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1、自动控制原理作业题（后附答案）-Wunn-Innu1.-DDQty-KII自动控制原理作业题第一章基本概念一、简答题1简述自动控制的基本概念2简述自动控制系统的基本组成3简述控制系统的基本控制过程4简述自动控制系统的基本分类5试比较开环控制和闭环控制的特点6简述自动控制系统的性能评价指标二、分析计算题1液位自动控制系统如图所示。试分析该系统工作原理，画出系统原理框图,指出被控对象、被控参量和控制量2发动机电压调节系统如图所示，试分析其工作原理，画出系统原理框图，指出其特点。负我3液面控制系统如图所示。试分析该系统的工作原理，指出系统中的干扰量、被控制量及被控制对象，并画出系统的方框图。4控制系
2、统如图所示。简述该系统的工作原理，说明该系统的给定值、被控制量和干扰量，并画出该系统的方块图。5火炮随动控制系统如图所示。简述该系统的工作原理，并画出该系统的原理框图。第二章线性控制系统的数学模型一、简答题1简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式2简述建立微分方程的步骤3简述传递函数的基本概念及其特点4给出组成控制系统典型基本环节二、分析计算题1有源电网络如图所示，输入量为%”），输出量为2），试确定该电网络的传递函数2电枢控制式直流电动机原理图如图所示，输入量为“，输出量为劣，试确定其微分方程。R1. aa图中，电动机电枢输入电压；电动机输出转角；电枢绕组的电阻；电枢绕组的电感；流过
3、电枢绕组的电流；电动机感应电势；电动机转矩；电动机及负载这和到电动机轴上的转动惯量；电动机及负载这和到电动机轴上的粘性摩擦系3某RC电路网络原理图如图所示，电压叫为输入量，%,为输出量，试画出其方块图，并求其传递函数。+44某控制系统方块图如图所示，被控制量为C(S),控制量为RG),试用梅森公式确定该系统的传递函数5某控制系统的信号流图如图所示，被控制量为C(S),控制量为H(S),试用梅森公式确定其传递函数d第三章线性控制系统的时域分析一、简答题1控制系统的典型输入信号有哪几个？2评价控制系统的动态性能指标由哪些？3简述控制系统稳定的基本概念及系统稳定的充要条件4简述控制系统稳态误差的基本
4、概念5简述一阶控制系统的基本概念及其主要特点6简述控制系统中闭环主导极点的符合条件二、分析计算题1某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(S)H(S)=,求该系5(75+1)(25+1)统稳定时，参数K和T的取值范围2已知控制系统方块图如图所示。若使系统的单位阶跃响应具有5=16.3%,tp=1.秒。试确定前置放大器的增益人及内反馈系数To1gH-3某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(S)=CII、,求：系统稳s(fs)(1.+驯定时，k值的取值范围。4温度计的传递函数为G(S)=JT。用其测量某一容器中的水温，发现经1分钟后才能指示出实际水温的96%,求：(1)该温度计的指示从实际水温的
5、10%变化到90%所需要的时间；(2)如给该容器加热，使容器内水温以0.1/5的速度均匀上升，温度计的稳态指示误差有多大。5某位置随动控制系统如图所示，求：(1)系统的开环极点和闭环极点；(2)输入为单位阶跃函数信号时，系统的自然振荡角频率和阻尼比；(3)系统的动态性能指标上升时间、调节时间和超调量。R(S)t/cs(4KCG)45(rs+1.)6某单位负反馈自动控制系统的开环传递函数为G(S)=,八咒八,求输入s(s+1.)(0.2s+1.)为斜坡函数信号时，该系统的稳态误差。7某系统在领初始条件下的单位阶跃响应为c(f)=1+0.2/6。，_1.2刃试确定该系统的闭环传递函数。8某单位负反
6、馈控制系统的开环传递函数为C(S)=,f-试系统闭环稳S(S+1.)(s+2)定时k的取值范围。第四章线性控制系统的根轨迹分析一、简答题1简述根轨迹的基本概念2简述绘制根轨迹的依据3简述绘制根轨迹的基本规则二、分析计算题+4)1某控制系统的开环传递函数为G(S)=M7万，试绘制系统的概略根轨迹图2设一控制系统方框图如图4-5所示，试绘制系统根轨迹。R(S)Z3XkSQJ5r5(5+1)(5+2),图4-5控制系统方框图3某控制系统的根轨迹如图所示。由系统的根轨迹图，求：D确定系统稳定时参数A的范围；2)确定系统阶跃响应无超调时4的取值范围；3)系统出现等幅振荡时的振荡频率。4某单位负反馈控制系
7、统的的根轨迹如图所示，求：尸=60。时，计算系统的动态性能指标5已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为GG)”=V.应用根轨迹法分析开环放大倍数K对系统的影响，计算K=5时系统的性能。第五章线性控制系统的频率特性分析一、简答题1简述频率特性的基本概念2频率特性的几何表示方法有哪几种？3简述奈奎斯特稳定判据4简述控制系统时域指标和频域指标5简述频域法分析和设计系统时常用的“三频段”的特点二、分析计算题1某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G（S）=10(5+ 3)s(s+ 2)(1.y2 + s + 2),试绘制系统的开环对数频率特性图2最小相位系统开环对数幅频特性渐近曲线如图所示，求系统的开环
8、传递函O-ffip(a)73某单位负反馈控制系统开环对数频率特性图如图所示，试求：（1）系统的开环传递函数；（2）系统的相角裕度与幅值裕度，判别系统的稳定性；（3）闭环系统稳定的K的临界值。SP(0)7*soo-9T-24某最小相位系统的奈奎斯特图如图所示(具有正实部开环极点的个数为0,即P=O),试分析系统的稳定性及其系统的类型数5已知控制系统的开环传递函数G(S)(S)=1005(251)(0.25 + 1),求：D画出系统的开环传递函数的对数幅频特性图,2)计算系统的相角裕度Na)；3)判断系统的稳定性。第六章线性控制系统的串联校正一、简答题1简述系统校正的基本概念2简述校正方式的基本特
9、点3简述基于频率特性分析法校正的基本原理4简述超前校正的特点5简述滞后校正的特点6简述期望频率特性法校正的特点二、分析计算题1控制系统的开环对数幅频特性曲线如所示，其中虚线1.为校正前的，实线1.2为校正后的，实线1.C为校正环节。求：1)确定所用的是何种串联校正，并写出校正装置的传递函数GC(S)；2)确定校正后系统稳定时的开环增益；3)当开环增益k=1.时，求校正后系统的相位裕度,幅值裕度1.(dB)GOG)=2单位负反馈系统不可变部分的传递函数为s(05s+D,要求满足性能指标：(1)开环放大倍数9二2。/；(2)相角裕度4)50；设计串联超前校正。3某最小相位系统校正前、后开环对数幅频
10、特性分别如图所示。求：1)校正前、后系统的传递函数；2)校正前、后系统的相角裕量；3)校正网络的传递函数；4)校正网络的校正类型。4某单位反馈系统的开环传递函数为G0=W,试设计PID控制(5+1)+1)(j1.+1)器。要求：(1)稳态速度误差4v01.；(2)超调量%20%；(3)调节时间皿=TRG+1一_-)xC1.1U1.(s)R2sC2+RisC12、解：Eia)=1.a坐+R3+enatJ誓口用Os=TQ)atTS=CjQ)Ctr/%()j,7PD7d()j,=CEa)=1.aJ2-+(1.af+RaJ)-+e1.1.1.Ctf1.atdtn传递函数G(s)=J(壁-)(%久2+1
11、)K1.S1.2+1)4、5、1.x=af1.2=bg1.3=ch1.4=eif1.5=ehi1.6=bi=1(J1.1.+1.i2+&+1.+1.g+4)+(ZqZ2+1.k+&4)2k=-af-bg-ch-eif-ehi-bi+afbg+afch+bgch-CtfbgChPx=abc1=1P2=ec2=1P3=ae3=1传递函数C应R(S)abc+ec-ae1.-af-bg-ch-eif-ehi-bi+ajbg+afch+bgch-aft)gch第三章线性控制系统的时域分析一、简答题1、控制系统的典型输入信号有：单位脉冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、单位加速度函数、正弦函数2、评价控制
12、系统的动态性能指标：超调量、调节时间、振荡次数、延迟时间、上升时间、峰值时间。3、控制系统稳定是指自动控制系统在受到扰动作用使平衡状态破坏后，经过调节能重新达到平衡状态的性能。控制系统稳定的充要条件：闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说，闭环函数的极点均位于S平面的左半部。4、控制系统稳态误差的基本概念：稳态误差是描述系统稳定性能的一种性能指标，是当时间趋于无穷是，系统单位阶跃响应的稳态值与输入量之差。5、一阶控制系统的基本概念：能够用一阶微分方程描述的系统称为一阶系统。一阶控制系统的主要特点：一般只有一种储能元件，其微分方程为一阶方程6、控制系统中闭环主导极点是:在所有极点中，距离虚
13、轴最近的极点(往往是一对共匏复数极点)，此极点附近无零点，其他极点距离虚轴的距离是它的5倍以上。二、分析计算题1、解：该系统的闭环传递函数K(S+1)GCGG)H(S)_s(7+1.)(2s+1.)K(S+1)151+G(s)”(S)IK(S+1)-23(2T)r+(1.+C)5+Cs(Ts+1)(25+1)特征方程OG)=2方+(2+T)s2+(1+K)s+K=0劳斯表?2丁+/2+丁K1(2+T)(1+K)2TKnSnsK根据劳斯判据=2T01+KO2T0(2+T)Q+K)-2TK心。2+T综上所述=K0T2+yq2、解：系统的开环传递函数10r(.“S(S+1)IoKG(S)=K;=11
14、.5(510r+1.)S(S+1)系统的闭环传递函数7%S+21.ts + tl“、G(S)IoK(S)=;1+G(s)?+(10r+1.)5+10A：“0.5k05_180=Ok3.219T=Imin =T= 18.64s系统误差为e(t)=r(t)-c(t)小E(s)1 C(S) 11R(S) R(s) 75+1Tce. - Iim SO50 Ti +1Ts仆+11. = 0.1T = 1.864oC5、解：系统开环传递函数G(S)= S(Zy +1)特征方程A(S)= Sm+ 1) = O =开环极点M=O, $2 =-y系统闭环传递函数D(S)G(S)1+ G(S) TS- + s +
15、 K特征方程D,(S)=ZV2+S+K=0=闭环极点.4=一1.1水(2)二阶系统的单位阶跃口的闭环特征方程为S2+2jS=0=自然振荡角频鬻=白，阻尼比例二H1-arccos-7=上升时间=七2=I而VK44调节时间4=i=4r弧1KZV7超调量吸=H切/必TX1.Oo%=e*病T6、解F=I哂11+ G(s)R(S)= Iim 5SfO5(5+ 1)(0.25 + 1)5(5 + 1)(0.25 + 1) + 10R(S)输入信号为斜坡函数偌十)二时RG)=F系统的稳定误差=IimSs(s+D(2s+1.).4:00STO5(5+1)(0.25+1)+10S27、解：经拉氏变换得、IO.2
16、1.2600600C(S)=-H=s5+605+10S(S+60)(s+10)s(s?+70s+600)系统闭环传递函数G(S)=2*52+705+6008、解：该系统的闭环传递函数k1.S(s+I)(S+2)_k,)一1+k-J+3/+2$+上s(s+I)(S+2)特征方程O(S)=S3+3/+2s+A=0劳斯表,3,3=kO6-k16-k0=Okq=(X舍)，CO23=V3、解：(1)根据系统的根轨迹可得系统的开环传递函数G(S)=-F5(5+0.5)2系统的闭环传递函数KG)=；5(5+0.5)2+K特征方程D(S)=S(S+0.5)2+K=O劳斯表311S1一=OVK1.3c)的区域，
17、反应了时域响应的起始阶段特性。高频段一般分贝值较低，对系统的动态相应影响不大。高频段特性反映了系统抗干扰能力。中频段开环对数幅频在截止频率3c(0db附近)的区段，其斜率和宽度，反应了闭环系统的稳定性及输出响应的瞬态性能。低频段在第一个转折频率以前的区段，决定系统的稳态性能。二、分析计算题1、解:S(S+2)(Y+S+2)22sgs+1)(2+1.)K=以3=7.5=20IgK=I7.5223 =2M=3g-n=亚,4=420电福=3dB-MO抄俵XI、I，岫依X2、解：低频渐近线的斜率为-40dBdec,故系统有且仅有一个积分环节，即V=I在31处，对数幅频特性渐近线的斜率由-40dBdec变为-20dBdec,故31是一阶微分环节的转折频率，T=1.在32处，对数幅频特性渐近线的斜率由-20dBdec变为-40dBdec,故32是惯性环节的转折频率，T=1.z1.(,)-1.(G1.)=-20(1.gc-1.ge1)3)=01.(x)=401gK-401gi=K=yie=系统的开环函数Jco1.c(s+1)G=j-5(5+1)。23、解：
