02237 自动化控制系统及应用复习题 - 图文

02237《自动控制工程基础》复习题

一、填空题

1．检测__被控制量_____，用以纠正___偏差____的原理称为反馈控制原理。

2．传递函数的定义是对于线性定常系统,在__初始条件为零__的条件下，系统输出量的拉氏变换与__输入量的拉式变换__之比。

3．系统的稳态误差与输入信号形式性质及系统的_结构_和__参数__有关。

4．极坐标图(Nyquist图)与对数坐标图(Bode图)之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的__0分贝线___；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的__-180度_。 5.开环稳定，闭环__不稳定__；开环不稳定，闭环___稳定__。

6.传递函数通过__输入量__与_ 输出量__之间信息的传递关系，来描述系统本身的动态特征。

7.系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、__型次__和__阶次__有关。

8.频率响应是系统对___谐波输入__的稳态响应，频率特性包括_幅频和 相频__两种特性。 9．控制系统的时间响应，可以划分为瞬态和稳态两个过程。瞬态过程是指系统从___初始状态__到接近最终状态的响应过程；稳态过程是指时间t趋于__无穷大__时系统的输出状态。 10．传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于 系统与外界之间的关系 ，并且只适于零初始条件下的 线性定常 系统。

二、简答题

1、简述闭环系统的控制原理并绘出其方框图。 答：闭环控制系统的控制原理如下： (1) 检测被控制量或输出量的实际值; (2) 将实际值与给定值进行比较得出偏差值; (3) 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 其方框图如下所示：

G(s)H(s)?2、设系统的开环传递函数为：

Ks(Ts?1)，用Nyquist图分析该系统稳定性。

3、分别简述系统控制两种主要方式（开环控制和闭环控制）的原理并分析优缺点。

4、典型二阶系统阻尼比0<ξ<1时，试问闭环极点分布如何？单位阶跃响应的特征是什么？ 答：闭环极点是一对位于[s]平面的左半平面内的共轭复数极点

。

其单位阶跃响应曲线如下图,由此可知其响应特征为：

（1） xo(?) = 1，无稳态误差； （2） 振荡幅值随?减小而加大； （3）

1?? 的阻尼正弦振荡，其振幅衰减的快

2慢由? 和 ?决定。阻尼振荡频率 ?d??n1?? 瞬态分量为振幅等于en

???nt2

三、计算题

1、已知系统结构如图示，求：

C(s)C(s)、。 R(s)N(s)

答：令Cm / R=G1(s) 1 / JS=G2(s) Ce=H(s)

则当以R(s)为输入，N(s)=0时： C ( G ( s)1s)G2(s)? R(s)1?G1(s)G2(s)H(s)

当以N(s)为输入， R(s)=0时 : C(s)G2(s)? N(s)1?G1(s)G2(s)H(s)

把Cm / R=G1(s) 1 / JS=G2(s) Ce=H(s)分别带入上两式即可。

2、要使下图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量等于25%，峰值时间tp为2秒，试确定

K和Kt的值。见机械工程控制基础第五版 华中科技大学出版社114页3.15题

3、如下图所示，为某数控机床系统的位置随动系统的方框图，试求： （12’） （1） 阻尼比?及无阻尼固有频率?n;

（2） 该系统的的Mp、tp。见机械工程控制基础第五版 华中科技大学出版社115页3.12

题

4.设二阶系统的单位阶跃响应曲线如图3所示，如果该系统属于单位反馈控制形式，试确定其开环传递函数。

h(t) 5 4 0 t 0.1 图3 ???1??2答：由图可知：

??100%?1tp???0.12?d?n1??Mp??e由以上两式求得：?=0.358 wn=36.03rad/s

2?1298n G(s)??222s?2??s??s?25.8s?1298nn

四、分析题

（3） 1、系统的负载变化往往是系统的主要干扰。已知系统如下图所示，试分析扰动N(s)对系统输出和稳态误差的影响。见机械工程控制基础第五版 华中科技大学出版社115页3.20题

2、已知单位反馈系统的开环传递函数：G(s)?2.5(s?10),试作出对数频率特性曲线。

s2(0.2s?1)解：系统的传递函数可化为：G(s)?25(0.1s?1) 2s(0.2s?1)其频率特性为：G(jw)?25(0.1jw?1)

(jw)2(0.2jw?1)

该系统由一个比例环节（比例系数为k=25），两个积分环节、一个一阶惯性环节（W1=5）和一个一阶微分环节（W2=10）组成，因此，其Bode图如图所示：

3、随动系统结构图如图6所示，请选择确定补偿装置Gn(s)的形式，使得系统输出C(s)不受干扰N(s)的影响。 N(s) Gn KnKm－ R(s) － 1 Ts?1Km s(Tms?1)C(s) 图6

4、已知系统如图2所示：试求传递函数

C(s)C(s) 、 R(s)N(s)－ R(s) G1(s) － － － N(s) 图2

G2(s) C(s)

五、综合题

1、某单位反馈系统的开环传递函数为：G(s)?线如下图所示，试求：

（1） 从曲线求期望开环传递函数G1(s)；

（2） 校正环节传递函数Gc(s),并说明它是何种校正环节； （3） 计算校正后的相位裕度。

10,系统所希望的对数幅频特性曲

s(2.5s?1)

2、某单位反馈系统的开环传递函数为：G0(s)?线如下图所示，试求：

（1） 保持校正前后稳态误差不变的K值； （2） 校正装置的传递函数Gc(s)。

K,系统所希望的对数幅频特性曲

s(s?0.5)

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