自动控制原理习题及答案

自动控制原理1

一、单项选择题（每小题1分，共20分）

1. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ ）

A.系统综合 B.系统辨识 C.系统分析 D.系统设计

2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ ）上相等。

A.幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率 D.穿越频率

3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ ）

A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件

4. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为（ ）

A.圆

B.半圆 C.椭圆

D.双曲线

5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电动机可看作一个（ ）

A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节

6. 若系统的开环传 递函数为2)(5 10ss，则它的开环增益为（ ）

A.1 B.2 C.5

D.10

7. 二阶系统的传递函数52 5)(2sssG，则该系统是（ ）

A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统

8. 若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn，则可以（ ）

A.提高上升时间和峰值时间 B.减少上升时间和峰值时间

C.提高上升时间和调整时间 D.减少上升时间和超调量

9. 一阶微分环节TssG1)(，当频率T1时，则相频特性)(jG为（ ）

A.45° B.-45° C.90° D.-90°

【练习1】系统的闭环传递函数为

)13()3(3)(23KsKssKss，其中，K>0

试绘制系统根轨迹，并求出s=-2时的闭环极点和零点。

解： ，得根轨迹方程：由0)13()3(323KsKss

0)1()3(13ssK

0)2)(2(2sss2721,23,21jss

【练习2】一单位负反馈系统，其开环传递函数为：

]4)1[()1(4)(sKssKsG

(1) 试绘制K从0→+∞时的系统根轨迹；

(2) 求系统阶跃响应中含有分量)cos(tet时的K值范围，其中0,0；

(3) 求系统有一个闭环极点为-2时的闭环传递函数。

解：（1）根轨迹方程为：0)4()2(12sssK

等效开环传递函数为：)4()2()(2sssKsG 实轴上的根轨迹：[-4，0]

分离点：122411dddd，得：由

与虚轴交点：劳斯表如下

KsKsKKs404441012

显然，K=1时，系统处于临界稳定，由辅助方程可解出交点处21,K

由模值条件得分离点处根轨迹增益：313*33*1dK

系统根轨迹如下图所示：

(２)求Ｋ值范围

尼状态，分量时，系统处于欠阻当系统含有)cos(tet

系统有一对具有负实部的共轭极点，Ｋ值的范围为：131K

(３)求闭环极点

41442221KKs值为：其对应的时，由模值条件，当系统具有闭环极点

)445()1(]4)1[()1(4)(ssssKssKsG)2.3()1(8.0sss

)2)(4.0()1(8.0)(1)()(ssssGsGs闭环传递函数为：

【练习3】负反馈系统的开环传递函数为22*)1)(1()2()(sssKsG

(1)绘制K从0→+∞时的系统闭环根轨迹；

《自动控制原理》习题

习 题 1

1有一水位控制装置如图所示。试分析它的控制原理，指出它是开环控制系统 闭环控制系统？说出它的被控量，输入量及扰动量是什么？绘制出其系统图。

2 某生产机械的恒速控制系统原理如图所示。系统中除速度反馈外，还设置了电流正反馈以补偿负载变化的影响。试标出各点信号的正负号并画出框图。

3图示为温度控制系统的原理图。指出系统的输入量和被控量，并画出系统框图。

4.自动驾驶器用控制系统将汽车的速度限制在允许范围内。画出方块图说明此反馈系统。

5.双输入控制系统的一个常见例子是由冷热两个阀门的家用沐浴器。目标是同时控制水温和流量，画出此闭环系统的方块图，你愿意让别人给你开环控制的沐浴器吗？

6.开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？ 7.反馈控制系统的动态特性有哪几种类型？生产过程希望的动态过程特性是什么？

习 题 2

1 试分别写出图示各无源网络的传递函数 。

习题1图

2 求图示各机械运动系统的传递函数。

(1)求图a的 ＝？ (2)求图b的＝？ (3) 求图c的＝？

习题2图

3 试分别写出图中各有源网络的传递函数U2(s)/ U1(s)。

习题3图 4 交流伺服电动机的原理线路和转矩－转速特性曲线如图所示。图中，u为控制电压．T为电动机的输出转矩。N为电动机的转矩。由图可T与n、u呈非线性。设在某平衡状态附近用增量化表示的转矩与转速、控制电压关系方程为

kn、kc为与平衡状态有关的值，可由转矩－转速特性曲线求得。设折合到电动机的总转动惯量为J，粘滞摩擦系数为f，略去其他负载力矩，试写出交流伺服电动机的方程式 并求输入为uc，输出为转角θ和转速为n时交流伺服电动机的传递函数 。

习题4图

5 图示一个转速控制系统，输入量是电压V，输出量是负载的转速，画出系统的结构图，并写出其输入输出间的数学表达式。

习题5图

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一、(20分) 试用结构图等效化简求下图所示系统的传递函数)()(sRsC。

解：

所以：

32132213211)()(GGGGGGGGGGsRsC

二．（10分）已知系统特征方程为06363234ssss，判断该系统的稳定性，若闭环系统不稳定，指出在s平面右半部的极点个数。(要有劳斯计算表)

解：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。

606.06503366101234sssss

三．（20分）如图所示的单位反馈随动系统，K=16s-1,T=0.25s,试求：

（1）特征参数n，； （2）计算σ%和ts;

（3）若要求σ%=16%，当T不变时K应当取何值？

解：（1）求出系统的闭环传递函数为： 完美WORD格式

专业整理 知识分享 TKsTsTKKsTsKs/1/)(22

因此有：

25.0212/1),(825.0161KTTsTKnn

（2） %44%100e%2-1-

%)2)((2825.044stns

（3）为了使σ%=16%，由式