A 卷 一、填空题(每空 1 分,共10分)1、在水箱水温控制系统中,受控对象为 ,被控量为 。

2、对自动控制的性能要求可归纳为___________、快速性与准确性三个方面, 在阶跃响应性能指标中,调节时间体现的就是这三个方面中的______________,而稳态误差体现的就是______________。

3、闭环系统的根轨迹起始于开环传递函数的 ,终止于开环传递函数的 或无穷远。

4、PID 控制器的输入－输出关系的时域表达式就是 ,其相应的传递函数为 。

5、 香农采样定理指出:如采样器的输入信号e(t)具有有限宽带,且有直到ωh 的频率分量,则使信号e(t) 完满地从采样信号e*(t) 中恢复过来的采样周期T 要满足下列条件:________________。

二、选择题(每题 2 分,共10分)1、设系统的传递函数为G(S)＝152512++s s ,则系统的阻尼比为( )。

A.21 B.1 C.51 D.251 2、非单位负反馈系统,其前向通道传递函数为G(S),反馈通道传递函数为H(S),当输入信号为R(S),则从输入端定义的误差E(S)为 ( )A 、 ()()()E S R S G S =⋅B 、()()()()E S R S G S H S =⋅⋅C 、()()()()E S R S G S H S =⋅-D 、()()()()E S R S G S H S =-3、伯德图中的低频段反映了系统的( )。

A.稳态性能B.动态性能C.抗高频干扰能力D.、以上都不就是4、已知某些系统的开环传递函数如下,属于最小相位系统的就是( )。

A 、(2)(1)K s s s -+ B 、(1)(5K s s s +-+） C 、2(1)K s s s +－ D 、(1)(2)K s s s -- 5、已知系统的开环传递函数为100(0.11)(5)s s ++,则该系统的开环增益为 ( )。

A 、 100B 、1000C 、20D 、不能确定三、(6分)系统方框图如图所示,画出其信号流图,并求出传递函数()()C S R S 。

四、(8分)已知反馈系统的开环传递函数为)6)(3()1()(2+++=s s s s K s G 。

1)试确定使系统稳定的K 的取值范围。

(4分)2)若要求系统对于输入r(t)= t 2作用下的静态误差e SS ≤0、5,试确定K 的取值范围。

(4分)五、(14分)已知系统的开环传递函数 )22()()(2++=s s s K s H s G r1)确定闭环系统根轨迹的出射角。

(2分) 2)确定闭环系统的根轨迹与虚轴的交点。

(3分) 3)绘制闭环系统的根轨迹图。

(6分)4)从图上确定5.0=ζ时,闭环系统复数极点的位置。

(3分) 六 、(14分)某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线0()L ω如图所示:1)、写出该系统的开环传递函数)(0s G ;(5分)2)、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性。

(3分) 3)、求系统的相角裕度γ。

(3分)4)、若系统的稳定裕度不够大,可以采用什么措施提高系统的稳定裕度？(3分) 七、(14分)一最小相位系统传递函数的渐近对数幅频曲线如下图所示。

1) 求其传递函数。

(3分)2) 概略绘制系统的奈氏曲线图及用奈氏判据分析该系统的稳定性。

(8分) 3) 说明能否直接由该渐近对数幅频曲线判断系统的稳定性。

(3分)八、(14分)设控制系统如图所示,要求:单位斜坡输入时,位置输出稳态误差 rad ,开环剪切频率 rad/s, 相角裕度 ,幅值裕度 。

设计串联超前校正网络。

九、 (10分)以下(a)、(b)、(c)、(d)四图中的G 曲线与负倒函数曲线的交点为N0,N10,N20,判断各图中N0,N10,N20对应的周期运动就是否稳定。

（a ）(b)(c) (d)A 卷 答案1.0≤ss e 4.4''≥c ωo 45''≥γdb db h 10)(''≥一、填空题(每空 1 分,共10分)1、水箱;水温2、稳定性;快速性;稳定性与准确性。

3、极点;零点4、()()()()tp p p iK de t m t K e t e t dt K T dt τ=++⎰;1()(1)C p i G s K s T s τ=++5、2(2)2πωωω≤≥s h hT二、选择题(每题 2 分,共10分)A; D; A; B; C;三、(6分)解:………………………………、、(2分)……………………………、…………、、(４分)四、(8分)解:开环传递函数)6)(3()1()(2+++=s s s s K s G 特征方程:0)1()6)(3(2=++++s K s s s………………………………………(2分) 系统稳定的K 取值范围0<K<81。

…………………………………………………………(2分)由eSS=2*(1/K*)=36/K ≤0、5,72≤K 得:72≤K<81 …………………………………………………………………(4分)五、(14分)解1)图中标出开环零极点S4 1 18 K S3 9 K S2 162- K 9K S1 K2-81K S09Kο1351=θ ο902=θ︒±=︒±︒+︒-=θ45180)90135(0 ………………………………………… (2分)2)令ω=j s 代入02223=+++r K s s s 则有 023=+-ωω 022=-ωr K所以001==r K ；ω 423.2=±=r K ；ω ……………………………………(3分)3)每条根轨迹各2分……………………………………………… (6分)4)…………………………………………………(3分)画出60度角的矢量线与根轨迹的交点六 、(14分)解:1、从开环波特图可知,原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。

故其开环传函应有以下形式12()11(1)(1)K G s s s s ωω=++由图可知:1ω=处的纵坐标为40dB, 则(1)20lg 40L K ==, 得100K = …………………(2分)1210ωω=和=100…………………………………………………………………………… (2分)故系统的开环传函为⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=1100110100)(0s s s s G …………………………………………(1分)2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性:开环频率特性0100()1110100G j j j j ωωωω=⎛⎫⎛⎫++ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ ……………………………………(1分)开环幅频特性0()A ω=…………………………………(1分)开环相频特性: 110()900.10.01s tg tg ϕωω--=---o …………………………………(1分)3、求系统的相角裕度γ:求幅值穿越频率,令0()1A ω== 得31.6/c rad s ω≈……………(1分)11110()900.10.0190 3.160.316180c c c tg tg tg tg ϕωωω----=---=---≈-o o o ………………(1分) 0180()1801800c γϕω=+=-=o o o ……………………………………………………………(1分)对最小相位系统0γ=o临界稳定4、可以采用以下措施提高系统的稳定裕度:增加串联超前校正装置;增加串联滞后校正装置;增加串联滞后-超前校正装置;增加开环零点;增加PI 或PD 或PID 控制器;在积分环节外加单位负反馈。

………………………………………、 (3分)七、(14分)(1)依图可写出 G s K ss()()()=++ωω1211db L K 40)(lg 20==ω ,100=K …………………………、…………(2分)所以 G s s s ()()()=++100111112ωω ……………………………………、…………、、(1分)(2)………………………………………………、……(5分)因为P=0，N=0，Z=0，所以系统稳定。

……………………………………………、、(3分)(3)可以直接由该渐近对数幅频曲线判断系统的稳定性。

………………、………、、(3分)八、(14分)……………………………………………………………(4分)……………………………………………(6分)………………………………………………………(4分) 九、 (10分)图(a)N0稳定; ………………………………………(2分)图(b)N0不稳定; ………………………………………(2分)图(c)N10不稳定,N20稳定;……………………………(3分)图(d)N10稳定,N20不稳定。

……………………………(3分)。