自控原理习题
自动控制原理习题及解答

对于本例,系统的稳态误差为
本题给定的开环传递函数中只含一个积分环节,即系统为1型系统,所以
系统的稳态误差为
解毕。
例3-21控制系统的结构图如图3-37所示。假设输入信号为r(t)=at( 为任意常数)。
解劳斯表为
1 18
8 16
由于特征方程式中所有系数均为正值,且劳斯行列表左端第一列的所有项均具有正号,满足系统稳定的充分和必要条件,所以系统是稳定的。解毕。
例3-17已知系统特征方程为
试判断系统稳定性。
解本例是应用劳斯判据判断系统稳定性的一种特殊情况。如果在劳斯行列表中某一行的第一列项等于零,但其余各项不等于零或没有,这时可用一个很小的正数ε来代替为零的一项,从而可使劳斯行列表继续算下去。
(3)写中间变量关系式
式中,α为空气阻力系数 为运动线速度。
(4)消中间变量得运动方程式
(2-1)
此方程为二阶非线性齐次方程。
(5)线性化
由前可知,在=0的附近,非线性函数sin≈,故代入式(2-1)可得线性化方程为
例2-3已知机械旋转系统如图2-3所示,试列出系统运动方程。
图2-3机械旋转系统
解:(1)设输入量作用力矩Mf,输出为旋转角速度。
运动方程可直接用复阻抗写出:
整理成因果关系:
图2-15电气系统结构图
画结构图如图2-15所示:
求传递函数为:
对上述两个系统传递函数,结构图进行比较后可以看出。两个系统是相似的。机一电系统之间相似量的对应关系见表2-1。
表2-1相似量
机械系统
xi
x0
自动控制原理试题库20套和答案详解

自动控制原理试题库20套和答案详解一、填空(每空1分,共18分)1.自动控制系统的数学模型有、、共4种。
2.连续控制系统稳定的充分必要条件是。
离散控制系统稳定的充分必要条件是。
3.某统控制系统的微分方程为:dc(t)+0.5C(t)=2r(t)。
则该系统的闭环传递函数dtΦσ;调节时间ts(Δ。
4.某单位反馈系统G(s)= 100(s?5),则该系统是阶2s(0.1s?2)(0.02s?4)5.已知自动控制系统L(ω)曲线为:则该系统开环传递函数G(s)= ;ωC6.相位滞后校正装置又称为调节器,其校正作用是。
7.采样器的作用是,某离散控制系统(1?e?10T)G(Z)?(单位反馈T=0.1)当输入r(t)=t时.该系统稳态误差(Z?1)2(Z?e?10T)为。
二. 1.R(s) 求:C(S)(10分)R(S)2.求图示系统输出C(Z)的表达式。
(4分)四.反馈校正系统如图所示(12分)求:(1)Kf=0时,系统的ξ,ωn和在单位斜坡输入下的稳态误差ess.(2)若使系统ξ=0.707,kf应取何值?单位斜坡输入下ess.=?五.已知某系统L(ω)曲线,(12分)(1)写出系统开环传递函数G(s)(2)求其相位裕度γ(3)欲使该系统成为三阶最佳系统.求其K=?,γmax=?六、已知控制系统开环频率特性曲线如图示。
P为开环右极点个数。
г为积分环节个数。
判别系统闭环后的稳定性。
(1)(2)(3)七、已知控制系统的传递函数为G0(s)?校正装置的传递函数G0(S)。
(12分)一.填空题。
(10分)1.传递函数分母多项式的根,称为系统的2. 微分环节的传递函数为3.并联方框图的等效传递函数等于各并联传递函数之4.单位冲击函数信号的拉氏变换式5.系统开环传递函数中有一个积分环节则该系统为型系统。
6.比例环节的频率特性为。
7. 微分环节的相角为8.二阶系统的谐振峰值与有关。
9.高阶系统的超调量跟10.在零初始条件下输出量与输入量的拉氏变换之比,称该系统的传递函数。
自动控制原理练习题

自动控制原理练习题1. 小车倒车入库问题考虑一个小车倒车入库问题,假设小车以恒定的速度直线倒车。
已知小车的初始位置为P,目标是将小车倒车入停车位Q。
设停车位Q 相对于初始位置P的偏移量为d,方向为与小车移动方向相反的方向。
请回答以下问题:a) 在没有任何控制的情况下,小车如何倒车入库?b) 如何利用反馈控制使得小车能够准确倒车入库?c) 请解释闭环控制与开环控制之间的区别,并分析在这个倒车入库问题中应该选择哪种控制方法?2. PID控制器PID控制器是一种广泛应用于工业控制系统中的控制器。
它通过对错误信号的比例、积分和微分三个部分进行加权求和来调节控制器的输出。
请回答以下问题:a) 请解释PID控制器中比例、积分和微分三个部分的作用和原理。
b) 在实际应用中,如何确定PID控制器的参数?c) 请列举PID控制器的优点和缺点,并举例说明其应用领域。
3. 反馈系统的稳定性在控制系统中,稳定性是一个重要的性能指标。
稳定性可以通过系统的极点位置来判断。
请回答以下问题:a) 什么是系统的极点?它们与系统的稳定性有什么关系?b) 请解释零极点分布对系统稳定性的影响。
c) 如何利用极点配置来设计稳定的控制系统?4. 系统传递函数和频率响应系统的传递函数和频率响应是分析和设计控制系统的重要工具。
请回答以下问题:a) 什么是系统的传递函数?如何从系统的微分方程中推导出传递函数?b) 什么是系统的频率响应?如何利用频率响应来分析系统的稳定性和性能?c) 请解释Bode图和Nyquist图分别代表了什么,并举例说明它们的应用。
5. 状态空间表示和观测器设计状态空间表示是一种用于描述控制系统动态行为的方法。
观测器是一种用于估计系统状态的补偿器。
请回答以下问题:a) 什么是状态空间表示?如何将系统微分方程转化为状态空间表示?b) 什么是观测器?它的作用是什么?如何设计一个观测器?c) 请解释最优观测器与线性二次估计问题的关系,并简要介绍最优观测器的设计方法。
自动控制原理例题与习题

自动控制原理例题与习题第一章自动控制的一般概念【例1】试述开环控制系统的主要优缺点。
【答】开环控制系统的优点有:1. 1.构造简单,维护容易。
2. 2.成本比相应的死循环系统低。
3. 3.不存在稳定性问题。
4. 4.当输出量难以测量,或者要测量输出量在经济上不允许时,采用开环系统比较合适(例如在洗衣机系统中,要提供一个测量洗衣机输出品质,即衣服的清洁程度的装置,必须花费很大)。
开环控制系统的缺点有:1. 1.扰动和标定尺度的变化将引起误差,从而使系统的输出量偏离希望的数值。
2. 2.为了保持必要的输出品质,需要对标定尺度随时修正。
【例2】图1.1为液位自动控制系统示意图。
在任何情况下,希望液面高度c维持不变,试说明系统工作原理,并画出系统原理方框图。
图1.1 液位自动控制系统示意图【解】系统的控制任务是保持液面高度不变。
水箱是被控对象,水箱液位是被控量,电位器设定电压u r(表征液位的希望值c r)是给定量。
当电位器电刷位于中点位置(对应u r)时,电动机不动,控制阀门有一定的开度、使水箱中流入水量与流出水量相等。
从而液面保持在希望高度c r上。
一旦流入水量或流出水量发生变化,例如当液面升高时,浮子位置也相应升高,通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移,从而给电动机提供一定的控制电压,驱动电动初通过减速器减小阀门开度,使进入水箱的液体流量减少。
这时,水箱液面下降,浮子位置相应下降,直到电位器电刷回到中点位置,系统重新处于平衡状态,液面恢复给定高度。
反之,若水箱液位下降,则系统会自动增大阀门开度,加大流入水量,使液位升到给定高度c r。
系统原理方框图如图1.2所示。
图1.2 系统原理方框图习题1.题图1-1是一晶体管稳压电源。
试将其画成方块图并说明在该电源里哪些起着测量、放大、执行的作用以及系统里的干扰量和给定量是什么?题图1-12.如题图1-2(a)、(b)所示两水位控制系统,要求(1)画出方块图(包括给定输入量和扰动输入量);(2)分析工作原理,讨论误差和扰动的关系。
自动控制原理习题及解答

自动控制原理习题及其解答第一章(略) 第二章例2-1 弹簧,阻尼器串并联系统如图2-1示,系统为无质量模型,试建立系统的运动方程。
解:(1) 设输入为y r ,输出为y 0。
弹簧与阻尼器并联平行移动。
(2) 列写原始方程式,由于无质量按受力平衡方程,各处任何时刻,均满足∑=0F ,则对于A 点有其中,F f 为阻尼摩擦力,F K 1,F K 2为弹性恢复力。
(3) 写中间变量关系式 (4) 消中间变量得 (5) 化标准形 其中:215K K T +=为时间常数,单位[秒]。
211K K K K +=为传递函数,无量纲。
例2-2 已知单摆系统的运动如图2-2示。
(1) 写出运动方程式 (2) 求取线性化方程解:(1)设输入外作用力为零,输出为摆角? ,摆球质量为m 。
(2)由牛顿定律写原始方程。
其中,l 为摆长,l ? 为运动弧长,h 为空气阻力。
(3)写中间变量关系式 式中,α为空气阻力系数dtd lθ为运动线速度。
(4)消中间变量得运动方程式0s i n 22=++θθθmg dt d al dtd ml (2-1) 此方程为二阶非线性齐次方程。
(5)线性化由前可知,在? =0的附近,非线性函数sin ? ≈? ,故代入式(2-1)可得线性化方程为例2-3 已知机械旋转系统如图2-3所示,试列出系统运动方程。
解:(1)设输入量作用力矩M f ,输出为旋转角速度? 。
(2)列写运动方程式 式中, f ?为阻尼力矩,其大小与转速成正比。
(3)整理成标准形为 此为一阶线性微分方程,若输出变量改为?,则由于代入方程得二阶线性微分方程式例2-4 设有一个倒立摆安装在马达传动车上。
如图2-4所示。
图2-2 单摆运动图2-3 机械旋转系统倒立摆是不稳定的,如果没有适当的控制力作用在它上面,它将随时可能向任何方向倾倒,这里只考虑二维问题,即认为倒立摆只在图2-65所示平面内运动。
控制力u 作用于小车上。
自动控制原理试题

自动控制原理试题1. 选择题1.1 自动控制原理的基本任务是什么?a) 控制系统的建模与分析b) 控制系统的参数调整c) 控制系统的运行与维护d) 控制系统的稳定性分析与设计1.2 以下哪个不属于自动控制系统的四要素?a) 传感器b) 控制器c) 执行器d) 运动学模型1.3 比例控制是指控制系统根据误差信号输出的控制量与误差信号之间的关系是:a) 比例关系b) 倒数关系c) 导数关系d) 积分关系1.4 闭环控制系统中,负反馈的作用是:a) 消除系统误差b) 提高系统的稳定性c) 加大系统的灵敏度d) 减小系统的响应速度2. 简答题2.1 简述自动控制系统的基本组成和工作原理。
自动控制系统由传感器、控制器、执行器和被控对象组成。
传感器用于采集被控对象的信息,并将其转换为电信号输入给控制器。
控制器根据输入的信号和设定值生成控制信号,输出给执行器。
执行器接收控制信号,并将其转换为力、位移、速度等物理量作用于被控对象,从而改变被控对象的状态或行为。
被控对象受到执行器的作用后,输出一个反馈信号给传感器,形成一个闭环控制系统。
控制器根据反馈信号与设定值之间的差异,产生误差信号,并根据误差信号调节控制信号,实现对被控对象的控制。
2.2 简述比例控制器、积分控制器和微分控制器的工作原理及其特点。
比例控制器的输出与误差信号成正比,通过调节比例系数可以改变响应速度和稳定性。
特点是简单易实现,但不能消除静态误差。
积分控制器的输出与误差信号的累积值成正比,可以消除静态误差。
特点是对于持续存在的误差具有很强的调节能力,但响应速度相对较慢。
微分控制器的输出与误差信号的变化速率成正比,可以改善系统的动态响应。
特点是能够提前预测误差信号的趋势,对快速变化的信号有很好的控制效果,但对于噪声敏感。
3. 计算题3.1 某温度控制系统,使用比例控制器,设定温度为100°C,比例系数Kp=0.5,实际温度为120°C。
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第一章自动控制的一般概念H维持不变。
要1.如图所示为液面自动控制系统示意图。
在任何情况下,希望液面高度r求(1)说明系统的控制方式及工作原理;(2)画出系统原理方框图;(3)指出被控对象,被控量,测量元件,干扰。
2.如图所示为直流电动机转速的控制系统图,在系统受到扰动的情况下(如负载变化),希望电机转速维持不变。
要求(1)说明系统工作原理;(2)画出系统原理方框图,说明控制方式;(3)指出被控对象、给定量。
3.下图为仓库大门控制系统原理示意图,试说明大门开闭的工作原理,控制方式;并画出系统的方块图,指出被控对象、被控量、控制装置、给定元件、测量元件、比较元件、放大元件。
电位器第二章 数学模型1.求图2-1所示系统输入为i u ,输出为o u 时的传递函数)()(s U s U i o(a ) (b )图2-1 无源电网络2.由运算放大器组成的有源网络如下图所示,用复阻抗法写出传递函数()()c r U s U sab )图2-2 有源网络3.如图2-3所示电枢控制式直流电动机,试以)(t e i 为输入量,)(t o θ为输出量的建立微分方程。
图2-3 电枢控制式直流电动机其中:)(t e i 是电动机电枢输入电压,)(t o θ是电动机输出转角,a R 是电枢绕组的电阻,a L 是电枢绕组的电感,)(t i a 是流过电枢绕组的电流,)(t e m 是电动机感应电势,)(t T 是电动机转矩,J 是电动机及负载折合到电动机轴上的转动惯量,f 是电动机及负载折合到电动机轴上的粘性摩擦系数。
4、画出下列RC 电路的方框图。
图2-4 一阶RC 网络5. 系统如图2-5所示图2-5 系统结构图求: (1))()()(s F s C s f =φ=?, (2)C(s)=?, (3))()()(s E s Y s G ==, (4))()()(s R s C s =φ=?6.求图2-6所示系统的闭环传递函数C(S)/R(S)。
自动控制原理试题及答案

自动控制原理试题及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 自动控制系统中,开环系统与闭环系统的主要区别在于()。
A. 是否有反馈B. 控制器的类型C. 系统是否稳定D. 系统的响应速度答案:A2. 在控制系统中,若系统输出与期望输出之间存在偏差,则该系统()。
A. 是闭环系统B. 是开环系统C. 没有反馈D. 是线性系统答案:B3. 下列哪个是控制系统的稳定性条件?()A. 所有闭环极点都位于复平面的左半部分B. 所有开环极点都位于复平面的左半部分C. 所有闭环极点都位于复平面的右半部分D. 所有开环极点都位于复平面的右半部分答案:A4. PID控制器中的“P”代表()。
A. 比例B. 积分C. 微分D. 前馈答案:A5. 在控制系统中,超调量通常用来衡量()。
A. 系统的稳定性B. 系统的快速性C. 系统的准确性D. 系统的鲁棒性答案:C6. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s),闭环传递函数为T(s),则闭环传递函数T(s)是()。
A. G(s)H(s)B. G(s)H(s)/[1+G(s)H(s)]C. 1/[1+G(s)H(s)]D. 1/G(s)H(s)答案:B7. 根轨迹法是一种用于()的方法。
A. 系统稳定性分析B. 系统性能分析C. 系统设计D. 系统故障诊断答案:B8. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s),闭环传递函数为T(s),则T(s)的零点是()。
A. G(s)的零点B. H(s)的零点C. G(s)和H(s)的零点D. G(s)和H(s)的极点答案:A9. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s),闭环传递函数为T(s),则T(s)的极点是()。
A. G(s)的零点B. H(s)的零点C. 1+G(s)H(s)的零点D. G(s)和H(s)的极点答案:C10. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s),闭环传递函数为T(s),则系统的稳态误差与()有关。
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习题一1. The differential equation of a system shown below, try to establish the dynamic structure diagram of the system and determine the transfer function Y(s)/R(s),Y(s)/N 1(s), Y(s)/N 2(s).dt)t (dy dt )t (y d )t (x )t (n )t (x )t (x )t (x dt)t (dx )t (x )t (x )t (x )t (x )t (x )t (n )t (y )t (r )t (x +=-==-==+-=22524534523121110232. A Feedback control system has the structure shown in figure 2. Determine the K 1 and K 2 so that the unit step response y(t) has T p = and =2%.Figure 2the input signal of the system is t )t ()t (r +=1, themeasuredoutputresponsefor t e .).t ()t (y 109090--+=. (1)Determine the system transfer function)s (R )s (Y . (2) For a unit step input and a unit rampinput ,calculate the steady-state error respectively.4. A negative feedback system has a loop transfer function 22)s (s K)s (GH +=.(1) Using the Routh-Hurwitz criterion, find the value of the gain K when the closed-loop system has two poles on the imaginary axis. (2)Find the value of the gain K when s=-3 andother roots of the characteristic equation. unity feedback system has a plant211)s ()s (K )s (G -+=(1)Sketch the root locus of the closed-loop system. (2)Determine the range of K for stability. (3)Find the gain K at the breakaway point. amplitude frequency characteristic curve ofminimum phase systems shown below, write out the system transfer function respectively.L(w)dBL(w)dB 07. A unity feedback control system has a plant)s)(s (s )s ()s (G 13012110+++=(1) Plot the Bode diagram of G(s).(2) Determine the phase margin PM and gain margin GM.(3) Plot the polar plot and Mark GM, PM on the this map.习题二1. A unity negative feedback control system has the plant)2()(K s s K s G +=(1) Determine the percent overshoot due to a unit step input.(2) For what range of K is the settling time less than 1 second2. A control system is shown in figure 2. (1)when r(t)=t and n(t)=t, determine all steady-state error of the system.(2)when r(t)=1(t) and n(t)=0,determine the and Ts.Figure 23. A control system shown in figure controller is the proportional controller, Gc(s)=Kp. determine the range of Kp of stable system .Figure 34. The unit-step response of a unity feedback systemt t e e t y 10602.12.01)(---+=(1)Find the transfer function of the system)()(s R s Y . (2)Find the open-loop transfer function G(s). unity feedback system has a plant )0,0(,)10(1()()(>>-+=T K s T K s H s G s s )(1)when T=1,Sketch the root locus for 0<K<∞. Find the range of K when all roots are negative real parts. (2)whenK=10,sketchtherootlocusfor0<T<∞.Determine the range of T of the stable system. 6. the following open-loop transfer function G(s)H(s) have no poles on the right half s-plane , their polar plots shown in figure 6. Please analyze the stability of the corresponding system.Figure 67. A closed-loop control system shown in Figure 7. (1)Draw the Bode plot of the open-loop transfer function G(s).(2)Calculate the phase margin.(3)Prove the phase is -180°when 14.0=ω and findout the gain margin.Figure 7习题三一、A control system is shown in Figure (a)and (b), find the transferfunction()()Y s R s (()0D s =), ()()E s R s (()0D s =), ()()Y s D s (()0R s =),Figure (a)Figure (b)二 、 A unity feedback system has a plant2)1()(+=s Ks G .(1) Plot the polar plot for )(s G when 4=K ; (2) Calculate the phase and magnitude at 1=ω;(3) Determine the range of K for which the system is stable; (4) Calculate the steady-state error ss e for input ()sin r t t =.三、A control system is shown in Figure ,Where )(s G C =1+sK I, )(s G P =25(2)s s +.Figure(1)To assure the system is stable, determine the condition that I K ,t K should satisfy ;(2)When I K =0, t K ≠0, determine the value of t K when the percentovershoot %) is %; (..%P O =)(3)For the condition of (2), find the time response y(t) for a step input r(t)=A, for t>0;(4)When I K ≠0, t K ≠0, find the steady-state error ss e for inputr(t)=10+2t.四、 A unity feedback system has a plant2)4()(+=s s Ks G(1) Sketch the root locus for 0<K<∞;(2) Determine the value of the roots on the axis j -ω and the gain K required for those roots;(3) Determine the range of K , that result in a system that satisfy step response with no overshoot.五、The open-loop bode plot of a unity feedback system are shown in .(1)Find the open-loop transfer function G(s);. (2)Determine the phase margin and gain margin ;. (3)When K=20,whether the system is stable.;12.24100.1-20dB/dec-40dB/dec-60dB/decωωdBL )(ω)(ωΦ0o -90o -180o -270o-6.2dBFigure 614六、The unity feedback system has open-loop transfer function ,)15.0(100)(0+=s s S GThe bode plot of 0()()c G s G s is shown in .(1)Determine the transfer function of compensator Gc(s)(2)When 9.04/g w rad s ,determine the phase margin of the system aftercompensation.习题四1. Determine the transfer function Y(s)/R(s).Feedback control system has the structure shown in figure 2.Figure 2(1)Show the permissible area for the poles of Y(s)/R(s) in order to achieve ≤ % and t s ≤4s . (2)When ζ= and ωn =10, determine the value of K and β.(3)Determine the steady-state error for a step and a ramp input.system has the transfer function15815)()()(2++==s s s R s Y s T Determine its unity step response and its unity impulse response.unity negative feedback system has a loop transfer function)1()1()5.0()(2-++=s s s K s G .(1)Sketch the root locus of q(s)=1+G(s)=0. (2)Determine the range of K for stability. (3)Find the value of the gain K when s=0 and other roots of the characteristic equation.polar plot of the open-loop transfer function of a system is shown below. (2))(1) the corresponding transfer function is the following which form (1))(2) determine the stability of the system using Nyquist stability criteria.)Ti ,K (,)s T )(s T )(s T (K )s (H )s (G )b ()T ,K (,)s T )(s T (T (K )s (H )s (G )a (i 0011100111321213>>+++=>>+++=s s )(1)(2)amplitude frequency characteristic curve of minimum phase systems as shown below, write out the system transfer function respectively.7. A unity feedback control system has a plant)s )(s (s )s (G 3212++= (1) Plot the Bode diagram of G(s).(2) Determine the phase margin PM and gain margin GM.(3) Plot the polar plot and Mark GM, PM on the map.。