中国石油大学自动控制2010年期末考试试题

2010—2011学年第1学期《自动控制原理》试卷

（闭卷）

专业班级测控08级班

姓名

学号

开课系室自动化

考试日期 2011年1月11日

一、填空题（每空1分，共20分）

1.自动控制基本控制方式包括_____________、_____________和复合控制。

2.对于自动控制系统性能的基本要求归结为三个方面，分别是：

___________、___________、_____________。

3.线性定常系统的传递函数定义为，在_____________条件下，系统输出量

的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。传递函数只取决于系统的

______________，而与系统输入量的形式无关。

4.对于稳定的高阶系统，闭环极点负实部的绝对值越大，其对应的响应分

量衰减得越_____________（快/慢）。在所有的闭环极点中，有些极点距

离虚轴最近且周围没有闭环零点，这样的闭环极点称为_____________。

5.线性系统的稳态误差与系统的结构___________（有关/无关），与系统输

入信号的大小和形式_____________ (有关/无关），线性系统的稳定性与

输入信号大小和形式_______（有关/无关）。

6.在适当位置附加开环零极点可以改善系统性能。当开环极点不变，附加

一个负实数零点会使得根轨迹向S平面__________(左/右)半平面弯曲。

附加的零点越靠近虚轴，其对系统的影响就越__________ (大/小)。

7.串联超前校正是利用了校正环节的_____________特性，滞后校正是利用

校正环节的_____________特性，两种校正方法都能增加了原系统的相角

裕度。

8.如果离散控制系统的开环增益不变而增大采样周期则系统的稳定性变

______（强/弱）；如果其采样周期不变而减小开环增益则系统的稳定性变

_________(强/弱）。

9. 非线性系统与线性系统的本质区别在于不再适用_____________，非线性

系统稳定分析更加复杂，可能存在_____个平衡状态，也可能出现自激振荡现象。

二、计算题（共80分）

1、控制系统的结构图如图所示，求系统输入输出变量之间的传递函数。（10分）

2、已知二阶系统如图所示，求输入输出变量之间的传递函数，选择参数1K 和2K ，使系统的自然振荡频率和阻尼比分别为6=n ω，2.0=ζ。（10分）

三. (10分)某系统的结构图如图2

1．写出传递函数

()()

C s R s ，()

()C s N s 。 2．求r (t )=1(t ), n (t )=0时系统响应曲线的超调量和调节时间。

3．求r (t )=t , n (t )=1(t )作用下系统的稳态误差。 图2

四、（12分）单位负反馈系统的开环传递函数为

*

2

()(4)(22)

K G s s s S =+++ 1．绘制*K 从0→∞时的闭环系统根轨迹； 2．确定使得系统稳定的*K 范围；

3．求闭环主导极点阻尼比为0.5时的*K 值。

五、（12分）已知某系统结构图如图3所示，其中G(s)为最小相位系统，对应的对数幅频特性曲线如图4所示，()

c

G s为校正环节。

图3

图4

1.写出校正前系统开环传递函数G(s)。

2.求校正前系统的截止频率和相角裕度，并判断系统的稳定性。

3.如果

1

()

1

c

s

G s

Ts

τ+

=

+

，给出一组参数τ和T使得校正后系统相角裕度不小于40度，截止频

率为2.7rad/s，分析这是何种校正方式？并说明其特点。

六、（10分）已知系统如图所示，非线性环节的描述函数为

0.251

()(0)

0.25

A

N A A

A

+

=>

+

，

1.系统稳定时K的取值范围

2. K=12时，分析系统是否存在稳定的周期运动，如果存在求出振幅和频率。

图5

七、（8分）已知采样控制系统如下图所示，采样周期1

e-=）

T=。（注：10.368

6 1．写出该系统的开环和闭环脉冲传递函数；

2．判断系统稳定性；

3．当r(t)=t作用时的稳态误差。

八、（8分）某系统结构图如图7，K=10时，系统的开环幅相频率特性曲线如图8，分别求下

述情况时系统稳定的K值范围：

1．()

G s没有右半S平面的极点和零点；

2．()

G s有一个右半S平面极点，没有右半S平面的零点；

3．()

G s有两个右半S平面极点，一个右半S平面的零点。

图7