试绘制闭环系统的根轨迹
第四章 根轨迹法 习题
第四章 根轨迹法4-1试粗略画出对应反馈控制系统具有以下前向和反馈传递函数的根轨迹图： ()()()()s s H s s s K s G 6.01,01.01.02+=++=4-2 试粗略地画出反馈系统函数 ()()()()2411+-+=s s s Ks G 的根轨迹。
4-3 对应负反馈控制系统，其前向和反馈传递函数为 ()()()()1,42)1(2=+++=s H s s s s K s G 试粗略地画出系统的根轨迹。
4-4 对应正反馈重做习题4-3，试问从你的结果中得出什么结论？4-5 试画出具有以下前向和反馈传递函数的，正反馈系统根轨迹的粗略图。
()()()()1,4122=++=s H s s Ks G4-6 试确定反馈系统开环传递函数为 ()()()()()5284)2(2+++++=s s s s s s K s H s G 对应-∞<K<∞的根轨迹。
指明所有根轨迹上的相应特征。
4-7 设一负反馈系统，其开环传递函数 ()()()()()90020040)4(2++++=s s s s s K s H s G a) 画出根轨迹并表明根轨迹上全部特征值。
b) 增益值在一个什么样的范围内，系统才是稳定的？ c) 画出系统的伯德图，并使其稳定性和不稳定性区域，与根轨迹图连系起来说明。
4-8 对应负反馈情况，重做习题4-7.4-9 对应如下的负反馈控制系统，粗略地作出根轨迹，并确定系统稳定下K 的范围。
()()()()1,41)6(=+++=s H s s s s K s G4-10 对应习题4-10图所示系统，根据以下条件，试确定导致系统稳定的正实数增益K 的范围：a) 具有负反馈的系统。
b) 具有正反馈的系统。
习题4-10图4-11 已知反馈系统的开环传递函数*()()(1)(2)K G s H s s s s =++ 试绘制系统的根轨迹图，详细列写根轨迹的计算过程，其中包括零点、极点、渐近线及与实轴交点，根轨迹分离点及与虚轴的交点、渐近线与实轴夹角。
自动控制原理第4章 习题及解析
4-2 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试绘制出相应的闭环根轨迹图。
1）*()(1)(3)K G s s s s =++ 2）*(5)()(2)(3)K s G s s s s +=++解：（1）()(1)(3)*K G s s s s =++① 由G (s )知，n =3，m =0，p 1=0，p 2=–1，p 3=–3。
② 实轴上[0，–1]、[–3，∞]是根轨迹段。
③ 有n –m =3条渐近线,交点3403310-=---=a σ， 夹角︒±=60a ϕ、180°。
④ 实轴上[0、–1]根轨迹段上有分离点d 。
由0)(1=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=ds s G ds d 求d ：03832=++s d 解得 45.0-=d （分离点） 3742j d --=（舍去） ⑤求根轨迹与虚轴交点，令jw s =代入0)(=s D ，得⎪⎩⎪⎨⎧=+-==+-=03)(Im 04)(Re 312ωωωωωj j j D K j D 解得3±=o ω 20412*K ω==临根轨迹图见图4-2（1）（2） *(5)()(2)(3)K s G s s s s +=++①由 G (s )知， n =3，m =1，p 1=0，p 2=–2，p 3=–3，p 4=–5②实轴上[-2、0]，[-5、-3]是根轨迹段 ③有n-m=2条渐近线：0a σ=，夹角ϕa =±90°④实轴上 [-2、0] 根轨迹段上有分离点d ， 由1[]0()s dd ds G s ==求d ：3232556300s s s +++=，试凑得 s 1=-0.88 是其解，且是分离点。
根轨迹图见图4-2（2）。
4-3 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试绘制出相应的闭环根轨迹图。
1）*(2)()(12)(12)K s G s s j s j +=+++- 2）*2()(4)(420)K G s s s s s =+++解：（1）*(2)()(12)(12)K s G s s j s j +=+++-根轨迹图见图4-3（1）（2）*2()(4)(420)K G s s s s s =+++① n =4，m =0，p 1=0，p 2=–4，p 3、4=–2±j 4② p 1、p 2连线中点正好是p 3、p 4实部，开环极点分布对称于垂线s=–2，根轨迹也将对称于该垂线。
东北大学自动控制原理考研真题(二)2008-2015
2������
+
2)
试画出根轨迹草图，并用根轨迹法确定使闭环主导极点的阻尼比
ξ = 时0.���5���������值。
五、（20 分）已知系统的开环传递函数为：
������������ (s) = ������(0.25������
6 + 1)(0.06������
+
1)
试绘制伯德图，求相位裕度及增益裕度，并判断闭环系统的稳定性。
图 3 所示，求微分时间常数τ。
Xr(s)
-
Kk s(s+1)
Xc(s)
图 2. 题三原系统结构图
Xr(s)
-
E(s)
-
4 s(s+1)
τs
Xc(s)
图 3. 题三改善后系统结构图
四、（20 分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为：
������������ (s) = (������
+
������������ 16)2(+������
东北大学 2008 年初试试题 考试科目：自动控制原理 一．简要回答下面问题： 1.对于一般的控制系统，当给定量突然增加时，输出量的暂态过程有哪几种情况？ 2.画图说明当系统处于衰减振荡过程时暂态性能指标。 二．试绘制图 1 所示 RC 无源网络的动态结构图，并写出传递函数
C
R2
ur
R1
uc
三．1．试述减小稳态误差的措施。
六、（20 分）试写出串联引前（微分）校正装置的传递函数，并说明
其作用和适用范围。
七、（20 分）
（1）试说明用描述函数法分析非线性系统的基本思想：
（2）设继电气特性为：
y(x) =
自动控制原理第四章根轨迹法
第四章 根轨迹法
第一节 根轨迹与根轨迹方程 根轨迹 系统的某个参数（如开环增益K）由0到∞变化时， 闭环特征根在S平面上运动的轨迹。
例： GK(S)= K/[S(0.5S+1)] = 2K/[S(S+2)] GB(S)= 2K/(S2+2S+2K) 特征方程：S2+2S+2K = 0
-P1)(S-P2)…(S-Pn)
单击此处可添加副标题
当n＞m时，只有m条根轨迹趋向于开环零点，还有（n-m）条？ m，S→∞，有: (S-Z1)(S-Z2)…(S-Zm) -1 -1 ———————-— = —— = —— P1)(S-P2)…(S-Pn) K* AK 可写成：左边 = 1/Sn-m = 0 当K=∞时，右边 = 0 K=∞（终点）对应于S→∞（趋向无穷远）. 即：有（n-m）条根轨迹终止于无穷远。
分解为：
03
例：GK(S)= K/[S(0.05S+1)(0.05S2+0.2S+1)] 试绘制根轨迹。 解： 化成标准形式： GK(S)= 400K/[S(S+20)(S2+4S+20)] = K*/[S(S+20)(S+2+j4)(S+2-j4)] K*=400K——根迹增益 P1=0，P2=-20，P3=-2+j4，P4=-2-j4 n=4，m=0
一点σa。
σa= Zi= Pi
ΣPi-ΣZi = (n-m)σa
σa= (ΣPi-ΣZi)/(n-m)
绘制根轨迹的基本法则
K*(S-Z1)(S-Z2)…(S-Zm)
—————————— = -1 (S-P1)(S-P2)…(S-Pn)
控制理论作业二答案
第三章3-1 已知二阶系统闭环传递函数为 369362++=s s G B 。
试求单位阶跃响应的t r , t m ,δ% , t s 的数值？解：[题意分析]这是一道典型二阶系统求性能指标的例题。
解法是把给定的闭环传递函数与二阶系统闭环传递函数标准形式进行对比，求出n ω参数，而后把n ω代入性能指标公式中求出r t ，m t ，%δ，s t 和N 的数值。
上升时间 t r峰值时间t m 过度过程时间t s 超调量δ％3-2 设单位反馈系统的开环传递函数为试求系统的性能指标，峰值时间，超调量和调节时间。
解：[题意分析]这是一道给定了开环传递函数,求二阶系统性能指标的练习题。
在这里要抓住二阶系统闭环传递函数的标准形式与参数(ζ,n ω)的对应关系，然后确定用哪一组公式去求性能指标。
根据题目给出条件可知闭环传递函数为与二阶系统传递函数标准形式2222nn n s s ωζωω++相比较可得12,12==n n ζωω，即n ω=1,ζ=0.5。
由此可知，系统为欠阻尼状态。
故，单位阶跃响应的性能指标为3-3 如图1所示系统，假设该系统在单位阶跃响应中的超调量%δ=25%，峰值时间m t =0.5秒，试确定K 和τK,τ与ζ,n ω的关系；%δ,m t 与ζ,nω 由系统结构图可得闭环传递函数为 与二阶系统传递函数标准形式相比较，可得由题目给定： %25%100%21=⨯=--ζζπδe即 25.021=--ζζπe两边取自然对数可得 依据给定的峰值时间： 5.012=-=ζωπn m t （秒）所以 85.615.02=-=ζπωn （弧度/秒）3-4 已知系统的结构图如图2所示，若)(12)(t t x ⨯= 时，试求：(1) 当τ=0时，系统的t r , t m , t s 的值。
(2) 当τ≠0时，若使δ％=20%，τ应为多大。
求出可得 )/(07.750秒弧度==n ω 由于ss X 2)(=输出的拉氏变换为 则拉氏反变换为(2) 当τ≠0时，闭环传递函数由 %20%100%21=⨯=--ζζπδe两边取自然对数 61.12.0ln 12-==--ζζπ， 可得故 73.85.)107.746.0(2=-⨯=o τ3-5(1) 什么叫时间响应答：系统在外加作用的激励下，其输出随时间变化的函数关系叫时间响应。
信息工程大学821自动控制原理2015-2016年考研专业课真题试卷
s(s+1)
Ks
（1）求系统稳定时 K 的取值范围；
（2）求输入为
r(t)
1 2
t2 时，系统的静态加速度误差系数
Ka
；
（3）分析系统的局部反馈 Ks 对系统稳态误差 ess 的影响。
四、（25 分）已知控制系统结构图如下图所示：
R(s) +
_
K 0.5s+1
1
C(s)
s(s+1)
（1）绘制系统的根轨迹图； （2）采用根轨迹法分析系统的稳定性。
as
（1）当 a = 0 时，求系统的阻尼比 、无阻尼自振频率n 和单位斜坡函 数输入时的稳态误差；
第1页 共3页
（2）当 = 0.7 时，求系统中的 a 值和单位斜坡函数输入时系统的稳态误 差。
三、（20）已知具有局部反馈回路的控制系统结构图如下图所示：
R(s) +
_
s+1
+
1
C(s)
s
_
信息工程大学2016年考研专业课真题试卷（原版）
821 自动控制原理
（共八题，满分 150 分）
一、（20 分）已知 RC 网络电路图如下图所示，其中 Ur 为网络输入量，
Uc 为网络输出量。
i2
C1
Ur
R1
R2
Uc
C2
（1）采用复数阻抗法画出系统结构图； （2）求取网络传递函数 Uc(s)/Ur(s)。 二、（15 分）已知二阶控制系统的单位阶跃响应曲线如下图所示，
八、（15 分）已知闭环离散系统结构图如下图所示，
R(s) + E(s)+
_
_T
自动控制原理简明教程 第四章 根轨迹法 习题答案
方程求得。
k* 2 3 3
2
1
2 3 2 2 3 1
解得： k* 3(3 3)
1 3
特征根s=0处对应的 k * 值也利用模值方程求得：
k* 3 2 2 1
1
k*
4 3
满足稳定性时，k* 4 要使系统的三个根均为负
实根，则：
3
k* 4 3
0 k* 3(3 3) 1 3
0 k*
另一个闭环极点为 S3 ，则
(S S3 )(S 1)2 S (S 3)2 4
则解得：
(S S3 )(S 1)2 S (S 1)2 4(S 1)2 (S 4)(S 1)2
则 (S S3) S 4 S3 4 （另外一个闭环极点） 临界阻尼时的闭环传递函数为
(S)
(S
4(S 1) 4)(S 1)2
(2
j) (2 3
j)
4 3
渐近线与实轴正方向夹角
a
(2k 1)
nm
,
3
分离点： 1 1 1 0
d d 2 j d 2 j
整理得：3d 2 8d 5 0
解得：d1,2
8 6
2
d1 1 d2 1.67
分离角
l
180 l
180 2
900
把 S j 代入特征方程：
1
k*
n
m
a
i 1
Pi Zi
i 1
nm
(3) (3) 3
2
渐近线与实轴正方向夹角：
a
(2k 1)
nm
, ,
33
分离点： 1 1 1 0
d d 3 d 3
解得：d 1, a S (S 3)2 (1) 4 4
自控控制原理习题 王建辉 第4章答案
4-1 根轨迹法使用于哪类系统的分析?4-2 为什么可以利用系统开环零点和开环极点绘制闭环系统的根轨迹?4-3 绘制根轨迹的依据是什么?4-4 为什么说幅角条件是绘制根轨迹的充分必要条件?4-5 系统开零环、极点对根轨迹形状有什么影响？4-6 求下列各开环传递函数所对应的负反馈系统的根轨迹。
(1))2)(1()3()(+++=s s s K s W g K (2))2)(3()5()(+++=s s s s K s W g k (3) )10)(5)(1()3()(++++=s s s s K s W g k解：第（1）小题 由系统的开环传递函数)2)(1()3()(+++=s s s K s W g K 得知1． 起点：0=g K 时，起始于开环极点，即 11-=-p 、22-=-p2． 终点：=∝g K 时，终止于开环零点，31-=-z3． 根轨迹的条数，两条，一条终止于开环零点，另一条趋于无穷远。
4． 实轴上的根轨迹区间为3~-∝-和1~2--5． 分离点与会合点，利用公式0312111=+-+++d d d ()()()()()()()()()0321213132=+++++-+++++d d d d d d d d d 即：0762=++d d解上列方程得到：586.11-=d ，414.42-=d根据以上结果画出根轨迹如下图：解：第（2）小题 由系统的开环传递函数)2)(3()5()(+++=s s s s K s W g K 得知1． 起点：0=g K 时，起始于开环极点，即 00=-p 、21-=-p 、32-=-p2． 终点：=∝g K 时，终止于开环零点，51-=-z3． 根轨迹的条数，三条，一条终止于开环零点，另两条趋于无穷远。
4． 实轴上的根轨迹区间为3~5--和0~2-5． 分离点与会合点，利用公式05131211=+-++++d d d d 8865.0-=d6． 根轨迹的渐进线 渐进线倾角为：0009013)21(180)21(180 =-+=-+=μμϕm n 渐进线的交点为：01352311=--+=---=-∑∑==m n z p m i in j j k σ 根据以上结果画出根轨迹如下图：解：第（3）小题 由系统的开环传递函数)10)(5)(1()3()(++++=s s s s K s W g K 得知1． 起点：0=g K 时，起始于开环极点，即 10-=-p 、51-=-p 、102-=-p2． 终点：=∝g K 时，终止于开环零点，31-=-z3． 根轨迹的条数，三条，一条终止于开环零点，另两条趋于无穷远。
自动控制原理试卷及答案20套1
《自动控制原理》试卷（一）A一、)(/)(s R s C二、 系统结构图如图所示，τ取何值时，系统才能稳定 ？（10分）三、已知负反馈系统的开环传递函数为， 42)2()(2+++=s s s K s W k(1) 试画出以K 为参数系统的根轨迹；(2) 证明根轨迹的复数部分为圆弧 。
（15分）四、已知一单位闭环系统的开环传递函数为)15.0(100)(+=s s s W K ，现加入串联校正装置：101.011.0)(++=s s s W c ，试： （20分）（1） 判断此校正装置属于引前校正还是迟后校正？（2） 绘制校正前、后系统及校正装置的对数幅频特性。
（3） 计算校正后的相位裕量。
五、非线性系统结构如图所示，设输入r=0, 绘制起始点在0)0(,1)0(00==>=c cc c 的c c -平面上的相轨迹。
（15分）C )(s )(s o六、采样控制系统如图所示，已知： （15分）1．求出系统的开环脉冲传递函数。
2．当输入为)(1*)(1*)(1)(221t t t t t t r ++=时，求稳态误差ss e 。
七、用奈氏稳定判据判断如下图所示系统的稳定性。
其中，（1）─（3）为线性系统，（4）─（6）为非线性系统。
（15分）《自动控制原理》试卷（一）B一、 控制系统的结构如下图。
(1) 当F （s ）=0时，求系统闭环传递函数)()()(s R s C s =Φ；(2) 系统中H 2（s ）应满足什么关系，能使干扰F （s ）对输出C （s ）没有影响？（10分）二、． 设某控制系统方框图如图所示，要求闭环系统的特征值全部位于s ＝－1垂线之左，试确定参数K 的取值范围。
（10分）三、.一单位负反馈系统的开环传函为)15.0()125.0()(++=s s s K s W ，欲使该系统对单位阶跃函数的响应为一振幅按指数规律衰减的简谐振荡时间函数，试用根轨迹法确定K 值范围（要求首先绘制根轨迹，求出并在图上标注主要的特征点参数）。
自动控制原理课后答案第4章
式中，A(s)为开环传递函数的分母多项式，B(s)为开环传递函数的分子多项式。则分离点或 会合点坐标可用下式确定，即 A( s) B '( s ) A '( s ) B ( s ) 0 3）极值法
dK 0 ds
规则 7：根轨迹的出射角和入射角 根轨迹的出射角是指根轨迹离开开环复数极点处的切线与实轴正方向的夹角，如图 4-2 中的角 p1 ； 而根轨迹的入射角是指根轨迹进入开环复数零点处的切线与实轴正方向的夹角， 如图 4-2 中的角 z1 。
2
【重点与难点】 1、根轨迹的绘制 熟练掌握根轨迹绘制的基本法则。 规则 1：根轨迹的连续性和对称性 根轨迹具有连续性，且关于实轴对称。 规则 2：根轨迹的分支数 对于一般的系统有 n≥m，根轨迹的分支数与开环极点数 n 相等。 说明： 根轨迹的分支数一般与闭环特征方程式的根的数目相同， 而闭环特征方程式的根 的数目等于开环极点数 n。 规则 3：根轨迹的起点和终点 根轨迹的各条分支始于开环极点，终于开环零点。 说明：当 n≥m 时，起点为 n 个开环极点；终点为 m 个开环有限零点和（n-m）个开环 无限零点。 规则 4：实轴上的根轨迹 对于实轴上的某一区段，若其右侧实轴上的开环零、极点数目之和为奇数，则该段实轴 必为根轨迹。 规则 5：根轨迹的渐近线 (1) 根轨迹中 n-m 条趋向于无穷远处的渐近线与实轴正方向的夹角， 即为渐近线的倾角
4
一般，用于求解根轨迹与虚轴交点的方法有两种： 1）利用劳斯判据的方法确定； 2） 令闭环特征方程式 1+G(s)H(s)＝0 中的 s＝jω， 然后分别令其实部和虚部为零而求得。 规则 9：闭环特征方程式的根之和与根之积 闭环特征根与开环极点之间的关系：
n l l 1 n i i 1
自动控制原理第四、五章答案
四 根轨迹分析法2-4-1 【解】：题2-4-1解图2-4-2 设负反馈系统的开环传递函数分别如下： （1）)1)(5.0)(2.0()(+++=s s s Ks G （2）)12()1()(++=s s s K s G（3）)52()2()(2+++=s s s K s G （4）)136)(5)(1()(2++++=s s s s Ks G试绘制K 由+∞→0变化的闭环根轨迹图。
【解】：（1）系统有三个开环极点 1,5.0,2.0321-=--=--=-p p p 。
① 0,3==m n ，有三条根轨迹，均趋于无穷远。
② 实轴上的根轨迹在区间]][2.0,5.01,(----∞。
③ 渐近线 ()()2,1,0180,6031801257.0315.02.0=︒︒±=︒⋅+=-=---=-k k θσ ④ 分离点。
方法一 由0)()()()(='-'s Q s P s Q s P 得33.0,8.008.04.332,12--=⇒=++s s s8.01-=s 不在根轨迹上，舍去。
分离点为33.0-。
分离点处K 值为 014.0)()(33.0=-=-=s s P s Q K方法二 特征方程为：01.08.07.123=++++K s s s重合点处特征方程：0)2()2()()(22232=+++++=++b a s a ab s b a s b s a s 令各项系数对应相等求出重合点坐标和重合点处增益取值。
题2-4-2（1）解图⑤ 根轨迹与虚轴的交点。
系统的特征方程为01.08.07.1)(23=++++=K s s s s D方法一 令ωj s +，得⎪⎩⎪⎨⎧=±=⇒⎪⎩⎪⎨⎧=++-=+-⇒=+++--26.18.001.07.108.001.08.07.12323K K K j j ωωωωωωω 方法二 将特征方程列劳斯表为Ks K s Ks s ++-+1.07.11.08.01.07.18.010123令1s 行等于0，得26.1=K 。
胡寿松自动控制原理习题解答第四章
4-1 设单位反馈控制系统的开环传递函数 1)(+=∗s K s G试用解析法绘出∗K 从零变到无穷时的闭环根轨迹图，并判断下列点是否在根轨迹上： （－２＋ｊ０）， （０＋ｊ１）， （－３＋ｊ２） 解：有一个极点：（－1＋ｊ０），没有零点。
根轨迹如图中红线所示。
（－２＋ｊ０）点在根轨迹上，而（０＋ｊ１）， （－３＋ｊ２）点不在根轨迹上。
4-2 设单位反馈控制系统的开环传递函数 )12()13()(++=s s s K s G 试用解析法绘出开环增益K 从零增加到无穷时的闭环根轨迹图。
解：系统开环传递函数为)2/1()3/1()2/1()3/1(2/3)(++=++=s s s K s s s K s g G 有两个极点：（0＋ｊ０），（－1/2＋ｊ０），有一个零点（-1/3，j0）。
根轨迹如图中红线所示。
4-3 已知开环零、极点分布如图4-28所示，试概略绘出相应的闭环根轨迹图。
图4-28 开环零、极点分布图4-4 设单位反馈控制系统开环传递函数如下，试概略绘出相应的闭环根轨迹图(要求确定分离点坐标d)： (1) )15.0)(12.0()(++=s s s Ks G解：系统开环传递函数为)2)(5()2)(5(10)(++=++=s s s K s s s Ks g G 有三个极点：（0＋ｊ０），（－2＋ｊ０），（－5＋ｊ０）没有零点。
分离点坐标计算如下：051211=++++d d d 3解方程的010142=++d d 7863.31−=d ，d 88.02−=取分离点为88.0−=d根轨迹如图中红线所示。
（2） )12()1()(++=s s s K s G解：系统开环传递函数为)5.0()1()5.0()1(2/)(++=++=s s s K s s s K s g G有两个极点：（0＋ｊ０），（－0.5＋ｊ０），有一个零点（－1＋ｊ０）。
分离点坐标计算如下：115.011+=++d d d 解方程的05.022=++d d 7.11−=d ，d 29.02−=取分离点为7.11−=d ，29.02−=d 根轨迹如图中红线所示。
中文版教材习题五答案
z
*
30 199
30
（2）分离点为： d 0.4 ，分离角为： (2k 1)
l
2
起始角： p4 268 ， p5 268
与虚轴的交点：
K1*
0 0
K2,3*
1.034 73.04
K4*,5165.553104
K(3s 1)
s(2s 1) K(3s 1)
闭环特征方程： 2s 2 (1 3K)s K 0
闭环特征根： s1,2 (1 3K)
(1 3K)2 8K (1 3K) 9K 2 2K 1
4
4
当
K＝0
时，特征根
s1
0, s2
1 2
(1 3K ) (3K 1)2 8
(1)
G(s)
K s(s 1)2
(2)
G(s)
K(s s(s2 4s
4) 29)
(3) G(s)
K
s(s 2 4s 8)
试概略画出闭环系统根轨迹图。 5-4 参考答案：
(a) G(s)H (s) K s(s 1)2
(4) G(s) K (s 5)(s 4) s(s 1)(s 3)
-4 -3
Im
-1
0
Re 5
44
“自动控制原理”第五章习题参考答案
5-5
已知开环传递函数为 G(s)H (s)
K s(s 4)(s2 4s 20)
，请概略画出闭环系统根轨。
5-5 参考答案：
与虚轴交点：
K
天津大学812自动控制理论2007-2011真题
天津大学招收2011年硕士学位研究生入学考试试题考试科目名称：自动控制理论考试科目代码：812所有答案必须写在试卷纸上，并写清楚题号，答案写在试题上无效。
提示：本套考卷的部分试题对于学术型硕士研究生考生和全日制专业学位硕士研究生考生有所区别，前面未标注的试题为所有考生必答题，前面有标注的试题请考生务必选择相应类型试题作答，选错不得分。
一、(25分)某直流电机电枢电压输入uα与转角输出θm间满足的微分方程为（１）给出从电枢电压uα到电机转速间的传递函数，给出从电枢电压uα到电机转角θm间的传递函数，求时电机转速的稳态值。
（２）引入反馈控制式中为θr转角的给定值，求系统的闭环传递函数。
（３）为使闭环系统的超调量为16%，试确定K的取值，问此时系统的调节时间？二．（25分）已知被控对象由下列三个传递函数顺序串联而成(1)试将G1（S）、G2（S）、G3（S）的输出依次取状态变量X1、X2、X3，列写被控对象的状态方程描述。
(2)设计状态反馈矩阵K T=[k1,k2,k3],使系统的闭环极点为-3，-2±j2。
三．（25分）某单位反馈系统被控对象的传递函数为调节器的传递函数为（1）试绘制系统kp 从0到＋∞、Ti从0到4两参数变化的根轨迹簇（具体绘图时取T=0.25、0.5、1、2、4）。
（2）根据根轨迹图，分别讨论kp 变化时、Ti变化时对系统闭环极点阻尼比和自然振荡频率的影响。
（3）谈论kp Ti=1、Ti变化时闭环系统的动态响应特性。
四．（25分）某单位反馈系统校正前的开环传递函数为要求校正后系统的加速度误差系数K a=31.6，系统开环传递函数中频段的斜率为-20dB /dec,函数穿越频率10rad/s，高频段的斜率为-40db/dec，且对频率为100rad/s的测量噪声扰动信号有-30dB的衰减。
（1）绘制希望的对数幅频特性曲线。
（2）给出校正装置的传递函数，它是一种什么校正装置？（3）计算校正前和校正后的系统相角裕度，定性说明系统的静态特性、稳定性和快速性的变化。
第四章习题答案
解：系统结构图为：
R(S) G(S) C(S)
特征方程为：1 + G ( S ) = 0
S 3 + 2S 2 + S + S + a = 0 S + 2S + 2S + a = 0
3 2
S +a 1+ =0 2 S ( S + 1)
a 整理： 1 + 3 =0 2 S + 2S + 2S
∴ 等效开环传递函数为：
∴闭环特征方程为：S 3 + 6S 2 + 9S + a = 0
a 1+ 3 =0 整理得： 2 S + 6S + 9S
（根轨迹方程）
令
a a G(S ) = 3 = 2 S + 6 S + 9 S S ( S + 3) 2
为等效的开环传递函数
根轨迹方程：G ( S ) = −1 当 a 从0 → ∞ 时，开环零点： m = 0 ，开环极点：
( S + 2)( S + 1) ( S + 2)( S + 1) S ( S + 1) = φ (S ) = ( S + 2)( S + 1) S ( S + 1) + ( S + 2)( S + 1) 1+ S ( S + 1) ( S + 2)( S + 1) ( S + 2)( S + 1) = = 2( S + 1)( S + 1) 2( S + 1) 2
d1 = −2 + 3
d 2 = −2 − 3 舍掉，不在根轨迹上
控制理论作业二答案
第三章3-1 已知二阶系统闭环传递函数为 369362++=s s G B 。
试求单位阶跃响应的t r , t m ,δ% , t s 的数值？解：[题意分析]这是一道典型二阶系统求性能指标的例题。
解法是把给定的闭环传递函数与二阶系统闭环传递函数标准形式进行对比，求出n ω参数，而后把n ω代入性能指标公式中求出r t ，m t ，%δ，s t 和N 的数值。
上升时间 t r峰值时间t m 过度过程时间t s 超调量δ％3-2 设单位反馈系统的开环传递函数为试求系统的性能指标，峰值时间，超调量和调节时间。
解：[题意分析]这是一道给定了开环传递函数,求二阶系统性能指标的练习题。
在这里要抓住二阶系统闭环传递函数的标准形式与参数(ζ,n ω)的对应关系，然后确定用哪一组公式去求性能指标。
根据题目给出条件可知闭环传递函数为与二阶系统传递函数标准形式2222nn n s s ωζωω++相比较可得12,12==n n ζωω，即n ω=1,ζ=0.5。
由此可知，系统为欠阻尼状态。
故，单位阶跃响应的性能指标为3-3 如图1所示系统，假设该系统在单位阶跃响应中的超调量%δ=25%，峰值时间m t =0.5秒，试确定K 和τK,τ与ζ,n ω的关系；%δ,m t 与ζ,nω 由系统结构图可得闭环传递函数为 与二阶系统传递函数标准形式相比较，可得由题目给定： %25%100%21=⨯=--ζζπδe即 25.021=--ζζπe两边取自然对数可得 依据给定的峰值时间： 5.012=-=ζωπn m t （秒）所以 85.615.02=-=ζπωn （弧度/秒）3-4 已知系统的结构图如图2所示，若)(12)(t t x ⨯= 时，试求：(1) 当τ=0时，系统的t r , t m , t s 的值。
(2) 当τ≠0时，若使δ％=20%，τ应为多大。
求出可得 )/(07.750秒弧度==n ω 由于ss X 2)(=输出的拉氏变换为 则拉氏反变换为(2) 当τ≠0时，闭环传递函数由 %20%100%21=⨯=--ζζπδe两边取自然对数 61.12.0ln 12-==--ζζπ， 可得故 73.85.)107.746.0(2=-⨯=o τ3-5(1) 什么叫时间响应答：系统在外加作用的激励下，其输出随时间变化的函数关系叫时间响应。
自东操纵原理题库
1. 已知单位反馈系统的开环传递函数，试绘制参数b从0→∞的根轨迹，并写出b=2时系统的闭环传递函数。
(1)(2)答案:[提示] 求等效开环传递函数，画根轨迹。
(1)分离点坐标：d1=-8.472，d2=0.472(舍)，出射角θp=153.4°；(2)两支根轨迹，分离点的坐标-202. 已知系统的开环传递函数为(1)确信实轴上的分离点及K*的值；(2)确信使系统稳固的K*值范围。
答案:(1)实轴上的分离点d1=-1，d2=-1/3，对应的K*1=0，K2*=22/27；(2)稳固范围0＜K*＜63. 设单位负反馈系统的开环传递函数如下：(1)绘制系统准确的根轨迹图；(2)确信使系统临界稳固的开环增益K c的值；(3)确信与系统临界阻尼比相应的开环增益K。
答案:(1)分离点坐标：d1=-79(舍)，d2=-21；(2)K c=150；(3)K=9.64. 设单位负反馈操纵系统开环传递函数已知，要求：(1)确信产生纯虚根的开环增益K；(2)确信产生纯虚根为±j1的z值和K*值。
答案:(1)用劳斯判据求临界稳固点得K*=110，化成开环增益K=11(2)将±j1任一点代入闭环特点方程得K*=30，z=199/305. 反馈系统的开环传递函数为试用根轨迹法确信出阶跃响应有衰减的振荡分量和无振荡分量时的开环增益K值范围。
答案:[提示] 特点根全为负实数时无振荡分量，为复数时有振荡分量6. 已知系统的特点方程为(1)s3+9s2+K*s+K*=0 (2)(s+1)(s+1.5)(s+2)+K*=0(3)(s+1)(s+3)+K*s+K*=0试绘制以K*为参数的根轨迹图。
答案:[提示] 将带K*项归并，方程两头同除不带K*项的多项式，求出等效的开环传函7. 已知单位反馈系统的开环传递函数为试绘制闭环系统的根轨迹图。
答案:[提示] 开环极点散布图分离点有3个，不要画错。
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LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
Байду номын сангаас
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
u1
R1R2C
du2 dt
(R1
R2 )u2
R2u1
自动 控制原理上部
2.2传递函数：
2.2.1 传递函数的定义
系统的动态方程：
控制器
被控对象
输入量
控制器
被控对象
输出量
测量元件
反馈控制原理：利用负反馈产生的偏差所取得的控制作用 去消除偏差的控制原理
School of Automation Engineering
自动 控制原理上部
1.3.2 伺服系统、定值控制系统和程序控制系统 1.3.3 线性系统和非线性系统
数字控制系统和模拟控制系统 运动控制系统和过程控制系统 时变系统和定常系统
F(s)
R(s)
E(s) G1(s)
Y (s)
G2 (s)
C(s)
H (s)
School of Automation Engineering
自动 控制原理上部
系统框图的绘制方法：
R1
R2
u1 (t )
C1 C2
u2 (t)
拉氏 变换
R1 U3 (s) R2
U1(s) I1(s)
1
I
2
(
s
)
1
C1s C2s
时域
频域
针对线性定常系统
初始条件为零
反映固有特性，与输入信号形式无关，与位置有关
如有复数零极点，必共轭出现
G(s) M (s) D(s)
m
n
一般
mn
School of Automation Engineering
自动 控制原理上部
2.2.3 传递函数的基本环节
放大环节（比例环节）、惯性环节、积分环节、振荡环节 纯微分环节、一阶微分环节、二阶微分环节、延迟环节
1.4 控制系统的组成及对控制系统的基本要求
1.4.1 控制系统的基本组成
执行元件、放大元件、测量元件、补偿元件
1.4.2 对控制系统的基本要求
稳定性、准确性、快速性与平稳性
School of Automation Engineering
自动 控制原理上部
第二章 系统的数学模型
数学模型
运动方程式、传递函数、方框图
并且输入输出信号的初始值为零，则对输入输出信号做拉氏 变换得到
G(s)
C(s) R(s)
sn
b0sn b1sn1 bn1s bn a1sn1 a2sn2 an1s
an
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自动 控制原理上部
2.2.2 传递函数的一些特点 运动方程式 一一对应 传递函数
第一章 自动控制概述
1.1 引言 1.2 自动控制系统的初步概念
自动控制系统
指令 输入
参考输入元件
控制器
执行元件
扰动 信号
被控对象
输出 信号
School of Automation Engineering
测量元件
自动 控制原理上部
1.3 自动控制系统的分类
1.3.1 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
2.2.4 电器网络的运算阻抗与传递函数
RL
u1
C u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
G(s)
U 2 (s) U1(s)
LCs 2
1 RCs
1
School of Automation Engineering
自动 控制原理上部
2.3 控制系统的框图和传递函数
2.3.1 框图的概念和绘制
x1 G(s) x2
x3 x2
G(s)
x1 G(s)
x1 G(s) x2 G(s)
x2
1 x3 x1
G
x3
()
x1
G(s) x3
()
1 x2
自 G动 控 制 原 理 上 部
2.3.3 闭环系统的传递函数
F(s)
R(s)
E(s) G1(s)
Y (s)
G2 (s)
C(s)
H (s)
U 2 (s)
1. 列写系统方程组 从输出量开始写，以系统输出量作为第一个方程左边的量 每个方程左边只有一个量。从第二个方程开始，每个方程左边的量是前面方 程右边的中间变量 列写方程时尽量用已出现过的量 输入量至少要在一个方程的右边出现；除输入量外，在方程右边出现过的中 间变量一定要在某个方程的左边出现。
C(s)
Y (s)
H (s)
(s) C(s) G1(s)G2 (s) G(s) R(s) 1 G1(s)G2 (s)H (s) 1 G(s)H (s)
2. 按着方程组的顺序，从输出量开始绘制系统框图
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自动 控制原理上部
2.3.2 框图的变换规则
1. 串连环节的简化 2. 并联环节的简化 3. 反馈回路的简化
R(s) E(s)
G
C(s)
Y (s)
H
(s) C(s) G(s) R(s) 1 G(s)H (s)
2.1 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
School of Automation Engineering
自动 控制原理上部
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
School of Automation Engineering
c(n) (t) a1c(n1) (t) a2c(n2) (t) an1 c(t) anc(t)
b0r (n) (t) b1r (n1) (t) bn1 r(t) bnr(t)
其中，ai 、bi 是常数，r(t) 是输入信号，c(t) 是输出信号
前向通道 反馈通道 开环传函
G(s) G1(s)G2 (s)
H (s)
G(s)H
(s)
G1 ( s)G2
(s)H
(s)
Y (s) E(s)
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自动 控制原理上部
输出对于参考输入的闭环传递函数
R(s)
E(s) G1(s)
G2 (s)
School of Automation Engineering
自动 控制原理上部
4. 相加点和分支点的移动
x1 G(s)
x2 x3 x2
x1
G(s)
x2 x3 x1
x1
G(s) x3
x () 2
x1 G(s) x3
x () 2
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