中国石油大学201自动控制原理期中考试试题(答 案).docVIP

2011—2012学年第1学期 《自动控制原理》期中考试试卷 （适用专业：自动化、电气、测控） 专业班级 姓 名 学 号 开课系室 自动化系 考试日期 题 号 一 二 三 四 五 六 七 总分 得 分 阅卷人 简答题 （15分） 反馈控制系统的基本组成有哪几部分？ 答：测量元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件 控制系统正常工作的最基本要求是什么？ 答：稳定性、快速性、准确性 什么是线性系统？线性系统的特征是什么？ 答：用线性微分方程描述的系统称为线性系统。 其特征是满足叠加原理，即叠加性与齐次性。 控制系统的传递函数的定义和应用范围是什么？ 答：控制系统的传递函数的定义为：零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 应用范围是：线性定常系统 控制器中加入比例+微分环节对控制系统的影响是什么？ 答：比例微分环节可增大系统的阻尼比，超调量增加，调节时间缩短，且不影响系统的稳态误差与自然振荡频率；允许选取较高的开环增益，因此在保证一定的动态性能条件下，可以减小稳态误差。 (12分)如图1所示单容水箱，为水箱的横截面积，为输入流量，为输出流量，为水箱的实际液位， ，为流量系数。当输入流量和输出流量相等时，液位维持在处，。 以为输入，以为输出，建立该单容水箱的非线性微分方程模型。（3分） 对（1）中非线性微分方程在处进行线性化，求线性化微分方程，并求单容水箱的传递函数。 （9分） 图1 解：（1）由物料平衡得下列方程 单容水箱的非线性微分方程模型为 ① （3分） （2）考虑到 代入①式得 （2分） 即 ② 将在处展开成 （2分） 代入②，并考虑， 整理得 ③ （2分） ③即为所求的线性微分方程 在③两边取拉氏变换得 （2分） 故其传递函数为 （1分） （20分）结构图化简。 1（10分）、系统结构图如图2所示，试通过等效变换求系统的闭环传递函数. 图2 解： (2.5分) (2.5分) (2.5分) (2.5分) (2)利用梅森(Mason)增益公式求取图3的。 （10分） 图3 解： （10分）已知系统的结构图如图4所示： 图4 若令，，求此时的阻尼比和自然频率，并求此时的超调量、调节时间。 试确定、,使系统的阻尼比、自然频率，并求此时的超调量、调节时间。 解：（1）开环传函： 令—— （1分） （2分） (5%误差带) (2%误差带) —— （1分） （2分） (5%误差带) (2%误差带) 图5 试确定时，系统的稳态误差。 解： 作用下的误差传递函数 （2分） 作用下的误差传递函数 （2分） 作用下的误差传递函数 （2分） 产生的稳态误差产生的稳态误差产生的稳态误差 （3分） （15分）系统结构如图6，试用劳斯判据确定使系统稳定的的取值范围。 图6 解：开环传递函数（3分） 特征方程（2分） 劳斯表如下： 1 10 10 0 10 由此得，要使系统稳定，须（10分） （13分）.已知系统开环传递函数为，试绘制系统的根轨