华南理工大学自动控制原理2005-2014

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三、 （15 分）某最小相位系统的开环传递函数极坐标图如图 1 所示，试判断各系统闭 环的稳定性，其中 P 表示不稳定极点的个数。
Im Im
w=0
-1
w=+ 0 Re w=0 -1 P=1 （2） Im w=0+ Re Im 0
w=+ Re
P=1 （1）
-1 w=0 0
w=+
w=+ 0
L( ) / dB
20dB / dec
20 0 0.1
c
-40 10

-60
图5 八、某系统的开环对数幅频特性曲线如图 6 所示，其中虚线表示校正前，实线表示 校正后。求解： （1）确定所用的是何种串联校正性质校正，并写出校正装置的传递函数 Gc ( s) 。 （2）确定校正后系统临界稳定时的开环增益值。 （3）当开环增益 K＝1 时，求校正后系统的相位裕量 ，幅值裕量 h 。 （20 分）
L( ) / dB
0 -20 -40
-40
0.1
1
10
100 -60
/ s 1
图6
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华南理工大学 2007 年攻读硕士学位研究生入学考试试卷
（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称： 自动控制原理 适用专业： 机械制造及其自动化 机械电子工程 机械设计及理论 测试计量技术 及仪器 共 4 页
R(s)
-
100 -
0.5 s ( s 2)
C(s)
Kfs
图3 六、系统结构图如图 4 所示。当输入信号 r (t ) 1(t ) ，干扰信号 n(t ) 1(t ) 时，求系 统总的稳态误差 ess 。 （15 分）
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N(s)
R(s)
-
K1
K2 s
C(s)
图4 七、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图 5 所示。要求： （1）写出系统开环传递函数； （2）利用相位裕量判断系统稳定性； （3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。 （15 分）
Re
P=1
(3) Im
P=0
(4)
w=+ -1 0
Re
P=2
（5）
W=0+ 图1
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四、 （15 分）试用信号流图方法求如图 2 所示系统的传递函数 C s R s 。 (1) 画出相应的信号流图； (2) 求出系统的传递函数。
图2 五、(15 分)已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为
1 ，它的幅频特性的数学式是__________,它的相频 Ts 1
特性的数学式是____________________。 二、简答题： 1、何谓自动控制？开环控制和闭环控制各具有什么样的特点？（8 分） 2、什么叫传递函数？它有什么性质？（8 分） 三、试分别用简化结构图、信号流图方法求如图 1 所示系统的传递函数 C s R s 。 （20 分）
R(s)
-
100 s ( s 5)
C(s)
Kts
图3
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七、(25 分)系统的开环传递函数为 G ( s) H ( s)
K s( s 1)(0.1s 1)
(1) 当 K=5 时，绘制系统的开环对数幅频渐近特性曲线； (2) 求开环剪切频率 C 和相角裕度 ； (3) 用频率分析法求出系统处于临界稳定状态的 K 值。 八、 （15 分）已知最小相位开环系统的渐近对数幅频特性如图 4 所示，试求系统的开 环传递函数和剪切频率 C 。 L(ω)/dB 40 -40dB/dec -20dB/dec 10 ωc 100 …… 200 …… ω/s-1 -40d B/dec 图4
1 ，则其幅频特性为 T s 2Ts 1
2 2
，
。 。 稳定;开环不稳定的系统，其闭环 稳定。 。
10、两个二阶系统阶跃响应的超调量相等，则此两个系统具有相同的 二、简答题： （共 16 分）
1、 反馈控制系统的主要组成部分有哪些？对于自动控制系统的性能有哪三个方面的 基本要求？（6 分） 2、PI 及 PD 各属于什么性质的校正？各具有什么特点？（5 分） 3．系统开环对数幅频特性曲线的三个频段一般如何划分？各个频段对于系统的性能 有何影响？ （5 分）
图4
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七 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为 G ( s ) =
10(1 + K h s ) ，试采用频域分析 s ( s − 1)
确定闭环系统临界稳定时的 K h 。 （15 分）
八 已 知 一 系 统 原 有 的 特 性 为 W (s ) =
100(1 + 0.1s ) ，校正装置的特性为 s2
1 ,对结果有何影响?在扰动作 s
1 ,结果又如何? （10 分） s + N(s)
1 s +1
2.5 图3 Y(s)
R(s)
-
k 0 .05 s + 1
六 复合控制系统结构图如图 4 所示，图中 K1 ， K 2 ，T1 ，T2 均为大于零的常数。(共 20 分) （1） 确定当闭环系统稳定时，参数 K1 ， K 2 ， T1 ， T2 应满足的条件； （15 分） （5 分） （2） 当输入 r (t ) = V0 t 时，选择校正装置 GC ( s ) ，使得系统无稳态误差。
H 4(s)
R(s)
G1(s) G 2(s) G 3(s) G 4(s)
C(s)
-
H 3(s)
-
+
H 2(s)
H 1(s)
图1
四
设图 2（a）所示系统的单位阶跃响应如图 2（b）所示。试确定系统参数 K 1 , K 2
和 a 。(15 分)
图2
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（共 25 分） 五 控制系统如图 3 所示,扰动信号 n(t)=2×1(t)。 （10 分） (1)试求 k=40 时,系统在扰动作用下的稳态误差和稳态输出。 (2)若 k=20,其结果如何? （5 分） (3)在扰动作用点之前的前向通道中引入一个积分环节 用之后的前向通道中引入一个积分环节
6t
o
K ，则其对数幅频特性 L（）在零分贝点处的频率数值 s
的拉氏变换式是________________________________。
8．积分环节的传递函数表达式为 G（s）=_________________________。 9．在斜坡函数的输入作用下，___________型系统的稳态误差为零。 10．惯性环节的传递函数
一阶系统的闭环极点越靠近 S 平面原点，响应速度越 线性定常二阶系统的闭环增益加大， 则系统的动态性能
10. 积分环节的幅频特性，其幅值与频率成 11. 已知单位反馈系统的开环传递函数为
s s+2 2
(
4
)
，则其幅值裕量
h db
等
。 于 12. 用频率法设计串联校正装置时，采用串联滞后校正网络是利用其
一、填空题（每空 1.5 分，共 24 分） ：
1、写出控制系统的三种典型输入信号： 2、线性系统的传递函数取决于系统本身的 、 、 。 。 的
3、最小相位系统的重要特征在于：其相频特性与对数幅频特性之间存在着 关系。 4、比例—积分—微分（PID）控制规律的传递函数为 5、按输入信号的变化规律不同，控制系统可分为 6、控制系统的基本控制方式为 7、振荡环节的传递函数为 G ( s) 相频特性为 8、系统的加速度误差系数定义为 9、开环稳定的系统，其闭环 和 和 。 。 。
1
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华南理工大学 2008 年攻读硕士学位研究生入学考试试卷
（请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：自动控制原理 适用专业：机械制造及其自动化，机械电子工程，机械设计及理论 共 一 填空题（ 每题 2 分 ，共 24 分） 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 说明系统的型别 系统在 r (t ) = t 作用下的稳态误差 e ss = ∞ ，
2
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。
闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的 适合应用传递函数描述的系统是 若两个系统的根轨迹相同， 则它们有相同的 系统的稳定性取决于系统的 在 s 平面右半部 已知系统的传递函数为
。 。 。 。 称为最小相位传递函数； 。 。 。 关系。
K e −τ s ， 其幅频特性 G ( jω ) 为 TS + 1
R(s)
Kc s 1
-
K s (Ts 1)
C(s)
图2 五、已知系统的结构图如图 3 所示。若 r (t ) 2 1(t ) 时，试求 （1）当 K f 0 时，求系统的响应 c t ，超调量 % 及调节时间 t s 。 （2）当 K f 0 时，若要使超调量 % ＝20％，试求 K f 应为多大？并求出此 时的调节时间 t s 的值。 （3）比较上述两种情况，说明内反馈 K f s 的作用是什么？ （20 分）
（请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：自动控制原理 适用专业：机械制造及其自动化，机械电子工程，机械设计及理论 共 一 填空题 每空 2 分 ，共 20 分 1. 欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应的稳态位置误差为 2. 对于惯性环节，当频率趋于无穷大时，相移将趋于 。 。 型及以 ４ 页
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H2(s)
R(s)源自文库
+
-
G1(s)
-
G2(s) H1(s)
G4 ( s )
G3(s)
+
C(s)
图1 四、控制系统结构图如图 2 所示。 （1）希望系统所有特征根位于 s 平面上 s ＝－2 的左侧区域，且 不小于 0.5。试 画出特征根在 s 平面上的分布范围（用阴影线表示） 。 （2）当特征根处在阴影线范围内时，试求 K , T 的取值范围。 （20 分）
3. 若要求系统对于加速度输入作用下不存在稳态误差，则必须选用 上的系统。 4. 为了得到较满意的暂态响应，控制系统的相角裕度应当为 应大于 5. 。 6. 7. 是保证控制系统正常工作的先决条件。 Ⅱ型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为 （dB/dec）。 。 。
特性。
二 问答题 （每题 8 分 共 16 分） 1．简述 PID 调节器参数对系统控制性能的影响。 2．简述恒值控制系统、随动系统、程序控制系统的特点。
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三 试用信号流图方法求如图 1 所示系统的传递函数 C ( s ) R ( s ) 。 （共 15 分） (1) 画出相应的信号流图； （5 分） (2) 求出系统的传递函数； （10 分）
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（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：自动控制原理 适用专业：机械制造及其自动化 程
机械电子工程 机械设计及理论 机械电子工
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一、填空题（每空 2 分，共 24 分） ：
1．在闭环控制系统中，通过检测元件将输出量转变成与给定信号进行比较的信 号，这个信号称为___________。 2．若前向通道的传递函数为 G（s） ，反馈通道的传递函数为 H（s） ，则开环传递 函数为___________。 3．齿轮副中，以主动轮角速度 为输入，以被动轮转角 为输出，则这个装置为 ________________环节。 4．若环节的传递函数为 为______________。 5．Bode 图中对数相频特性图上的－180 线对应于奈奎斯特图中的___________。 6． 自 动 控 制 系 统 对 输 入 信 号 的 响 应 ， 一 般 都 包 含 两 个 分 量 ， 即 一 个 是 ____________，另一个是__________分量。 7．函数 f(t)= 3e
Wc (s ) =
0.25s + 1 ， （共 20 分） (0.01s + 1)(0.1s + 1)
（1） 画出原系统和校正装置各自的对数幅频特性。 （10 分） （2） 当采用串联校正时，求校正后系统的开环传递函数，并计算其相位裕量和幅 值裕量。 （10 分）
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G( s)
K ( s 1) s(s 1)(2s 1)
试确定系统稳定的条件。
六、 （25 分）已知某单位反馈系统的开环传递函数为 G ( s)
100 ， s( s 5)
1． 求系统的阻尼系数及无阻尼振荡圆频率； 2． 试求出该系统的单位阶跃响应的超调量和调整时间 ( 取 5%)； 3． 为了改善系统性能，对该系统实施速度反馈，如图 3 中虚线部分所示。为使 系统的阻尼系数为 0.7，速度反馈系数 Kt 为多少？