欲索取更多考研资料，请上北京天问教育网站官网！ 自动控制原理综合 自动化科学与电气工程学院 2007年11月
931自动控制原理综合考试大纲（2008版） 一、考试组成 自动控制原理占90分; 理论力学占60分； 二、自动控制原理部分的考试大纲 （一）复习内容及基本要求 1．自动控制的一般概念 主要内容：自动控制的任务；基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制；自动控制的性能要求：稳、快、准。 基本要求：反馈控制原理与动态过程的概念；由给定物理系统建原理方块图。 2．数学模型 主要内容：传递函数及动态结构图；典型环节的传递函数；结构图的等效变换、梅逊公式。 基本要求：典型环节的传递函数；闭环系统动态结构图的绘制；结构图的等效变换。 3．时域分析法 主要内容：典型响应及性能指标、一、二阶系统的分析与计算。系统稳定性的分析与计算：劳斯、古尔维茨判据。稳态误差的计算及一般规律。 基本要求：典型响应（以一、二系统的阶跃响应为主）及性能指标计算；系统参数对响应的影响；劳斯、古尔维茨判据的应用；系统稳态误差、终值定理的使用条件。 4．根轨迹法 主要内容：根轨迹的概念与根轨迹方程；根轨迹的绘制法则；广义根轨迹；零、极点分布与阶跃响应性能的关系；主导极点与偶极子。 基本要求：根轨迹法则（法则证明只需一般了解）及根轨迹的绘制；主导极点、偶极子等的概念；利用根轨迹估算阶跃响应的性能指标。 5．频率响应法 主要内容：线性系统的频率响应；典型环节的频率响应及开环频率响应；Nyquist稳定判据和对数频率稳定判据；稳定裕度及计算；闭环幅频与阶跃响应的关系，峰值及频宽的概念；开环频率响应与阶跃响应的关系，三频段（低频段，中频段和高频段）的分析方法。 基本要求：典型环节和开环系统频率响应曲线(Nyquist曲线和对数幅频、相频曲线)的绘制；系统稳定性判据（Nyquist判据和对数判据）；等M、等N圆图，尼柯尔斯图仅作一般了解；相稳定裕度和模稳定裕度的计算；明确最小相位和非最小相位系统的差别，明确截止频率和带宽的概念。 6．线性系统的校正方法 主要内容：系统设计问题概述；串联校正特性及作用：超前、滞后及PID；校正设计的频率法及根轨迹法；反馈校正的作用及计算要点；复合校正原理及其实现。 基本要求：校正装置的作用及频率法的应用；以串联校正为主，反馈校正为辅；以频率法为主，根轨迹法为辅；复合校正的应用。 7．线性连续系统的状态空间分析方法
第一章Matlab 基本运算 [范例1-2] 建立矩阵A={7 8 9}，B={7 8 9} >> A=[7,8,9] A = 7 8 9 >> B=A' B = 7 8 9 （2） >> B=[1 1 2 ; 3 5 8 ; 10 12 15] B= 1 1 2 3 5 8 10 12 15 （3） >> a=1:1:10 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 >> t=10:-1:1
t = 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 [范例1-3]求多项式D（S）=（5S^2+3）(S+1)(S-1)的展开式 >> D=conv([5 0 3],conv([1 1],[1 -2])) D = 5 -5 -7 -3 -6 [范例1-4]求多项式P（X）=2X^4-5X^3-X+9 （1） >> P=[2 -5 6 -1 9] P = 2 -5 6 -1 9 >> x=roots(P) x = 1.6024 + 1.2709i 1.6024 - 1.2709i -0.3524 + 0.9755i -0.3524 - 0.9755i 第二章控制系统的数学模型 [范例2-1]已知系统传递函数G(S)= s + 3/ s^3 + 2 s^2 + 2 s + 1 >> num=[0 1 3]; >> den=[1 2 2 1]; >> printsys(num,den) num/den = s + 3 --------------------- s^3 + 2 s^2 + 2 s + 1 [范例2-2]已知系统传递函数G(S)=【5*（S+2）^2(S^2+6S+7)】/S(S+1)^3(S^3+2S+1)],试
自动控制原理 实验报告 实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试 实验三控制系统串联校正 实验四控制系统数字仿真 姓名： 学号：单位：仪器科学与光电工程学院 日期：2013年12月27日
实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 一、实验目的 1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为： 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为：、、1 2．二阶系统: 其传递函数为： 令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：
图1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及 ζ取不同的值ζ= , ζ= , ζ=1 四、实验步骤 1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。 五、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块 六、实验数据 T1 R2250K500K1M C1μF1μF1μF Ts理论 Ts实测 Ts误差%%% 响应图形图1图2图3
成绩 北京航空航天大学 自动控制原理实验报告 学院机械工程及自动化学院 专业方向机械工程及自动化 班级 学号 学生姓名刘帆 自动控制与测试教学实验中心
实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验时间2014年11月15日 实验编号 同组同学 一、实验目的 1、 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2、 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3、 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1、 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T 时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间T s 。 2、 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间T s 。 三、实验原理 1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试 系统的传递函数为:()s ()1 C s K R s Ts φ=+（）= 模拟运算电路如下图 : 其中2 1 R K R = ,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.2,0.51,1.0。记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取3s t T =
2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试 系 统 传递函数为： 令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图： 二阶系统的 模拟电路图如下： 在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则 442312R R C R ζ==，即42 12R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,0.707,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，取正负5%误差 带，其中当ζ<1时经验公式为2 1 3.5 %100%,s n e t ζσζω- -=?= ，当ζ=1时经验公式 为n 4.75 ts ω= 四、试验设备： 1、HHMN-1型电子模拟机一台。 2、PC 机一台。 3、数字万用表一块。 4、导线若干。
自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3
系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3
中南大学考试试卷（A 卷） 2009 -- 2010 学年 2 学期 时间110分钟 自动控制原理 课程 32 学时 2 学分 考试形式： 闭 卷 专业年级： 建筑环境与设备 总分100分，占总评成绩 70 % 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 一、基本概念（2×5=10分） 1.1 什么叫自动控制？对自动控制系统有什么要求？ 1.2 画出二阶系统特征根的位置及其响应曲线。 二．求系统的传递函数或输出响应（3×10=30分） 2.1画如下RC 无源网络的方框图，并求其传递函数。 2.2已知系统的方框图如下图所示，求X C = ? 2.3 已知某单位反馈系统的开环Bode 图如下所示，求其闭环传递函数。 三 稳定性问题(2×5=10分) 题2.1图 RC 无源网络
3.1 已知系统的特征方程为s 4+3s 3+2s 2+6s+9=0，判断系统稳定性。 3.2图6为负反馈系统的开环幅相曲线，K ＝500，p ＝0，求系统的稳定范围。 四、一单位反馈控制系统的开环传递函数为()(1) K G s s s τ= +，其单位阶跃响应曲线如 图所示。试确定系统参数K 及τ值，并求r(t)=1+sint 时的稳态响应。（25分） 图5 五、已知单位负反馈系统开环传递函数为10(0.1s 1) G(s)H(s)(0.5s 1) s +=+，绘制Nyquist 图 和对数幅频特性图。（25分） u
参考答案 二．求系统的传递函数（3×10=30分） 2.1画如下RC 无源网络的方框图，并求其传递函数。 解：用复阻抗写电路方程式： s C S I S V R S U S U S I s C S I S I S U R S U S U S I c c c c C r 222221212111 111)()(1 )] ()([)(1)]()([)(1)]()([)(? =-=? -=?-= 将以上四式用方框图表示，并相互连接即得RC 网络结构图: 用梅逊公式直接由图写出传递函数U c (s )/U r (s ) 。 1 )(1 111111 212211221212 22111222112 221111++++=+ +++= ??=s C R C R C R s C C R R s C R C R s C R s C R s C R s C R C R G G 2.2已知系统的方框图如下图所示，求 X C = ? 题2.1 图 RC 无源网络 RC 无源网络结构图
《自动控制原理》习题解答 郑州轻工业学院 电气信息工程学院
第一章习题及答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2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。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大
门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3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。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。
自动控制原理 实验报告
实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验目的 1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3.学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线, 并测定其过渡过程时间TS。 2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线, 并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统： 系统传递函数为：错误！未找到引用源。 模拟运算电路如图1-1所示： 图1-1 由图得： 在实验当中始终取错误！未找到引用源。, 则错误！未找到引用源。, 错误！未找到引用源。 取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取错误！ 未找到引用源。误差带） 2．二阶系统: 其传递函数为： 错误！未找到引用源。 令错误！未找到引用源。，则系统结构如图1-２所示：
图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示： 图1-3 取错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。及错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。取不同的值错误！未找到引用源。 , 错误！未找到引用源。, ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取错误！未找到引用源。误差带）,计算过渡过程时间Ts。 四、实验设备 1.HHMN-1型电子模拟机一台。 2.PC 机一台。 3.数字式万用表一块。 4.导线若干。 五、实验步骤 1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。 2.断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。 3.将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接（此处连接必须谨慎，不可接错）。线路接好后，经教师检查后再通电。 4.在Windows XP桌面用鼠标双击MATLAB图标后进入，在命令行处键入autolab 进入实验软件系统。 5.在系统菜单中选择实验项目，选择实验一，在窗口左侧选择实验模型，其它步骤察看概述3.2节内容。 6.观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。 7.研究性实验方法。实验者可自行确定典型环节传递函数，并建立系统的SIMULINK模型，验证自动控制理论相关的理论知识。实现步骤可察看概述3.3节内容。
北京航空航天大学电气实验报告 FPGA实验 张天 130325班 学号：13031220
一．实验目的 略 二．实验要求 略 三．实验设备 略 四．实验内容 略 五．实验实例 1.实例6-1 思考题1：输出信号q3q2q1绑定接口电路的七段数码管或米字型数码管或LED点 阵显示？ 答： 思考题2：怎样修改成4位二进制减法计数器，具有清零，启动控制功能等？ 答： 思考题3：把计数器修改成2位或更多位十进制计数功能，再用七段数码管进行显示等？ 答： 2.实例6-2 思考题：一位半加器电路采用VHDL语言实验 答： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use iee.std_logic_unsigned.all; entity halfadd is port (a,b;in std_logic sum,carry; out std_logic) end entity halfadd; architecture halfadd is begin sum<=a and(not b)+b and (not a); carry<= a and b; end architecture halfadd; 六．实验过程 我们组做的是一个利用led点阵规律亮灭变化形成字体，并且字体产生变化，形成“自动化?”的样子，实现图片如下图：
1.实验分析： 实验设计思路： 本实验的设计思路是利用led灯的 辉光效应，利用逐行扫描，在高频情况下就会显示所有行的亮灯，进而形成汉字，并且有时钟计数程序，当时钟数字达到规定值（本实验为111111111b）时，跳转到下一个状态，显示第二个憨子。每个汉字的颜色由led灯决定，改led矩阵有红绿两种led灯，因此有红绿橙三种颜色显示。 2.实现过程 对设计思路的实现并非一帆风顺，最初编写的时候遇到了一些问题。首先，定义输入输出角是个繁琐的事情（需要定义40+次，每次必须手动），另外，在程序编写过程中，也出现了一些逻辑错误，对于错误，我们仔细逐条语句分析，最终解决了错误，解决过程中也加深了对FPGA的语言逻辑及硬件结构的理解。 七.FPGA使用心得 在学习FPGA过程中，我获得了很多收获。首先，由于有单片机的基础，上手过程并不是十分复杂，对于输入输出的理解我没有遇到太多阻碍。这次学习也验证了我具有短时间内掌握一款新型的芯片的能力。学习过程中最大的困难就是VDHL语言的编写。我们以前有c语言的基础，不过学习这种新的语言还是花出了不少时间与精力，现在可以说基本掌握的VDHL的基本写法和思路，能运 用到需要的程序中来。另外，调试的过程能极强地加大对程序的理解及逻辑的构建，在调试中，逐渐明白了以前不懂的东西，对FPGA的工作原理的理解更加透彻了。 不了解的人可能会把FPGA当做一种单片机，但其实，相比于单片机，FPGA 是有很多优势的。其无固定的硬件结构使其具有远超单片机的灵活性，另外，它的编程方法可以同步进行多个process 使其能同步处理多个进程，因此，它的
北京航空航天大学2014年 硕士研究生入学考试试题 科目代码：931 自动控制原理综合 （共5页） 考生注意：所有答题务必书写在考场提供的答题纸上，写在本试题单上的答题一律无效（本题单不参与阅卷）。 自动控制原理部分，共6题，90分 一、(本题15分) 系统结构图如题一图所示，其中，()(0)r t t t =≥， 误差定义为()=()()e t r t c t 。 题一图 (1). 试设计一个尽可能简单的串联校正环节1()G s ，使系统无稳态误差； (2). 试设计一个前置校正环节2()G s ，使系统无稳态误差。 解： (1). 2 11()= K G s K s ，其中1220 K K （须保证闭环稳定性） (2). 2()=0.25G s s （答案不唯一）
二、 (本题15分) 已知单位负反馈最小相位系统的开环传递函数渐近对数幅频特性曲线如图所示，讨论开环传递函数G (s ) 的可能形式，绘制概略对数相频特性曲线，并用对数判据分析该闭环系统的稳定性。 解：21000 ()= (20100) G s s s s ，对数相频特性曲线如下图所示（需向上补画2 ）。 1 |(10)|= 2 G j 。若0.5 ，正负穿越都为0，稳定；若00.5 ，不稳定。 10 -1 10 10 1 10 2 10 3 -270-225 -180-135-90P h a s e (d e g ) Frequency (rad/sec)
三、(本题15分) 单位负反馈系统的开环传递函数为 *2 (4)()(1) K s G s s s 按步骤画出*:0K 时系统的根轨迹图，并确定系统的阶跃响应为振荡衰减过程时*K 的取值范围。 解：1.（1）三条根轨迹，起始于0，-1，-1，终止于-4， ， 。 （2）实轴上根轨迹(4,1)(1,0) （3）渐近线21,0,12 a k k ，1 a （4）分离点坐标 21114 d d d 解得3 d （5）与虚轴交点 2*(1)(4)0 j j K j 解得 * 1 K 2. 将分离点坐标代入闭环特征方程可得相应的* 370.0405 K 。因此， 阶跃响应为振荡衰减过程时*K 的取值范围为37,1) Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s
自动控制原理 实验报告 班级：390321 学号：39032103 姓名：朱嘉婧
目录 实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 (3) 实验二频率响应测试 (9) 实验三控制系统串联校正 (14) 实验四控制系统数字仿真 (20)
实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 一、实验目的 1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3.学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线, 并测定其过渡过程时间TS。 2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线, 并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统： 系统传递函数为： 模拟运算电路如图1-1所示： 图1-1 由图得： 在实验当中始终取, 则, 取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取 误差带） 2．二阶系统: 其传递函数为：
令，则系统结构如图1-２所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示： 图1-3 取，，则及 取不同的值 , , ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取误差带） ,计算过渡过程时间Ts。 四、实验设备 1.HHMN-1型电子模拟机一台。 2.PC 机一台。 3.数字式万用表一块。 4.导线若干。 五、实验步骤 1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例 器，通电调零。 2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取 值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。 3. 将与系统输入端连接，将与系统输出端连接。 线路接好后，经教师检查后再通电。 4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。 5. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。
自动控制原理试题 （3915大班、2002年3月，B 卷） 班级 姓名 学号 成绩 一、填空(30分) 1．闭环系统传递函数) 108.001.0)(20)(5.0(10 )(2 ++++= Φs s s s s ，则可近似得到 其性能指标=%σ = s t ；若 ) 108.001.0)(20)(5.0() 12.2(10)(2 +++++= Φs s s s s s ，则=%σ ，=s t 。 2．试写出超前、滞后控制校正装置的传递函数。超前=)(s G c ； 滞后=)(s G c ； 基于频率法校正， 超前控制校正装置主要作用是 ；滞后控制校正装 置主要作用是 。 3．系统开环传递函数) 108.001.0)(20)(5.0() 12)(5(20)(2 ++++++= s s s s s s s s G 的开环增益=K ，根轨迹增益=*K 。
4．已知4个二阶系统的闭环极点分布如图所示。试按表格形式比较它们的性能。 5．最小相位系统是指： 。 二、（12分）已知系统的结构图如下图所示，分别求其传递函数 ) () (s R s C 。 题二图 三、（8分）已知系统的开环零、极点分布如下图，试概略绘制闭环根轨迹 (a) (b)原点处三重极点
四、(8分)控制系统如图所示。试在K p ----K D 平面上画出: (1).稳定区域和不稳定区域. (2)临界阻尼比轨迹以及欠阻尼区域和过阻尼区域. 五、(12分)已知单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 3(2)(+= s s s G ，且初始条件 为c(0)= -1, c(0)=0。试求： 1、系统在阶跃信号r(t)=1(t)作用下的响应c(t)。 2、系统在r(t)=2(t)+2t 作用下的稳态误差e ss 。 六、（18分）单位负反馈系统的开环传递函数 )105.0(10)(+= s s s G ， 1、试画出此开环传递函数对应的渐近对数幅频和相频曲线； 2、求截止频率ωc ； 3、并用对数频率稳定判据判别该闭环的稳定性； 4、求r(t)=2sin （10t ）作用下的稳态误差。
北京航空航天大学2008年 硕士研究生入学考试模拟试题一 考生注意：所有答题务必书写在考场提供的答题纸上，写在本试题单上的答题一律无效（本题单不参与阅卷） 一、（本题14分）系统动态结构图如图所示，求传递函数《%（矽。 二、（本题16分）设控制系统如图二所示，计算在输入作用《） = RxlQ） 为阶跃输入信号；〃（，） = %xlQ）为阶跃扰动转矩，试求系统的稳态误差。 （图二） 三、（本题15分）设单位正反馈系统的开环传递函数为 试绘制该系统的根轨迹图。 四、（本题15分）单位负反馈系统的开环传递函数为贝）=携备, （1）画出7 = 0时开环Nyquist曲线，并确定此时的相稳定裕度
乃；
（T>0）o （2）求出T = 0.01秒时的相稳定裕度为； （3）确定使闭环系统稳定时丁的取值范 五、（本题15分）对象的动态方程为：x=:；工+ 2 u > = [1 2]x （1）设计一个全维状态观测器，观测器的极点要求配置在-1, -4,写出观测器的表达式； （2）若取状态反馈u = kx^v（其中& = （—2,-3）, u是参考输入，￡为状态估计值），求由对象，全维状态观测器及状态反馈构成的闭环传递函数。 六、（本题15分）具有饱和非线性的控制系统如下图所示，试求：（1）K=15, 7=0.1时系统的自由运动状态；（2）欲使系统稳定地工作，不出现自振荡，K的临界稳定值是多少。 北京航空航天大学2008年
(4)已知A =1 2 1 ,求<°= ________ ■] 3 2—■X]~2 1 _ （5）状态方程工2 -% 0 2 0 0 1 3 工 2 + 1 1 -1 -1 ，判断该系统是否可控? 硕士研究生入学考试模拟试题二 考生注意：所有答题务必书写在考场提供的答题纸上，写在本试题单 上的答题一律无效（本题单不参与阅卷） 一、（本题20分）填空，每小题（四分）。 （1）设4= ，则必= 1 -3 0 1 （2 ）一个系统的状态方程矩阵为：A= _ 1 _ 1 , 「瓦一元. r o 一与] L2T B= d m , C = [\ 0], D = [0 0],求该系统的传递函数______ —?—o Lg J （3）系统的特征方程为2$6+5$5+3疽+4/+6$2+14$ + 7 = 0,该系统是否 答：_______ 二、（本题10分）单位负反馈的开环传递函数为： 轮+ 1.号3+ 4,试确定使闭环系统稳定时，参数*应满足的5（^ 4- 2.5）（? 4-5+ 2.5） 关系；并绘制该系统的概略根轨迹。 稳定？答：
自动控制原理 实验报告册 班级： 学号： 姓名： 2010年1月2日
目录 实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 . 3实验二频率响应测试 (8) 实验三控制系统串联校正 (18)
实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 一、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参 数之间的关系。 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方 法。 3、学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间 常数T时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间 Ts。 2、建立二阶系统的电子模型，观测并记录在不同阻尼 比时的阶跃响应曲线，并测定其超调量及过渡过程 时间。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为：φ(s)= 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1
由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时 间常数T分别为： 0.25、 0.5、1 2．二阶系统: 其传递函数为： 令ωn=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示： 图1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及 ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1
实验电路图： 一阶： 二阶： 四、实验数据表 根据实验要求选取的参数如下： 一阶 T0.250.51 R2510K510K1M C0.47μ1M1μTs实测0.7190 1.5790 3.0900 Ts理论0.75 1.53
二阶 ζ0.25 0.5 1 R4 2M 1M 470K C2 1μ1μ1μσ实测40.1460 16.1408 0 % σ理论44.4344 16.3034 0 % Ts 实测10.8790 5.4380 4.8780 Ts 理论14 7 4.75 五、实验结果图 注：时间轴单位：t/10ms，下面实验同。 依次取ζ=0.25、0.5、1.0 一阶：
933控制工程综合考试大纲（2015版） 一、考试组成 自动控制原理占90分; 数字电子技术占60分，总分150分。 二、自动控制原理部分考试大纲 1．自动控制的一般概念 主要内容：自动控制的任务；基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制；自动控制的性能要求：稳、快、准。 基本要求：反馈控制原理与动态过程的概念；由给定物理系统建原理方块图。 2．数学模型 主要内容：传递函数及动态结构图；典型环节的传递函数；结构图的等效变换、梅逊公式。 基本要求：典型环节的传递函数；闭环系统动态结构图的绘制；结构图的等效变换。 3．时域分析法 主要内容：典型响应及性能指标、一、二阶系统的分析与计算。系统稳定性的分析与计算：劳斯、古尔维茨判据。稳态误差的计算及一般规律。 基本要求：典型响应（以一、二系统的阶跃响应为主）及性能指标计算；系统参数对响应的影响；劳斯、古尔维茨判据的应用；系统稳态误差、终值定理的使用条件。 4．根轨迹法 主要内容：根轨迹的概念与根轨迹方程；根轨迹的绘制法则；广义根轨迹；零、极点分布与阶跃响应性能的关系；主导极点与偶极子。
基本要求：根轨迹法则（法则证明只需一般了解）及根轨迹的绘制；主导极点、偶极子等的概念；利用根轨迹估算阶跃响应的性能指标。 5．频率响应法 主要内容：线性系统的频率响应；典型环节的频率响应及开环频率响应；Nyquist 稳定判据和对数频率稳定判据；稳定裕度及计算；闭环幅频与阶跃响应的关系，峰值及频宽的概念；开环频率响应与阶跃响应的关系，三频段（低频段，中频段和高频段）的分析方法。 基本要求：典型环节和开环系统频率响应曲线(Nyquist曲线和对数幅频、相频曲线)的绘制；系统稳定性判据（Nyquist判据和对数判据）；等M、等N圆图，尼柯尔斯图仅作一般了解；相稳定裕度和模稳定裕度的计算；明确最小相位和非最小相位系统的差别，明确截止频率和带宽的概念。 6．线性系统的校正方法 主要内容：系统设计问题概述；串联校正特性及作用：超前、滞后及PID；校正设计的频率法及根轨迹法；反馈校正的作用及计算要点；复合校正原理及其实现。 基本要求：校正装置的作用及频率法的应用；以串联校正为主，反馈校正为辅；以频率法为主，根轨迹法为辅；复合校正的应用。 7．线性连续系统的状态空间分析方法 主要内容：状态方程的列写；状态方程的解（矩阵指数及其性质）；系统等价变换；状态方程与传递函数的关系；系统的可控性、可观性及其判据；动态方程的标准形(可控标准型、可观标准型)；可控性、可观性分解；对偶原理，传递函数的最小实现；状态反馈及极点配置；状态观测器及其设计；有界输入有界输出稳定性。 基本要求：上述主要内容中各点均要求，但仅限于单输入单输出线性定常连续系统。
自动控制原理实验报告册 班级： 390412 学号： 39041209 姓名：高亚豪 2011年12月21日
目录 实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 . 3实验二频率响应测试 (6) 实验三控制系统串联校正 (9)
实验一一、二阶系统的电子模拟 及时域响应的动态测试 一、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3、学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的阶跃响应 曲线，并测定其过渡过程时间Ts。 2、建立二阶系统的电子模型，观测并记录在不同阻尼比时的阶跃响应曲线， 并测定其超调量及过渡过程时间。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为：φ(s)= 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1 2．二阶系统: 其传递函数为： 令ωn=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：
图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示： 图1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及 ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 四、实验数据表 根据实验要求选取的参数如下： 0.25 0.5 1 R2 250K 500K 1M C 1μf 1μf 1μf Ts实测 /s 0.73 1.56 3.08 Ts理论 /s 0.75 1.5 3 ζ0.25 0.5 1.0 R4 200K 100K 50K C2 1μf 1μf 1μf σ%实测45.299 16.484 0.8547 σ%理论44.5 16.5 0 Ts实测11.19 5.52 4.74 Ts理论14 7 3．5 五、实验结果图
北京航空航天大学 二○○四年硕士生试题 题单号：431 自动控制原理(1)（共4页） 考生注意：所有答题务必书写在考场提供的答题纸上，写在本试 题单上的答题一律无效（本题单不参与阅卷）。 一、(本题14分)系统动态结构图如题一图所示。确定系统的闭环传递函数 )(/)(s R s C 。 二、(本题共20分) 已知单位负反馈系统的开环传递函数为 ()0,0(1) K G s K T s Ts = >>+ 确定,K T , 使得系统同时满足以下两个条件： （1） 闭环系统阶跃响应的超调量为%100?-π e ； （2） 开环对数幅频渐近曲线与零分贝线的交点频率 2c ωπ= 弧度/秒。 第431-1页 题一图
三、(本题20分)已知单位负反馈系统的开环传递函数为 *2(25)()(2)(0.5) K s s G s s s -+=+- 按步骤绘制 K > 0 (K=5 K *)时闭环系统的根轨迹；并确定使闭环系统稳定时K 的取值范围和闭环极点为稳定的实极点时K 的取值范围。 四、(本题共20分, 每小题各10分) 单位负反馈系统的开环传递函数为 2(1) ()(0.11) K s G s s s += + 1，根据对数渐进幅频特性曲线确定K 值，使系统有最大相位稳定裕度。并求出最大相位稳定裕度。要求绘制这时系统的开环对数幅频渐近曲线和相频曲线； 2, 在上述K 值下，求系统在控制输入2()0.51()r t t t =?作用下的稳态误差；若要减小此项稳态误差，又要保持最大相位稳定裕度不变，应采用何种串联校正环节？并简述设计该校正环节的主要步骤。(误差的定义为输出c(t)减输入r(t))。 五、(本题20分, 每小题各10分) 已知闭环非线性系统的微分方程为 ()0x x sign x x ++-= 式中符号函数定义为：1()0()1 ()0 f x signf x f x >?=? -
*欧阳光明*创编 2021.03.07 自动控制原理 欧阳光明（2021.03.07） 实验报告 实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验二频率响应测试 实验三控制系统串联校正 实验四控制系统数字仿真 姓名： 学号：单位：仪器科学与光电工程学院 日期：2013年12月27日 实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 一、实验目的 1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为： 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1
由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1 2．二阶系统: 其传递函数为： 令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示： 图1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及 ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 四、实验步骤 1.确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。 五、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块 六、实验数据 T0.250.51 R2250K500K1M C1μF1μF1μF Ts理论0.75s 1.5s 3.0s Ts实测0.763s 1.543s 3.072s Ts误差 1.73% 2.87% 2.40% 响应图形图1图2图3 图1 图2