2014版自动控制原理作业题

东北农业大学网络教育学院

自动控制原理作业题

作业题（一）

一、控制系统如图所示。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，并画出该系统的方图1-7发电机-电动机调速系统块图。

+E-ER3Ur R1直流发电机伺服电机Wd减速器负载R2R4Wm

放大器Θr操纵电位计

二、求有源网络的传递函数。

发电机-电动机调速系统R2前置放大器C功放R0执行元件给定值Θr操纵电UrR1位计ur??发电机R0?u1伺服电机uc被控量减速器负载Wm?这是一个开环控制的例子

三、单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)?K， 2s(as?1)(bs?cs?1)求：1）位置误差系数，速度误差系数和加速度误差系数；

2）当参考输入为1(t)，t，t时，系统的稳态误差。

四、已知某一控制系统如图所示，其中Gc(s)为PID控制器，它的传递函数为Gc(s)?Kp?正后系统的闭环极点为?10?j10和-100，确定PID控制器的参数Kp,Ki和Kd。

2Ki?Kds，要求校s - 1 -

r(t)e(t)m(t)Gc(s)?

50(s?5)(s?10)c(t)

五、已知某一单位反馈控制系统如图所示。设计一串联校正装置Gc(s)，使校正后的系统同时满足下列性能指标要求：?跟踪输入r(t)?12t时的稳态误差为0.1；?相位裕度为??45? 2R(s)+-GC(s)1sC(s)

六、已知负反馈控制系统的开环传递函数为

G(s)H(s)?k

s(s?1)(s?2)试绘制控制系统的根轨迹，并依此分析系统的稳定性，计算ξ=0.5时系统的动态性能。

作业题（二）

一、控制系统如图所示，输入信号为r(t)?t。要求系统输出响应的稳态误差为0，试确定Kd的值。

R(s)2?ns(s?2??n)C(s)1?Kds+-

二、已知单位负反馈控制系统如图所示，试回答：

1）G(s)=1时，闭环系统是否稳定？

Kp(s?1)2）G(s)?时，闭环系统的稳定条件是什么？

sR(s)—Gtcs(s)K20s(s?5（)s?10）C(s)

三、单位反馈控制系统，若要求：

（1）跟踪单位斜坡输入时系统的稳态误差为2

（2）设该系统为三阶，其中一对复数闭环极点为1±j 求满足上述要求的开环传递函数。

- 2 -

四、系统方块图如图所示。请画出信号流图，并利用梅逊公式求取传递函数C(s)/R(s)

-R(s)+A_1R1+B1C1sC+D_1R2E1C2sC(s)

五、已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为

G(s)H(s)?K

s(0.5s?1)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。

作业题（三）

一、控制系统的结构图如图一。要求： （1）绘制系统的根轨迹草图；

（2）用根轨迹法确定使系统稳定的Kg值的范围；

（3）用根轨迹法确定使系统的阶跃响应不出现超调的Kg的最大值。

图一

二、已知单位负反馈系统的开环传递函数为：

240000(s?3)2G(s)?s(s?1)(s?2)(s?100)(s?200) （1）判断系统稳定性并求相位裕量；

-τs

（2）求当系统有一延迟环节e时，取何值才能使系统稳定；

2

（3）求当输入为1(t) 、t、t时系统的稳态误差。

三、控制系统的开环对数幅频特性曲线如图二。其中虚线表示校正前的，实线表示校正后的。求解： （1）确定所用的是何种串联校正性质的校正，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，幅值裕度。

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图二

四、已知系统结构图如图三所示。要求：

（1）若使系统闭环极点配置在-5±j5处，求相应的K1、K2值； （2）设计G1(s)，使之在 r(t)单独作用下无稳态误差； （3）设计G2(s)，使之在 n(t)单独作用下无稳态误差。

图三

五、填空题：

（1）已知单位负反馈系统的闭环零点为-1，闭环根轨迹起点为0，-2，-3。系统稳定时开环增益的取值范围为（ ）。

（2）若要使二阶欠阻尼系统的单位阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于3.5s。闭环极点的位于（ ）。

（3）已知系统的闭环传递函数为：

480000G(s)?2(s?1.6s?4)(s?200)(s?300)

估算系统单位阶跃响应的调节时间为（ ）和响应峰值为（ ）。 （4）单位负反馈系统的开环传递函数为：

- 4 -

G(s)?2s(s?2)

要使系统阶跃响应指标最高（阻尼系数=0.707），解决这一问题的办法（ ）。

作业题（四）

一、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。

题一图

二、某无源网络如图所示，其输入量、输出量分别为u1(t)、u2(t)。试画出其方块图并运用梅逊公式求该网络的传递函数。

题二图

三、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σp=16.3%，tp=1秒。试确定前置放大器的增益K及内反馈系数τ。

题三图

四、

1) 最小相位系统的开环对数幅频特性如图所示。试写出其开环传递函数。

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