国开自动控制技术作业1

自动控制上机大作业

班级： 学号： 姓名：

1.1

设质量——阻尼——弹簧系统的微分运动方程为

d2x(t)dx(t)?Kx(t)?f(t) M2?Bdtdt式中，x(t)为位移输出信号，f(t)为输入的力信号。质量为M=1kg，粘性摩擦系数为

B = 5N / m? s?1，弹簧的弹性系数为K=20N/m。当t=0 时，施加外力f(t)=30N，试问系统

何时达到稳定？并画出该机械系统位移、速度随时间变化的曲线以及速度与位移的关系曲

线。

提示：龙格-库塔法求解微分方程数值解的函数：odel13(), 调用方式：[T,Y] = ODE113(ODEFUN,TSPAN,Y0,OPTIONS)。

其中ODEFUN 为用户自定义的系统微分方程的描述，本题中可使用xt4odefile.m 文件定义的函数； TSPAN 表示计算开始和结束的时间；Y0 表示微分方程的初始条件；OPTION 为计算精度的可选参数，由 odese()函数设置。

odel13()函数只接受一阶微分方程的形式，使用时需要先将高阶方程化为若干个一阶微分方程；

绘图函数：plot()，subplot(); 程序：

ft = 30; M=1; B=5;

K=20;

自动控制原理作业

1、下图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理，并画出系统方框图。

2、下图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。

3、用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如图所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速?下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速?增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速?保持在某个期望值附近。

指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。

4、电压调节系统如图所示：分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画

一、填空（15分）

1、自动控制系统按给定值分类可分为恒值控制系统 、 和 三种类型。

2、对自动控制系统的性能要求主要包括 、 、 三个方面，其中 是系统能正常工作的首要条件。

3、连续系统的运动状态一般用 方程来描述；而离散系统的运动状态一般用 方程来描述。

4、典型惯性环节的传递函数是 ；典型振荡环节的传递函数是 ；延迟环节的传递函数是 。

5、控制系统动态结构图由 、 、 和 四种基本单元组成。

二、已知系统的动态结构图如下，分别用动态结构图的等效变换法和Mason增益公式两种方法求出该系统的传递函数。（13分）

三、已知系统的特征方程为s5+s4+2s3+2s2+3s+5=0，试用劳斯稳定判据判断系统的稳定性，并说明系统特征根在s平面的分布情况。（12分）

四、已知单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)?10，

s(0.1s?1)

SHANGHAI UNIVERSITY

课程项目

MATLAB的模拟仿真实验

专业课：自动控制原理

学 院 机自学院

专业（大类） 电气工程及其自动化

姓名学号

分工：蒋景超负责MATLAB仿真部分

顾玮负责分析结论 其它共同讨论

二阶系统性能改善

一、要求

（1）比例-微分控制与测速反馈控制的传递函数求解 （2）性能分析与对比

（3）举出具体实例，结合matlab分析

二、原理

在改善二阶系统性能的方法中，比例-微分控制和测速反馈控制是两种常用的方法。

（1）比例-微分控制：

比例-微分控制是一种早期控制，可在出现位置误差前，提前产生修正作用，从而达到

改善系统性能的目的。

图1 比例微分控制系统

（2）测速反馈控制：

测速反馈控制是通过将输出的速度信号反馈到系统输入端，并与误差信号比较，其效

果与比例微分-控制相似，可以增大系统阻尼，改善系统性能。

图2测速反馈控制系统

(3)经典二阶控制系统

图3经典二阶控制系统

三、实例分析

?n2?n21、标准传递函数 G(s)? ?(s)? 2s(s?2??n)s(s?2??n)??n?n?2.0

第 1 页

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 dtΦ(s)= ；该系统超调σ%= ；调节时间ts(Δ=2%)= 。 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) 型系统；其开环放大系数K= 。

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)= ；

ωC= 。

L(ω)dB 40 0.1 [-20] ωC ω 6．相位滞后校正装置

试卷（A）

一、

选择题（共计10分，每题2分）

1．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下（D ） A．系统输出信号与输入信号之比 B．系统输入信号与输出信号之比

C．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 D．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 2．控制系统的稳态误差ess反映了系统的（A ） A．稳态控制精度 C．快速性

3. 设控制系统的开环传递函数为G(s)=A．0型系统 C．II型系统 4. 一阶系统G(s)?（ A ） A．越短

B．越长

KTs?1B．相对稳定性 D．平稳性 10s(s?1)(s?2)，该系统为( B )

B．I型系统 D．III型系统

的时间常数T越小，则系统的响应曲线达到稳态值的时间

C．不变 D．不定

5. 当二阶系统特征方程的两个根为具有负实部的共轭复数根时，系统的阻尼比为（C ） A．ζ<0 C．0<ζ<1

B．ζ＝0 D．ζ≥1

二、 填空题（共计10分，每题2分）

1. 利用代数方法判别闭环控制系统稳定性的方法有_劳斯判据__________和赫尔维茨

判据两种。

2. 从控制系统稳定性要求来看，系统一般是具有负___反馈形式的系统。

3. 线性系统稳定的充要条件是：闭环系统的所有特征根

2016

自动控制原理习题

一、单选题

1．根据控制方式，控制系统可分为（ ）。

A.反馈控制系统和开环控制系统

B.线性控制系统和非线性控制系统

C.恒值控制系统和随动控制系统

D.连续控制系统和离散控制系统

2．系统的动态性能包括（ ）。

A ．稳定性、平稳性

B ．快速性、稳定性

C ．平稳性、快速性

D ．稳定性、准确性

1．传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？（ ）。

A.输入信号

B.初始条件

C.系统的结构参数

D.输入信号与初始条件

2.适合应用传递函数描述的系统是（ ）。

A.单输入、单输出的线性定常系统

B.单输入、单输出的线性时变系统

C.单输入、单输出的定常系统

D.非线性系统

1.如下图所示系统的开环传递函数Gk(s) =（ ）。

A. 133212321()G G G H G G G H +++

B. 12321232

1()G G G H G G G H ++++ C. 123231()1G G G H G H ++ D. 123311232

()1()++++G G G G H G G G H 2.二阶系统的传递函数为

14412++s s ,则其无阻尼固有频率n ω

北理工《自动控制理论1 》在线作业 试卷总分:100 得分:100 一、 单选题

1.对于代表两个或两个以上输入信号进行（ ）的元件又称比较器。 A. 微分 B. 相乘 C. 加减 D. 相除 正确答案:C

2.主导极点的特点是（ ）。 A. 距离虚轴很近 B. 距离实轴很近 C. 距离虚轴很远 D. 距离实轴很远 正确答案:A

3. 开环控制系统特征是没有（ ）环节。 A. 给定 B. 放大 C. 反馈 D. 执行 正确答案:C

4.典型欠阻尼二阶系统，当开环增益K增加时，系统 （ ） A. 阻尼比增大，超调量增大 B. 阻尼比减小，超调量增大 C. 阻尼比增大，超调量减小 D. 无阻尼自然频率减小 正确答案:B

5.Bode图包括幅频特性图和相频特性图，横坐标均为（ ）。 A. 时间 B. 弧度 C. 角频率 D. 相位 正确答案:C

6.下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A. 增加开环极点

B. 在积分环节外加单位负反馈 C. 增加开环零点

D. 引入串联超前校正装置 正确答案:A

7. 系统的传递函数在右半S平面上没有零点和极点，则该系统称作（ ）。 A. 非最小相位系统 B. 最小相位系统

自控复习重点

第二章 控制系统的数学模型复习指南与要点解析

要求： 根据系统结构图应用结构图的等效变换和简化或者应用信号流图与梅森公式求传递函数（方法不同，但同一系统两者结果必须相同）

一、控制系统3种模型，即时域模型----微分方程；※复域模型——传递函数；频域模型——频率特性。其中重点为传递函数。

在传递函数中，需要理解传递函数定义（线性定常系统的传递函数是在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换式与输入量的拉氏变换式之比）和性质。

零初始条件下：如要求传递函数需拉氏变换，这句话必须的。

二、※※※结构图的等效变换和简化--- 实际上，也就是消去中间变量求取系统总传递函数的过程。

1．等效原则：变换前后变量关系保持等效，简化的前后要保持一致（P45） 2．结构图基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。如果结构图彼此交叉，看不出3种基本连接方式，就应用移出引出点或比较点先解套，再画简。其中：

※引出点前移在移动支路中乘以G(s)。（注意：只须记住此，其他根据倒数关系导出即可）

引出点后移在移动支路中乘以1/G(s)。 相加点前移在移动支路中乘以1/G(s)。 相加点后移在移动支路中乘以G(s)。

[注]：乘以或者除以G

自控复习重点

第二章 控制系统的数学模型复习指南与要点解析

要求： 根据系统结构图应用结构图的等效变换和简化或者应用信号流图与梅森公式求传递函数（方法不同，但同一系统两者结果必须相同）

一、控制系统3种模型，即时域模型----微分方程；※复域模型——传递函数；频域模型——频率特性。其中重点为传递函数。

在传递函数中，需要理解传递函数定义（线性定常系统的传递函数是在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换式与输入量的拉氏变换式之比）和性质。

零初始条件下：如要求传递函数需拉氏变换，这句话必须的。

二、※※※结构图的等效变换和简化--- 实际上，也就是消去中间变量求取系统总传递函数的过程。

1．等效原则：变换前后变量关系保持等效，简化的前后要保持一致（P45） 2．结构图基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。如果结构图彼此交叉，看不出3种基本连接方式，就应用移出引出点或比较点先解套，再画简。其中：

※引出点前移在移动支路中乘以G(s)。（注意：只须记住此，其他根据倒数关系导出即可）

引出点后移在移动支路中乘以1/G(s)。 相加点前移在移动支路中乘以1/G(s)。 相加点后移在移动支路中乘以G(s)。

[注]：乘以或者除以G