西安理工大学自动控制原理-2005年考研试题

西安理工大学2007年攻读硕士学位研究生入学考试命题纸考试科目电力电子技术使用试题学科、专业电力电子与电力传动（共七题，答题不得使用铅笔、红色笔、不必抄题，但需标明题号）西安理工大学2008年攻读硕士学位研究生入学考试命题纸考试科目电力电子技术使用试题学科、专业电力电子与电力传动（共七题，答题不得使用铅笔、红色笔、不必抄题，但需标明题号）四、（共22分：第1小题8分，第2小题10分，第3小题4分）Boost-Buck 升降压直流斩波电路，电阻负载。

1．画出主电路图，指出电路中各个电路元件的作用。

2．若直流电源电压E=100V ，负载上的直流平均电压需要在50V~200V 之间可调，请计算相应的开关管占空比D 及其变化范围。

3．指出该电路的主要不足之处。

五、（共18分：每个小题各6分）晶闸管单相交流调压电路，阻感负载，2R =Ω,5L mH =。

输入为工频50Hz 、有效值100V 的正弦交流电压。

1．确定晶闸管触发角α的移相范围。

2．画出060α=时负载上的电压波形和电流波形。

3．指出：如果晶闸管触发角020α=，会有什么问题？六、（共22分：第1、2小题各7分，第3、4小题各4分）对于单相桥式电压型无源逆变电路，阻感负载：1．画出主电路图，并扼要说明续流二极管是如何续流的：2．指出：如果电路为单极性SPWM 工作方式，开关元件如何工作；3．画出负载上的电压波形：4．同一个桥的上下两个桥壁开关元件换流是，需要留有一定的死区时间，指出死区时间长短的主要确定依据是什么？七、（共18分。

每个小题各6分）1．画出由模拟电子线路组成的、发生SPWM 控制脉冲信号的原理框图，并扼要叙述原理。

2．扼要解释，什么是SPWM 的同步调制？并指出其主要缺点是什么？3．画出ZCS 准谐振软开关的基本单元电路，扼要说明现实ZCS 的基本原理。

（完）。

练习题：一、填空：1、在转速、电流双闭环调速系统中，速度给定U*n未变，转速反馈系统α减小，系统稳定后速度n会。

2、按对转差功率的处理方式可以把异步电机交流调速系统分为三类，它们是，，。

VVVF调速属于调速系统。

3、典型I型系统的开环传递函数是，其截止频率Wc与放大倍数K的关系是。

4、直流调速系统中静差率的表达式为，对一个系统所提的静差率的要求主要是。

调速范围、静差率和静态速降三者的关系是。

5、采取带电流变化率调节器的三环调速系统，其主要目的是使电流确保系统，电流变化率反馈的作用是。

6、某调速系统的额定转速ned =1430r/min,额定速降△ned=115r/min。

当要求静差率s<30%和s<20%时，允许的调速范围分别是和。

7、在转速、电流双闭环调速系统中，速度给定U*n未变，转速反馈系统α增加，系统稳定后速度反馈电压Un 。

8、在给定电压不变时，当无静差转速反馈调速系统的测速发电机的励磁减小，其稳定转速。

9、双闭环调速系统，在启动过程的大部分时间内，转速调节器处于状态，此时它起着作用；当转速超调后，转速调节器，它才真正发挥作用。

10、典型II型直流调速控制系统，其扰动量N=，开环稳态速降Δn=，TΣn /Tm=。

当系统启动并达到额定转速ned 时，退饱和超调量为；系统启动到低速运行，n(∞)=时的退饱和超调量为。

11、在三相异步电机的VVVF调速系统中，基频之下采用方法调速；基频之上采用方法调速。

12、SPWM逆变器的调制方式有、和三种。

13、异步电动机的动态数学模型是一个，，的系统。

14、在工程方法设计双闭环调速系统时，应该遵循先环，后环的原则。

而且一般比响应要快。

15、转速、电流双闭环调速系统（两个环均是有限幅的PI）在稳定运行中，电流反馈线突然断掉后又进入稳定运行，此时速度调节器的输出Ui= 。

16、直流电机和交流电机模型彼此等效的原则是在不同的坐标下产生。

17、当发现因电网电压波动过大而引起转速降落Δn过大时应增大，而当负载波动过大引起转速降落Δn过大时，应增加反馈系数。

自动控制 (A )试卷一、系统结构如图所示，u1为输入， u2为输出，试求 1．求网络的传递函数G(s)=U1(s)/U2(s)2． 讨论元件R1，R2，C1，C2参数的选择对系统的稳定性是否有影响。

（15分）2二、图示系统，试求，（1） 当输入r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss;（2） 当输入r(t)=1(t)，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss; （3） 若要减小稳态误差，则应如何调整K 1，K 2？（15分）三．已知单位负反馈系统的开环传递函数为.)())(()(1Ts s 1s 12s K s G 2+++=试确定当闭环系统稳定时，T ，K 应满足的条件。

（15分）四、已知系统的结构图如图所示，（1） 画出当∞→0:K 变化时，系统的根轨迹图；（2） 用根轨迹法确定，使系统具有阻尼比50.=ζ时，K 的取值及闭环极点（共轭复根）。

（15分）五、已知最小相位系统的对数幅频特性渐近特性曲线，1.试求系统的开环传递函数G （s ）;2.求出系统的相角裕量γ;3．判断闭环系统的稳定性。

（15分）六、设单位反馈系统的开环传递函数如下，2s158s -+=)()(s H s G 1. 试画出系统的乃奎斯特曲线;2. 用乃氏判据判断系统的稳定性（15分） 七、已知单位反馈系统的开环传递函数为1)s(2s 4G +=)(s使设计一串联滞后校正装置，使系统的相角裕量040≥γ，幅值裕量10db K g≥，并保持原有的开环增益值。

（10分）自动控制理论B一． 试求图示系统的输出z 变换C(z).（20分）(b)(a)二.闭环离散系统如图所示，其中采样周期T =1s ，（20分）1． 试求系统的开环脉冲传递函数G(z); 2． 求系统的闭环脉冲传递函数)z (Φ； 3． 确定闭环系统稳定时K 的取值范围。

（注：()T 22e z z )s 1(Z ,1z Tz )s 1(Z ,1z z )s1(Z αα--=+-=-=）三. 设单位反馈线性离散系统如图所示，其中T ＝1秒，试求取在等速度 输入信号r (t )=1作用下，能使给定系统成为最少拍系统的数字控制器的脉冲传递函数D (z )。

自动控制原理习题及其解答第一章（略） 第二章例2-1 弹簧，阻尼器串并联系统如图2-1示，系统为无质量模型，试建立系统的运动方程。

解：(1) 设输入为y r ，输出为y 0。

弹簧与阻尼器并联平行移动。

(2) 列写原始方程式，由于无质量按受力平衡方程，各处任何时刻，均满足∑=0F ，则对于A 点有021=-+K K f F F F其中，F f 为阻尼摩擦力，F K 1，F K 2为弹性恢复力。

(3) 写中间变量关系式220110)()(y K F Y Y K F dty y d f F K r K r f =-=-⋅=(4) 消中间变量得 020110y K y K y K dtdy f dt dy f r r=-+- (5) 化标准形 r r Ky dtdyT y dt dy T +=+00 其中:215K K T +=为时间常数，单位[秒]。

211K K K K +=为传递函数，无量纲。

例2-2 已知单摆系统的运动如图2-2示。

(1) 写出运动方程式 (2) 求取线性化方程 解：（1）设输入外作用力为零，输出为摆角θ ，摆球质量为m 。

（2）由牛顿定律写原始方程。

h mg dtd l m --=θθsin )(22其中，l 为摆长，l θ 为运动弧长，h 为空气阻力。

（3）写中间变量关系式)(dtd lh θα= 式中，α为空气阻力系数dtd l θ为运动线速度。

（4）消中间变量得运动方程式0s i n 22=++θθθmg dt d al dtd ml （2-1)此方程为二阶非线性齐次方程。

（5）线性化由前可知，在θ ＝0的附近，非线性函数sin θ ≈θ ，故代入式（2-1）可得线性化方程为022=++θθθmg dt d al dtd ml 例2-3 已知机械旋转系统如图2-3所示，试列出系统运动方程。

解：（1）设输入量作用力矩M f ，输出为旋转角速度ω 。

（2）列写运动方程式f M f dtd J+-=ωω式中， f ω为阻尼力矩，其大小与转速成正比。

第1页共3页西安理工大学年攻读硕士学位研究生入学考试命题纸 •考试科目 自动控制理论 使用试题学科、专业(共 题，答题不得使用铅笔、红色笔、不必抄题，但需标明题号，) 一、 系统微分方程如下：(15分)(/) = r(O-c(r)心(，)= r•冬“Wi (0 x ⑺=k 2x 2 (/) 工 4 (/) = X 3G )-M ，) i 5=k 3x A (t)7?(/) + a(r) = 々4x“，)式中r(f)是输入量：e(/)是输出量：久…心为中间变量：七…久为常数。

画出 系统的动态结构图，并求传递函数C (5)/2?(5)。

二、 己知系统结构图如图所示，试求传递函数C (5)/7?(5)及^:⑺/7?⑺。

(15分)三、 控制系统如图所示。

试分析：(20分)试题编号431a)反馈系数0值的大小对系统稳定性的影响。

b)/?值的大小对阶跃响应cr%,G的影响。

0)/?值的大小对斜坡输入下系统稳态误差的影响。

K ，单位负反馈系统的开环对数幅频特性渐近线如图#示（最小相位系统）。

（1） 写出系统的开环传递函数：（2） 利用相位裕量判断系统的稳定性；将其对数幅频特性向右平移十倍 频称，试讨论对系统性能的影响。

’七、控制系统的开环传递函数G ⑴//Cs ）=—— 要求： 5-（0.25 4-1）（1） 绘制系统的幵环对数幅频和相频特性（即伯德图），并求系统的相 位裕量；四、五、（2） 分析对系统性能的影响：（3） 求系统最小阻尼比所对应的闭环极（20 分）480000M@^（+i6y + 4）（，+ 2G （））（，+ 3oo ）系统单兌阶跃响应的调节时间和超调六、，估算（15 分） （25 分）（2）在系统中串联一个比例微分环节（s+1），绘制此吋系统的伯德图，并求相位裕量Y。

(3)说明比例微分环节对系统稳定性的影响;(4)说明相对稳定性较好的系统，中频段对数幅频特性应具有的形状。

八、已知一单位反馈系统如图4 (a)所示，其中G c(s)为校正装置，现要求系统加入校正装置后其幵环对数频率特性如图4 (b)所示。

西安理工大学2007年攻读硕士学位研究生入学考试命题纸考试科目电力电子技术使用试题学科、专业电力电子与电力传动（共七题，答题不得使用铅笔、红色笔、不必抄题，但需标明题号）西安理工大学2008年攻读硕士学位研究生入学考试命题纸考试科目电力电子技术使用试题学科、专业电力电子与电力传动（共七题，答题不得使用铅笔、红色笔、不必抄题，但需标明题号）四、（共22分：第1小题8分，第2小题10分，第3小题4分）Boost-Buck 升降压直流斩波电路，电阻负载。

1．画出主电路图，指出电路中各个电路元件的作用。

2．若直流电源电压E=100V ，负载上的直流平均电压需要在50V~200V 之间可调，请计算相应的开关管占空比D 及其变化范围。

3．指出该电路的主要不足之处。

五、（共18分：每个小题各6分）晶闸管单相交流调压电路，阻感负载，2R =Ω,5L mH =。

输入为工频50Hz 、有效值100V 的正弦交流电压。

1．确定晶闸管触发角α的移相范围。

2．画出060α=时负载上的电压波形和电流波形。

3．指出：如果晶闸管触发角020α=，会有什么问题？六、（共22分：第1、2小题各7分，第3、4小题各4分）对于单相桥式电压型无源逆变电路，阻感负载：1．画出主电路图，并扼要说明续流二极管是如何续流的：2．指出：如果电路为单极性SPWM 工作方式，开关元件如何工作；3．画出负载上的电压波形：4．同一个桥的上下两个桥壁开关元件换流是，需要留有一定的死区时间，指出死区时间长短的主要确定依据是什么？七、（共18分。

每个小题各6分）1．画出由模拟电子线路组成的、发生SPWM 控制脉冲信号的原理框图，并扼要叙述原理。

2．扼要解释，什么是SPWM 的同步调制？并指出其主要缺点是什么？3．画出ZCS 准谐振软开关的基本单元电路，扼要说明现实ZCS 的基本原理。

（完）。

安徽大学20 07 —20 08 学年第 一 学期《 自动控制原理 》B 卷考试试题参考答案及评分标准一、（1）12131231113211231()()1G G G G G G G H C s R s G G G H G G G H ++=+++ （7分）（2）)(11)(1321123114321431421122s N H G G G H G G G H G G G G G G G G G G H G s C +++++++= （7分） （3）12()()()C s C s C s =+ （1分）二、 系统的特征方程为：4321269198(200)0s s s s K +++++= 列出劳斯表：43210 1 69 200+K 12 198 52.5 200+K 152.29-0.23K 200+Ks s s s s令152.29-0.23K=0，K=662.13 将K 代入辅助方程252.5+200+K=0s ，令s j ω=，得到ω＝4.05三、解2.110/12)(10/12/12)2(10106064)(1127)()1(2323-=-=∞===<=-+++=-==+++=t t C K ess K K K W W W W D S W K S S S s D 最大〈则令四、0)10()1(12=+++s s s K ，则)10()1()(2++=s s s K s G 1）开环极点10,032,1-==p p ，开环零点11-=z2）实轴上的根轨迹：[-10,-1]3）渐进线：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=-=+-=πππϕσ23,22)12(121100k a a4）分离点：1110111+=+++d d d d ，4,5.22,1--=d5）与虚轴交点：除原点外无交点32141044,425.3115.2105.25.2,5.2212211=+-+--=-==+-+--=-=K d K d25.310<<K 和32>K 时，振荡； 3225.31<<K 时，单调变化。

一、填空题（每空 1 分，共 15 分）1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值与反馈量的差值进行的。

2、复合控制有两种基本形式：即按 输入的前馈复合控制和按 扰动的前馈复合控制。

3、两个传递函数分别为 G 1(s) 与 G 2(s) 的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为 G (s) ，则 G(s) 为 G1(s)+G2(s) （用 G 1(s) 与 G(s) 表示）。

24、典型二阶系统极点分布如图 1 所示，则无阻尼自然频率 n2 ，2阻尼比 ，0.707该系统的特征方程为 s 2 2s 2 0 ，该系统的单位阶跃响应曲线为 衰减振荡 。

5、若某系统的单位脉冲响应为 g (t ) 10e 0.2 t 5e 0.5t ，则该系统的传递函数 G(s) 为10 5 。

0.2ss 0.5s s6、根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零点 。

7、设某最小相位系统的相频特性为 ()tg 1 ()900 tg 1(T) ，则该系统的K ( s 1)开环传递函数为s(Ts1)。

8、PI控制器的输入－输出关系的时域表达式是u(t)K p [e(t)1Te(t) dt ]，K p [11 ]稳态性 其相应的传递函数为Ts，由于积分环节的引入，可以改善系统的 能。

1、在水箱水温控制系统中，受控对象为 水箱，被控量为 水温。

2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时， 称为开环控制系统 ；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时， 称为闭环控制系统 ；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 闭环控制系统 。

3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统 稳定。

判断一个闭环线性控制系统是否稳定， 在时域分析中采用 劳斯判据；在频域分析中采用 奈奎斯特判据 。

4、传递函数是指在 零初始条件下、线性定常控制系统的 输出拉氏变换 与输入拉氏变换之比。

练习题：一、填空：1、在转速、电流双闭环调速系统中，速度给定U*n未变，转速反馈系统α减小，系统稳定后速度n会。

2、按对转差功率的处理方式可以把异步电机交流调速系统分为三类，它们是，，。

VVVF调速属于调速系统。

3、典型I型系统的开环传递函数是，其截止频率Wc与放大倍数K的关系是。

4、直流调速系统中静差率的表达式为，对一个系统所提的静差率的要求主要是。

调速范围、静差率和静态速降三者的关系是。

5、采取带电流变化率调节器的三环调速系统，其主要目的是使电流确保系统，电流变化率反馈的作用是。

6、某调速系统的额定转速n ed=1430r/min,额定速降△n ed=115r/min。

当要求静差率s<30%和s<20%时，允许的调速范围分别是和。

7、在转速、电流双闭环调速系统中，速度给定U*n未变，转速反馈系统α增加，系统稳定后速度反馈电压Un 。

8、在给定电压不变时，当无静差转速反馈调速系统的测速发电机的励磁减小，其稳定转速。

9、双闭环调速系统，在启动过程的大部分时间内，转速调节器处于状态，此时它起着作用；当转速超调后，转速调节器，它才真正发挥作用。

10、典型II型直流调速控制系统，其扰动量N=1.5I ed，开环稳态速降Δn=0.3n ed，TΣ/T m=0.1。

当系统启动并达到额定转速n ed时，退饱和超调量为；系统启动到低速n运行，n(=0.2n ed时的退饱和超调量为。

∞)11、在三相异步电机的VVVF调速系统中，基频之下采用方法调速；基频之上采用方法调速。

12、SPWM逆变器的调制方式有、和三种。

13、异步电动机的动态数学模型是一个，，的系统。

14、在工程方法设计双闭环调速系统时，应该遵循先环，后环的原则。

而且一般比响应要快。

15、转速、电流双闭环调速系统（两个环均是有限幅的PI）在稳定运行中，电流反馈线突然断掉后又进入稳定运行，此时速度调节器的输出U i= 。

16、直流电机和交流电机模型彼此等效的原则是在不同的坐标下产生。