自动控制原理A作业.doc

本次作业是本门课程本学期的第 1 次作业，注释如下：一、不定项选择题(有不定个选项正确，共 4 道小题)1.自动控制的基本控制方式包括:不选全或者选错，不算完成 (A)开环控制 (B)闭环控制 (C)复合控制 (D)手动控制 你选择的答案：A B C 正确 正确答案：A B C 解答参考：2.以下不属于闭环控制系统的特点是:不选全或者选错，不算完成 (A)采用了反馈 (B)系统的响应对扰动不敏感 (C)构造简单 (D)存在稳定性问题 你选择的答案：前面作业中已经做正确 正确 正确答案：C 解答参考：3.闭环控制系统中，测量元件的输入信号是该控制系统的：不选全或者选错，不算完成 (A)输入信号 (B)输出信号 (C)偏差信号 (D)反馈信号 你选择的答案：前面作业中已经做正确 正确 正确答案：B 解答参考：4.自动控制系统按输入特征分类，可分为:不选全或者选错，不算完成 (A)恒值系统和随动系统 (B)线性系统和非线性系统 (C)连续系统和离散系统 (D)单输入单输出系统和多输入多输出系统 你选择的答案：前面作业中已经做正确 正确 正确答案：A 解答参考：（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。观题答案。)二、主观题二、主观题(共共 4 4 道小题道小题)5.5.对控制系统的基本要求主要包括 、和 。参考答案：稳 准 快 6.6.自动控制系统的偏差是指系统的 和 的差值。参考答案：输入量（输入信号）反馈量（反馈信号）7.7.简述反馈控制系统的工作原理。参考答案：反馈控制系统的工作原理是：反馈控制系统利用反馈将系统的输出量通过测量元件返回到输入端，与给定输入相比较得到偏差信号。偏差信号经过控制器产生控制作用，控制作用使得偏差减少或消除，保证系统的输出量按给定输入的要求变化。8.8.直流电动机转速控制系统如下图，简述其工作原理，并说明系统中的输入量、输出量、控制器、执行机构、测量元件以及该系统采用何种控制方式？参考答案：工作原理：输入端输入期望的转台速度（实际上是设置一定的电压），实际的转台速度通过转速计（测量元件）转换成与转轴转速成比例的电压信号返回输入端与设置的电压相比较。若存在偏差电压，则该电压经直流放大器放大后，送入直流电机中，使直流电机控制转台的速度朝偏差减小的方向变化，从而使转台速度尽快恢复到期望值。输入量：转台期望的转速 输出量：转台实际的转速 测量元件：转速计 控制器：直流放大器 执行机构：直流电机 被控对象：转台 该转台速度控制系统采用了反馈(闭环)控制方式。本次作业是本门课程本学期的第 2 次作业，注释如下：一、不定项选择题(有不定个选项正确，共 4 道小题)1.在经典控制理论中，常用的数学模型包括：不选全或者选错，不算完成 (A)微分方程 (B)传递函数 (C)结构图 (D)频率特性函数 你选择的答案：A B C D 正确 正确答案：A B C D 解答参考：2.下列对传递函数描述正确的是：不选全或者选错，不算完成 (A)它是频率域中的数学模型，包含了系统有关动态性能的信息。(B)它是在零初始条件下得到的。(C)它反映了输入量与输出量之间的关系。(D)物理结构不同的系统，可能有相同的传递函数。你选择的答案：A B C D 正确 正确答案：A B C D 解答参考：3.在经典控制理论中，采用的频域数学模型为：不选全或者选错，不算完成 (A)微分方程 (B)传递函数 (C)结构图 (D)频率特性函数 你选择的答案：D 正确 正确答案：D 解答参考：4.控制系统的传递函数取决于：不选全或者选错，不算完成 (A)输入信号 (B)输出信号 (C)系统的结构和参数 (D)扰动信号 你选择的答案：C 正确 正确答案：C 解答参考：（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。观题答案。)二、主观题二、主观题(共共 5 5 道小题道小题)5.5.线性定常系统的传递函数定义为：。参考答案：在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。6.6.若某反馈控制系统前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其开环传递函数为 。参考答案：G(s)H(s)7.7.系统的方框图如下图所示，计算传递函数Y(s)/R(s)。参考答案：8.8.假设下图中所示的运算放大器是理想的，各个参数取值为 C=1F，R1=167k，R2=240k，R3=1k，R4=100k，试计算运算放大器电路的传递函数 G(s)=Vo(s)/V(s)。参考答案：9.9.假设以下两个系统的传递函数分别为：试写出上述系统的微分方程（初始条件为零）。参考答案：本次作业是本门课程本学期的第 3 次作业，注释如下：一、不定项选择题(有不定个选项正确，共 4 道小题)1.根据系统结构和参数选择情况，系统动态过程可以表现为：不选全或者选错，不算完成 (A)衰减 (B)发散 (C)等幅振荡 (D)保持 你选择的答案：A B C 正确 正确答案：A B C 解答参考：2.可以降低系统稳态误差的方法有：不选全或者选错，不算完成 (A)增大系统开环总增益 (B)增加系统前向通路中积分环节的个数 (C)降低系统开环总增益 (D)减少系统前向通路中积分环节的个数 你选择的答案：A B 正确 正确答案：A B 解答参考：3.若某控制系统闭环特征方程的根为-2，-5 和-1j5，则该系统：不选全或者选错，不算完成 (A)临界稳定 (B)稳定 (C)不稳定 (D)不能判断其稳定性 你选择的答案：B 正确 正确答案：B 解答参考：4.某控制系统为 1 型系统，当输入为单位斜坡信号时，其输出的稳态误差为：不选全或者选错，不算完成 (A)不能确定 (B)零 (C)常数 (D)无穷大 你选择的答案：C 正确 正确答案：C 解答参考：（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。观题答案。)二、主观题二、主观题(共共 7 7 道小题道小题)5.5.单位负反馈控制系统稳态误差的计算公式为 。参考答案：6.6.线性定常系统稳定的充分必要条件是，系统的所有 都具有负实部,即都位于 S 平面的左半部。参考答案：特征根(闭环极点)7.7.某负反馈控制系统的闭环传递函数为 Gc(s)=9/(s2+3s+9)，则系统的无阻尼自然频率为 ，阻尼比为 ，系统单位阶跃响应的调节时间为 。参考答案：3rad/s 0.5 2.33s 8.8.若某单位负反馈控制系统的开环传递函数是 G(s)=100/s2(0.1s+1)，则该系统为 型系统，其静态位置误差系数 Kp=。参考答案：2 无穷大 9.9.设某控制系统的结构图如图 E1.1 所示，试计算该系统的暂态性能：超调量%，峰值时间Tp，上升时间 Tr和调整时间Ts。参考答案：10.10.单位反馈系统如图 E2 所示，受控对象传递函数为：试确定系统单位阶跃响应和斜坡响应的稳态误差。参考答案：11.11.某系统的特征方程为 试确定使该系统稳定的K 的取值范围。参考答案：本次作业是本门课程本学期的第 4 次作业，注释如下：一、不定项选择题(有不定个选项正确，共 4 道小题)1.以下关于控制系统根轨迹法描述正确的是：不选全或者选错，不算完成 (A)根轨迹法是求解闭环系统特征方程根的一种图式法。(B)在已知系统开环零、极点在 s 平面分布的情况下，绘制系统闭环极点在 s 平面随某一参数变化时的运动轨迹。(C)绘制根轨迹时，凡是满足幅值条件的点都在根轨迹上。(D)根轨迹起始于系统开环极点终止于系统开环零点。你选择的答案：A B D 正确 正确答案：A B D 解答参考：2.以下关于控制系统根轨迹法描述错误的是：不选全或者选错，不算完成 (A)根轨迹法的分支数与开环有限零点数 m 和开环有限极点数 n 中的大者相等。(B)当开环有限零点数 m 小于开环有限极点数 n 时，有 n-m 条根轨迹分支终止于无穷远处。(C)实轴上某区域，若其右侧开环实数零、极点个数之和为偶数，则该区域具有根轨迹。(D)一部分根轨迹分支向右移动则必定有一部分根轨迹分支向左移动。你选择的答案：C 正确 正确答案：C 解答参考：3.下列系统中无论增益 K*为何正值，系统均不稳定的是：不选全或者选错，不算完成 (A)(B)(C)(D)你选择的答案：C 正确 正确答案：C 解答参考：4.两条或两条以上的根轨迹分支在复平面上相遇又立即分开的点，称为根轨迹的：不选全或者选错，不算完成 (A)与虚轴的交点 (B)起始点 (C)渐近线与实轴的交点 (D)分离点 你选择的答案：D 正确 正确答案：D 解答参考：（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。观题答案。)二、主观题二、主观题(共共 5 5 道小题道小题)5.5.在控制系统中，除根轨迹增益 K*以外，系统其它参数变化时的根轨迹称为 。参考答案：广义根轨迹 6.6.在根轨迹的条件方程中，条件是决定根轨迹的充分必要条件。参考答案：相角 7.7.根轨迹是开环系统某一参数从 变化到 时，闭环系统特征方程的根在 s 平面上变化的 。参考答案：零 无穷 轨迹 8.8.已知某单位负反馈系统的开环传递函数为：(1)确定实轴上的根轨迹；(2)确定根轨迹的分离点；(3)确定根轨迹的渐近线；(4)求系统临界稳定的K*值；(5)在下图中绘制系统的根轨迹。参考答案：9.9.某单位反馈系统的开环传递函数为：试求：(1)实轴上的分离点和与该点对应的增益K；(2)当有两个闭环特征根位于虚轴上时，系统的增益值和特征根；(3)K=6 时的闭环特征根；(4)画出根轨迹图。参考答案：本次作业是本门课程本学期的第 5 次作业，注释如下：一、不定项选择题(有不定个选项正确，共 3 道小题)1.控制系统频率特性的图示表示方式有：不选全或者选错，不算完成 (A)根轨迹图 (B)Bode 图 (C)Nyquist 图 (D)信号流图 你选择的答案：B C 正确 正确答案：B C 解答参考：2.如果已知一系统G(s)，p是开环极点在s右半平面的个数，当w从-变化到时，下列关于该系统奈奎斯特（Nyquist）曲线描述正确的是：不选全或者选错，不算完成 (A)奈奎斯特曲线不包围(-1,j0)点，且p=0，则闭环系统稳定。(B)奈奎斯特曲线按逆时针方向包围(-1,j0)点p周，则闭环系统稳定。(C)奈奎斯特曲线按顺时针方向包围(-1,j0)点p周，则闭环系统稳定。(D)奈奎斯特曲线按顺时针方向包围(-1,j0)点p周，无论p为何值，闭环系统不稳定。你选择的答案：A B D 正确 正确答案：A B D 解答参考：3.在一阶惯性环节的伯德图中，当 时，其相位为：不选全或者选错，不算完成 (A)45 (B)-45 (C)90 (D)-90 你选择的答案：D 正确 正确答案：D 解答参考：（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。观题答案。)二、主观题二、主观题(共共 6 6 道小题道小题)4.4.是依据开环频率特性来判断闭环系统稳定性的一种准则，其数学基础是复变换数中的幅角原理。参考答案：奈奎斯特稳定性判据 5.5.开环频率特性的幅值等于所对应得频率称为 ；在开环频率特性的相角等于-180 度的角频率上，开环频率特性的幅值的倒数称为系统的 。参考答案：截止频率（或幅穿频率）幅值裕度 6.6.根据奈奎斯特稳定判据，若 N=-2，P=2，则 Z=，可判断该系统为闭环 。参考答案：N+P=0 稳定 7.7.某控制系统的开环传递函数为：试在下图中绘制该系统开环频率特性的对数幅频特性曲线。参考答案：8.8.某条件稳定的系统的极坐标图如下图所示。(1)已知系统的开环传递函数在 s 右半平面上无极点，试判断闭环系统是否稳定；(2)当图中圆点处表示-1 时，请判断系统是否稳定。参考答案：(1)P=0,N=2，Z=N+P=2，系统不稳定，闭环在右半平面中有 2 个特征根。(2)当图中圆点处表示-1 时，则 P=0,N=0，Z=N+P=0，系统 稳定，闭环在右半平面中有 0 个特征根。9.9.某集成电路的 Bode 图如下图所示：(1)读图求出系统的幅值裕度和相角裕度；(2)为了使相角裕度达到 60 度，系统的增益应该下降多少 dB？参考答案：(1)相角裕度为 20 度 幅值裕度为 5 分贝。(2)下降 10 分贝。