2006 《自动控制原理》考试题(A)答案.doc

北京交通大学学生考试试题(A) 课程名称：《自动控制原理》 2005 –2006 学年第一学期 出题教师：自控系列课程组 （请考生注意：本试卷共有七道大题） 题号 一 二 三 四 五 六 七 总成绩 满分 12 12 12 20 16 20 8 得分 阅卷人 简答题（12） 什么是开环控制，什么是闭环控制，二者各有什么特点儿？ 答： 只是存在指令到输出量的信号传递称开环控制。 存在指令到输出量的信号传递，同时存在输出量到控制指令的反馈，称闭环控制。 特点儿：开环控制组成简单，但控制精度较差。闭环控制组成复杂，成本高，但控制精度较高。工业过程中控制要求较高的控制过程都采用闭环控制。 对控制系统的基本要求都有哪些？ 答： 稳、准、快。 到目前为止，你学过的描述系统运动的动态数学模型有几种？各有什么特点儿？ 答： 有两种，一为传递函数，二为正弦传递函数。 传递函数是输入输出模型，在复频域上定义的（可将定义写出）。正弦传递函数则是在频域上定义的描述系统输入输出的数学模型（可将定义写出）。 什么是开环偶极子？单位负反馈系统中增加原点附近的开环偶极子，对根轨迹有什么影响？对闭环系统的动态特性和稳态特性有何影响？ 答： 在开环传递函数的零极点分布中，一对儿离得很近的零点和极点，他们到原点的距离是其自身距离的5倍以上，称开环偶极子。 对根轨迹影响不大，则对闭环主导极点影响不大，但附加了闭环零点，可使超调量在原来的基础上略有上升，上升时间减小，过渡过程时间增加。 控制系统的方框图如下，求和。(12) 答： 1、 则 2、求，则 3、求，则 试确定单位反馈控制系统稳定时K的取值范围。 (12) 答： 则 列劳斯表可得综合结果，即可。 闭环控制系统如图（20） 写出该系统的闭环传递函数 画出闭环系统关于K的根轨迹，标出临界阻尼点和临界稳定点的位置。 分别求出临界阻尼点和临界稳定点处的K值。 由根轨迹说明当K在不同区间内，增加和减小时，闭环系统阶跃响应的形状如何变化。 答： （1）、 （2）、根轨迹图为 （3）、见图，临界阻尼点k=0.385,临界稳定点k=5.96. （4）、当0k0.385时，系统稳定，呈过阻尼状态。单位阶跃响应曲线无超调，过渡过程时间长。 当0.385k5.96时，系统稳定，呈欠阻尼状态。单位阶跃响应曲线有超调，过渡过程时间变短。 当k=5.96时，系统临界稳定。 当k5.96时，系统不稳定 单位反馈控制系统如图 (16) S 当时，绘制nyquist曲线，用nyquist判据判别闭环系统的稳定性。 在nyquist图上，当增加时，通过nyquist曲线的变化分析系统的稳定性。 答： （1）、绘制nyquist曲线 可见，幅相曲线不包围（-1，j0）点，闭环稳定。 （2），k增加，闭环稳定性差，当k增加到k=19.8时,临界稳定.k19.8时不稳定。 单位反馈控制系统如图 (20) （1）串联校正 （2）并联校正 设计串联校正环节，使闭环控制系统稳定； 或令，设计并联校正环节，使闭环控制系统稳定； 试简要说明上述两种方法的异同点。 答： （1）、采用比例微分控制，令，则，要闭环稳定，则 （2）、采用测速负反馈，令，则，要闭环稳定，则 （3）、两种方法都将阻尼比从0提高到大于0，但（1）附加了闭环零点，使得和（2）相比，超调量略微增大，上升时间减小，但过渡过程时间略微增大。 单位反馈控制系统如图 (8) 左图为校正环节，对数幅频渐近线如图 写出校正环节的传递函数。 就（1）中所求传递函数，能否指明是采用的什么校正形式？ 答： （1）、易见；而和，明显；故 （2）使用的为滞后校正。 3 班级：———————————— 姓名：———————————— 学号：————————————