

3．已知：f1(t)?6sin?3t???????1(t?)，f2(t)??4t?5???t???t?2??1?t?，其中：?(t)为单位脉冲函4?4?数；1(t)为单位阶跃函数。则这两个函数的拉氏变换：

L?f1(t)??6se；

s2?9?s4?L?f2(t)??5?21（本小题4分） ?。

ss24．已知一阶惯性环节的传递函数为G?s??（本小题2分）

1，则其乃奎斯特曲线为圆心在(0.5，0)，半径为0.5的圆。Ts?15．控制系统稳定的充分必要条件是：系统特征方程的根全部具有负实部（闭环传递函数的极点全部具有负实部，或闭环传递函数的极点全部在[S]平面的左半平面）。（本小题2分） 6．如图所示为某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线，则其开环传递函数为： s10。（本小题3分） ?10s?1??100s?1?题一、6题图 32 7．已知某单位反馈系统的开环传递函数为G(s)?K?2s?1??4s?1?，则该系统的静态位置误差系数22ss?2s?10??KP??；静态速度误差系数Kv??；静态加速度误差系数Ka?1

K。（本小题3分） 108．设单位反馈系统的开环传递函数为G?s??K1，则该系统的误差积分性能指标I=。（本小题2分）

Ks9．校正装置在控制系统中的联结方式可分为串联校正、反馈校正、顺馈校正和干扰补偿。（本小题 4分） 二、选择题（本题共12分，每小题2分） 1．作为系统（ A ）。（本小题2分）

（A）开环系统不振荡； （B）闭环系统不振荡； （C）开环一定振荡； （D）闭环一定振荡。

1．已知控制系统的方块图如图所示，则其的偏差传递函数为（ C ）。（本小题2分） （A） G(s)； （B） G(s)H(s)； （C）

1G(s)； （D） 。

1?G(s)H(s)1?G(s)H(s)题二、 2 题图

2．如果控制系统为最小相位系统，则其传递函数满足（ A ）。（本小题2分） （A）在S右半平面上既无极点，又无零点； （B）在S右半平面上既有极点，又有零点； （C）在S左半平面上既无极点，又无零点； （D）在S左半平面上既有极点，又有零点。

3．已知某闭环控制系统的特征方程为s?15s?126?0，则该系统有（ C ）个特征根在右半?S?平面

3上。（本小题2分）

（A）0个； （B） 1个； （C） 2个； （D） 3个。

4．下列系统，在稳定的前提下，能准确跟踪斜坡信号输入的是（ C ）。（本小题2分） （A）0型系统； （B）Ⅰ型系统； （C）Ⅱ型系统； （D）Ⅰ型和Ⅱ型系统。 5．已知一阶系统的传递函数为

1，则单位斜坡输入时，系统稳态误差为（ A ） Ts?1（A）T； （B）1/T； （C）0； （D）∞

6．如图所示系统，为补偿干扰信号N(s)所引起的稳态误差，应令环节Gn(s)的传递函数为：（ B ）。（本小题2分）

（A）-G1(s)； （B）-1/G1(s)； （C）-G2(s)； （D）-1/G2(s)。

2

题二、 5 题图

三、简答题（本题16分）

1．绘图说明反馈控制系统的基本组成，以及系统各组成元件的作用。（本小题5分） 答：反馈控制系统的基本组成如图所示：

? ? ? ? ? ? ?

给定元件：产生给定信号或输入信号。

反馈元件：量测被调量或输出信号，产生主反馈信号。 比较元件：比较输入信号和反馈信号之间的偏差。 放大元件：对偏差信号进行信号放大和功率放大的元件 执行元件：直接对控制对象进行操作的元件。

控制对象：控制系统所要操纵的对象，其输出量为系统的被调量（或被控制量）。 校正元件：用以稳定控制系统，提高性能。

2．通过哪些途径可以减小控制系统的稳态误差？ 答：可通过如下途径减小控制系统的稳态误差：

（1）系统得实际输出通过反馈环节与输入比较，因此反馈通道的精度对于减小系统误差至关重要。反馈通道元件的精度要高，避免在反馈通道引入干扰。

（2）在保证系统稳定的前提下，对于输入引起的误差，可通过增大系统开环放大倍数和提高系统型次减小之；对于干扰引起的误差，可通过在系统前向通道干扰点之前加积分器和增大放大倍数减小之。

（3）对性能要求很高的系统，既要求稳态误差小，又要求良好的动态性能，可采用复合控制的方法，或称为顺馈的方法来对误差进行补偿，可分为按干扰和按输入补偿两种。

3．如图所示为某控制系统的开环对数幅相频特性曲线（伯德图）。试确定该系统的剪切频率、相位交界频率、幅值裕量、相位裕量，并判断该控制系统的稳定性。（本小题12分）（注：原型GK?s??10?s?3?） 2s?s?2?s?s?2??3

Bode Diagram403020Magnitude (dB)100-10-20-30-40-9017.6dB -135Phase (deg)-180-225-251 -27010-11001.3311 2.4928 101Frequency (rad/sec) 题三、 3 题图

四、计算题（本题共47分）

1．求如图所示有源网络的传递函数。（本小题6分）

题四、1 题图

2．用结构图等效变换方法求如图所示系统的传递函数。（本小题9分）

4

题四、2 题图

3．某单位反馈系统的开环传递函数为G?s??K，当阻尼比为0.5时，求K值，并求单位阶跃输入时

s?s?10?系统得调整时间、峰值时间和最大超调量。（本小题12分） 解：根据题意可知系统的闭环传递函数为：

2?nG?s?K??s???? 21?G?s?s2?10s?Ks2?2??ns??n?2??n?10??n?1010??10?1/s? 2?2?0.52?K??n?100

??d??n1??2?10?1?0.52?53?1/s?

调整时间：ts?峰值时间：tp?3??n?0.6?s?,???5?或ts?4??n?0.8?s?,???2?

????0.363?s? ?d53???1??2???0.51?0.52最大超调量：MP%?e?100%?e?16.3%

4．如图所示系统，已知xi?t??t?1?t?,n?t???2?1?t?，求系统的稳态误差。（本小题8分）

题四、5 题图

5．用乃奎斯特稳定判据判断如下系统的稳定性。（本小题16分）

G?s?H?s??100

ss2?2s?2?s?1???解：（1）根据题意可知：开环传递函数在右半S平面的极点数P=0 （2）

确定幅频特性和相频特性

G?s?H?s??10050? 2ss?2s?2?s?1??1?s?s2?s?1??s?1??2???5

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