下载文档原格式
习题3-1.选择题：（1）已知单位负反馈闭环系统是稳定的，其开环传递函数为：)1(2)s )(2+++=s s s s G （，系统对单位斜坡的稳态误差是：a.0.5 b.1 3-2 已知系统脉冲响应t e t k 25.10125.0)(-=试求系统闭环传递函数)(s Φ。
解 Φ()()./(.)s L k t s ==+001251253-3 一阶系统结构图如图3-45所示。
要求系统闭环增益2=ΦK ，调节时间4.0≤s t s ，试确定参数21,K K 的值。
图3.38 题3-3图解 由结构图写出闭环系统传递函数111)(212211211+=+=+=ΦK K sK K K s K sK K s K s令闭环增益212==ΦK K ， 得：5.02=K 令调节时间4.03321≤==K K T t s ，得：151≥K 。
3-4 设二阶控制系统的单位阶跃响应曲线如图 3.39 所示。
如果该系统为单位反馈控制系统，试确定其开环传递函数。
图3.39 题3-4图 解：由图2.8知，开环传递函数为3-5 设角速度指示随动统结构图如图3-40所示。
若要求系统单位阶跃响应无超调，且调节时间尽可能短，问开环增益K 应取何值，调节时间s t 是多少？图3-40 题3-5图解：依题意应取 1=ξ，这时可设闭环极点为02,11T -=λ。
写出系统闭环传递函数Ks s Ks 101010)(2++=Φ 闭环特征多项式20022021211010)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=++=T s T s T s K s s s D 比较系数有 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=K T T 101102200 联立求解得 ⎩⎨⎧==5.22.00K T 因此有 159.075.40''<''==T t s3-6 图3.41所示为某控制系统结构图，是选择参数K 1和K 2，使系统的ωn =6，ξ=1.3-7 已知系统的特征方程，试判别系统的稳定性，并确定在右半s 平面根的个数及纯虚根。
北京理工大学信息科学技术学院自动控制理论1999——2000，2002——2008自动控制理论（非控类）2004电子技术（含模拟、数字部分）1999——2000，2002——2008模拟电子技术与数字电子技术2000——2002模拟与数字电路1999——2000，2002微机控制与应用技术2002——2008控制工程基础2003——2008物理光学2003——2004，2007——2008应用光学1999——2008，2010（2010为回忆版）波动光学2002大学物理2006——2008精密机械设计2003——2008（其中2003年称“精密机械基础”）激光原理1999——2001，2005——2008电子电路2003——2005，2007——2008电路分析基础1999——2000信号处理导论2003——2008信号与系统1996——2002半导体物理学1999——2008电磁场理论1999——2000，2002——2008微机原理及应用2004——2005电动力学2003——2004理论力学1996——2008（96——98非原版）生物化学1999——2008（注：2007年试卷共11页，缺P5-6页）生物化学（A）2005——2006，2008计算机专业基础（含计算机组织与结构、数据结构）2007计算机技术基础（含计算机组成原理、操作系统和数据结构）2003——2006计算机原理（含操作系统）1999——2002程序设计1999——2000计算机系统结构基础（含计算机组成原理、计算机网络和数据结构）2004——2005 软件理论基础（含离散数学、操作系统、数据结构）1999——2005数据结构与程序设计2004——2008微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000机电工程学院电子技术（含模拟、数字部分）1999——2000，2002——2008电子技术基础2007——2008自动控制理论1999——2000，2002——2008自动控制理论（非控类）2004电磁学2005——2008量子力学2005——2008运筹学2001——2008工程力学基础2007——2008流体力学基础2006工程流体力学2005数学物理方程2002——2006数学物理方法2000材料力学1997——1999，2002——2008理论力学1996——2008（96——98非原版）电动力学2003——2004微机控制与应用技术2002——2008控制工程基础2003——2008精密机械设计2003——2008（其中2003年称“精密机械基础”）应用光学1999——2008，2010（2010为回忆版）波动光学2002微机原理及应用2004——2005有机化学1997——2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006物理化学2003——2008高分子物理2005——2008高分子化学及高分子物理2003——2004安全系统工程2003——2005，2008工程热力学（不含传热学）2003——2008爆炸与安全技术2005爆炸及其作用2006爆轰理论2003——2005化学2002——2005传感与测试技术2004——2005算法语言1998微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000传热学2000应用电子技术2004机械与车辆工程学院电子技术（含模拟、数字部分）1999——2000，2002——2008 电子技术基础2007——2008自动控制理论1999——2000，2002——2008自动控制理论（非控类）2004机械设计2001——2008机械设计原理2001机械制造工程基础2003——2008机械制造工艺学2002理论力学1996——2008（96——98非原版）微机控制与应用技术2002——2008应用光学1999——2008，2010（2010为回忆版）电路分析基础1999——2000模拟电子技术与数字电子技术2000——2002模拟与数字电路1999——2000，2002精密机械设计2003——2008（其中2003年称“精密机械基础”）控制工程基础2003——2008微机原理及应用2004——2005工程热力学（不含传热学）2003——2008物理化学2003——2008工程力学基础2007——2008流体力学基础2006工程流体力学2005交通运输系统工程学2005，2007——2008微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000数字电路与数字信号处理2008材料科学与工程学院物理化学（A）2008高分子物理2005——2008高分子化学及高分子物理2003——2004材料科学基础2003——2007材料力学1997——1999，2002——2008普通化学2008综合化学2008有机化学1997——2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006理论力学1996——2008（96——98非原版）电化学原理2003——2006微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000化工与环境学院自动控制理论1999——2000，2002——2008自动控制理论（非控类）2004过程控制原理2000——2005，2007——2008化工原理2002——2008有机化学1997——2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006物理化学2003——2008电化学原理2003——2006环境微生物学2007——2008工程热力学（不含传热学）2003——2008微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000生命科学与技术学院生物化学1999——2008（注：2007年试卷共11页，缺P5-6页）生物化学（A）2005——2006，2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006细胞生物学2004——2006微生物学2005——2008分子生物学2007——2008有机化学1997——2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008药理学2007信号处理导论2003——2008信号与系统1996——2002电子电路2003——2005，2007——2008物理光学2003——2004，2007——2008应用光学1999——2008，2010（2010为回忆版）波动光学2002信号理论基础2007——2008计算机专业基础（含计算机组织与结构、数据结构）2007计算机技术基础（(含计算机组成原理、操作系统和数据结构）2003——2006计算机原理（含操作系统）1999——2002程序设计1999——2000计算机系统结构基础（含计算机组成原理、计算机网络和数据结构）2004——2005 软件理论基础（含离散数学、操作系统、数据结构）1999——2005数据结构与程序设计2004——2008理学院电子技术（含模拟、数字部分）1999——2000，2002——2008大学物理2006——2008数学分析1995，1999——2000，2003——2008高等代数2003——2008电磁学2005——2008量子力学2005——2008电动力学2003——2004普通化学2008综合化学2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006物理化学（A）2008物理化学2003——2008有机化学1997——2008理论力学1996——2008（96——98非原版）材料力学1997——1999，2002——2008工程热力学（不含传热学）2003——2008数学物理方程2002——2006数学物理方法2000电路分析基础1999——2000模拟电子技术与数字电子技术2000——2002模拟与数字电路1999——2000，2002激光原理1999——2001，2005——2008微机控制与应用技术2002——2008爆炸与安全技术2005爆炸及其作用2006电化学原理2003——2006工程力学基础2007——2008流体力学基础2006工程流体力学2005微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000管理与经济学院宏微观经济学2008管理学2003——2008（2003，2004名称叫做“管理学基础”。
自动控制理论（一）答案一. (20分)解：(1) (10分) c r U U U -=2； 22U s C I ⋅=；222I R U R ⋅=；221R R U U U +=；21111I U R I R +=；111I s C U ⋅= ；12U U U R c += 。
消除中间变量得，1)2(1)()()(2122121221++++++=s T T s T T s T T s T T s U s U r c ，其中，，C R T 11=，C R T 22=。
解：(2) (10分)3211G G G P =322121321243G L -=；424213212331G G G H H G G G G ++++=∆；411G +=∆；421G +=∆；4242132124321331)1()2()(G G G H H G G G G G G G G s ++++++=Φ。
(允许使用方框图简化)二. (20分)解：(1) (10分) 22222)5()(nn ns s k s k s k s ωζωωτ++=+++=Φ；7.0%6.4=⇒=ζσp ；588.0=⇒=n p t ω；252==n k ω；08.0=τ；解：(2) (10分) k s k s kG s s GH G G G s e +++-+=++-=Φ)5(511)(2br 2br τ；s k ss G 2.05)(br ==。
三. (15分)解：(1) (6分) 劳斯计算表首列系数变号2次，S 平面右半部有2个闭环极点，系统不稳定。
333206633101234s s s s s -解：(2) (9分))1)(1()1()(312+++=s T s T s T K s G ；1020log 20=⇒=K K ；5002.0/11==T ；05.020/12==T ；05.0200/13==T ；)1005.0)(150()105.0(10)(+++=s s s s G ；2.0=c ω；8.83001.0arctan 10arctan 01.0arctan )(-=--=∠j G ；2.96)(180=∠+=j G γ，闭环系统的稳定。
北理工《自动控制理论Ⅱ》FAQ （七）第四章 线性系统的控制器设计 上一、简述单输入系统极点配置的计算步骤。
单输入系统极点配置的计算步骤如下：（1）检查系统的能控性。
如果系统能控，则按以下步骤计算状态反馈矩阵。
（2）计算矩阵A 的特征多项式，即0111]det[a s a s a s A sI n n n ++++=---（3）计算由希望的极点}{21n λλλ 所决定的状态反馈系统特征多项式0*1*11*21*)())(()(a s a s a s s s s s a n n n n ++++=---=-- λλλ。
（4）计算-k][11*11*00*------=n n a a a a a a k 。
（5）确定变换矩阵P ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=---0001001011][13212111 n n n c a a a a a a B A AB B p（6）计算状态反馈矩阵K11--=c P k k二、给定系统的空间表达式为u x x ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=•001110011000 []x y 110=求状态反馈增益阵K ，使反馈后闭环特征值为2*1-=λ，31*3,2j ±-=λ解： 因为[]31001100012=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=rank b A Ab b rank 所以系统是状态完全能控，通过状态反馈控制律能任意配置闭环特征值。
1）由s s s s s s A sI ++=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-+-=-23211001100det )det(，得0,1,2012===a a a 。
2）由884)31)(31)(2())()((23*3*2*1+++=-++++=---s s s j s j s s s s s λλλ，得8,8,4*0*1*2===a a a 。
3）]2,7,8[],,[2*21*10*0=---=a a a a a a K 4）[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=0010111210010121211001100010010112212a a a b A Ab b Q 5）⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡==--12111010000101112111Q P 6）[][]332121110100278=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--==P K K 算法2：直接配置1）将Kx u -=带入系统状态方程，求得闭环系统的特征多项式)()()()(0111K a s K a s K a S s f n n n ++++=+- ，其中n i K a i ,,2,1),( =是反馈矩阵K 的函数。
1.2 说明以下控制原理，并指出哪些是开环控制，哪些是闭环控制？（1）空调器的温度调节；a.温度控制器是由温度监测、信号处理、输出控制三部分组成。
系统框图如图1-1所示，它通过预埋在变压器三相绕组中的三只铂电阻传感器获取绕组温度值，经信号调理电路处理后直接送入控制器的A/D转换输入端。
微控制器根据信号数据及设定的各种控制参数，按照嵌入的软件控制规律执行计算与处理，自动显示变压器绕组的温度值、输出相应的控制信号、控制风机的启停，预先设定一温度值，当显示高于设定的温度值时，风机启动，开始制冷；当显示低于设定温度值时，风机停止运行。
b.属于闭环控制。
图1-1 系统结构框图（2）射箭运动；a.通过人眼观察，使箭头瞄准靶心，把箭射出，箭射在靶子上。
b.属于开环控制。
（3）司机驾驶汽车；a.司机驾驶汽车要控制汽车的速度和方向。
当司机期望的目标方向和目标速度与汽车实际行进过程中的方向和速度不相符的时候，司机通过方向盘和调速器对汽车进行控制，从而达到期望的目标方向和目标速度。
b.属于闭环控制（4）人体温保持在37℃的温度系统；a.位于人体下丘脑中的体温中枢担负着调节人体产生的热量与散发的热量保持平衡的任务。
当环境的温度高时，皮肤上的感受器通过神经通知大脑的恒温中枢，大脑就会“命令”皮肤表面血管扩张，促使机体出汗散热；如果天气寒冷，又会让皮肤血管收缩，减少散热。
同时，发生寒颤却可增加产热，也就是提高内脏的代谢率以增加产热量，从而维持体温的相对恒定。
b.属于闭环控制。
（5）汽车刹车防抱死系统；a. ABS系统是一种能防止车轮被抱死而导致车身失去控制的安全装置，全称防抱死刹车系统。
ABS的工作原理是利用装在车辆刹车系统上的传感器来感知刹车时车轮的运动状态，当车辆紧急制动时，车轮的转速在制动系统的作用下迅速降低，当传感器感知到车轮即将停止转动时，会发出一个指令给刹车系统，减小制动力，当车轮恢复转动后制动力又会加大，到车轮又要停转时制动力再减小，如此反复，确保车轮不被抱死，这种动作是十分迅速的，每秒钟大约发生几十次。
(单选题)1: 梅森公式主要用来（）。
A: 判断稳定性B: 计算输入误差C: 求系统的传递函数D: 求系统的根轨迹正确答案:(单选题)2: 放大环节的对数幅频特性曲线是（）。
A: 平行于横轴的直线B: 斜率为1的直线C: 逐渐增大至某一值的曲线D: 垂直于横轴的直线正确答案:(单选题)3: 最小相位系统的开环增益越大，其（）。
A: 振荡次数越多B: 稳定裕量越大C: 相位变化越小D: 稳态误差越小正确答案:(单选题)4: 典型二阶系统的超调量越大，反映出系统（）A: 频率特性的谐振峰值越小B: 阻尼比越大C: 闭环增益越大D: 相角裕度越小正确答案:(单选题)5: 系统的频率特性（）A: 是频率的函数B: 与输入幅值有关C: 与输出有关D: 与时间t有关正确答案:(单选题)6: 系统在r(t)=t2作用下的稳态误差ess=∞，说明( )。
A: 型别ν<2B: 系统不稳定C: 输入幅值过大D: 闭环传递函数中有一个积分环节正确答案:(单选题)7: 已知单位反馈控制系统在阶跃函数作用下，稳态误差为常数，则此系统为（）。
A: 0型系统B: I型系统C: II型系统D: 高阶系统正确答案:(单选题)8: 采用负反馈形式连接后，则 ( )。
A: 一定能使闭环系统稳定B: 系统动态性能一定会提高C: 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除D: 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能正确答案:(单选题)9: 一阶系统的阶跃响应（）。
A: 无超调B: 当时间常数较大时有超调正确答案:(单选题)10: 用实验法求取系统的幅频特性时，一般是通过改变输入信号的（）来求得输出信号的幅值。
A: 相位B: 频率C: 稳定裕量D: 时间常数正确答案:(单选题)11: 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:(单选题)12: 系统型次越高，稳态误差越（）。
