5507+自动控制工程基础.docx

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5507+自动控制工程基础

2011年春期成人教育（专科）

《自动控制工程基础》课程期末复习指导

重庆电大远程教育导学中心理工导学部

2011年6月修订

第一部分课程考核说明

1．考核目的

　　考核学生对机电控制系统控制的基本原理及基本构成方法的掌握，并具备对掌握控制系统的基本分析的能力。

2．考核方式

开卷、笔试、答题时限90分钟。

3．命题依据

本课程的命题依据是《自动控制工程基础》课程的教学大纲、教材、实施意见。

4．考试要求

本课程的考试重点包括基本知识和应用能力两个方面，主要考核学生对自动控制的基本理论的理解和对自控系统进行分析、计算的能力。

5．考题类型及比重

考题类型及分数比重大致为：

填空题（20%）；简答题（32%）；计算题（14%）；分析题（14%）；综合题（20%）。

6、适用范围、教材

本课程期末复习指导适用范围为成人教育专科机电专业的选修课程。

考试命题的教材是由高金源主编，中央广播电视大学出版社1992年2月第1版《自动控制工程基础》教材。

第二部分期末复习重点范围

第一章自动控制的一般概念

一、重点掌握

1、三种基本控制方式及特点。

2、自动控制的任务、作用，自动控制系统的组成，自动控制的有关术语（给定值、被控量、受校对象）。

二、一般掌握

1、正确认识对控制系统性能的要求。

2、通过自动控制系统的示例，逐步建立起“控制系统”的概念；要树立时间的概念、“动态”的概念。

第二章　控制系统的数学模型

一、重点掌握

1、熟记典型信号的拉氏变换式，掌握较复杂信号的分解计算。

2、熟记典型环节的传递函数,正确理解传递函数的概念及系统的开环、闭环传递函数，输出对控制信号、输出对干扰的传递函数、误差传递函数等概念；熟练地求出传递函数。

二、一般掌握

1、系统微分方程组建立动态结构图的方法。

2、结构图变换的基本法则及梅逊公式，要求能熟练地运用。

第三章　控制系统的时域分析和根轨迹

一、重点掌握

1、稳定性的概念，明确判别系统闭环稳定性的主要条件。

熟练应用古氏判据判别系统的闭环稳定性。

2、一、二阶系统的数学模型及阶跃响应的特点，熟练地计算系统的性能指标。

二、一般掌握

1、稳态误差的定义及终值定理的使用条件，熟记并能应用此公式计算稳态误差，熟练应用误差系数求控制信号作用下的误差，明确０~Ⅱ型系统与稳态误差的关系。

第四章　控制系统的频域分析

一、重点掌握

1、典型环节（放大、积分、微分、惯性、一阶微分、二阶振荡环节）的频率特性的解析表达式、特征点、特征量。

2、系统开环传递函数绘制开环渐近对数幅频和相频曲线的方法。

3、奈魁斯特稳定判据，对数频率稳定判据判别系统闭环稳定性方法。

二、一般掌握

1、最小相位系统开环对数渐近幅频特性曲线反求传递函数的方法。

第五章　控制系统的校正

一、重点掌握

1、二阶最佳参考模型设计串联校正装置的方法。

2、超前、滞后、滞后超前等串联校正的特点及其对系统阶跃响应的影响。

二、一般掌握

1、反馈校正和复合校正的特点及作用。

2、干扰的完全补偿条件。

第六章　计算机控制的基本知识

一、重点掌握

1、零阶保持器的传递函数及频率特性的特点。

2、Ｚ变换的定义、熟悉Ｚ变换的基本定理及常用Ｚ变换和Ｚ反变换方法。

熟记典型函数的Ｚ变换式，理解Ｚ变换和拉氏变换的对应关系。

二、一般掌握

1、计算机控制中的信号特征、理想采样信号的数学描述方法。

2、采样系统极点分布与瞬态响应之间的关系。

第三部分综合练习题

一．填空题

1．传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于　　　　　　,并且只适于零初始条件下的　　　　　　　　系统。

2．系统的稳态误差与输入信号形式性质及系统的　　　　　和　　　　　　有关。

3．有些系统无论怎样调整系统参数也无法稳定，称这种系统为　　　　。

4.计算机控制系统通常包含采样、、、和恢复五种信号形式。

5．惯性环节的主要特点是，当输入量发生突变时，其输出量是按变化。

6．通常相稳定裕度γ及谐振峰值Am反映了系统的平稳性，而截止频率ωC及谐振频率ωr反映了系统的。

二．问答题

1．已知某系统的零极点分布如图示，试写出其传递函数，并指出其主导极点及偶极子。

2．已知传递函数

试问当

及

时，相角

及

分别为多少。

3.已知惯性环节的单位阶跃响应曲线如图示，试写出A、B、C各点等于多少。

4.图的Ⅰ、Ⅱ分别为一阶或二阶系统（传递函数无零点）的单位阶跃响应曲线，试说明哪个是一阶系统，哪个是二妎系统所对应的曲线。

5．已知系统开环幅相频率特性曲线如图所示，其中P为开环不稳定极点个数，试判断闭环系统稳定性。

6.已知系统开环截止频率ωC=5rad/s，若希望保持零阶保持器在该频率处所产生的相位滞后小于50，试问采样周期T应取多大。

7．已知串联校正环节的渐近对数幅频特性曲线如图所示，试写出其传递函数，并说明其为何种校正。

8.已知系统的结构图如图所示，试求E（s）/R（s）。

9．已知复合控制系统的动态结构图如图所示，利用双通逆原理求GC（s）=？

，被控量C（t）对干扰n（t）具有不变性。

10.已知系统的开环渐近对数幅频特性曲线如图所示

（1）试问ωC=？

（2）该系统为几型系统？

11．试画出图中S平面上线段AB、BC在z平面上的映射位置。

12.请将下述结构图中的分岔点C移到A点处，试画出等效结构图。

13．试在下述单位阶跃响应曲线上标出tP,σ%及tS。

14.试写出下图所示两个系统的传递函数G（z）。

15．已知系统开环幅相特性曲线如下图所示，其中p为开环不稳定极点个数，γ为开环积分环节个数，试判闭环系统的稳定性。

16.已知系统的单位脉冲响应函数为:

g（t）=1-e-t/T（t≥0）

请问它的传递函数G（s）=?

17．已知系统结构图如下所示，试问R（s）或N（s）分别为1/s2时，系统的稳态误差分别为多少？

三．计算题

1．已知系统结构如图示，求：

、

2.已知系统变换方程为

R1（s）=K1R（s）

E（s）=R1（s）-T2G（s）

X2（s）=

（s）

X1（s）=X2（s）-N（s）+K2R（s）

C（s）=

X1

式中r（t）为输入，n（t）为干扰，C（t）为输出，设系统初始状态为零，画出系统动态结构图。

3.已知两个单位负反馈系统的开环传递函数为

A：

B：

（1）判断闭环系统的稳定性（利用代数判据）；

（2）指出哪个是开环不稳定系统，并说明开环稳定与闭环稳定的关系。

4.已知某系统如下述方程描述

d/dt=ω（t）

Jdω（t）/dt+K2ω（t）=KmU1（t）+N（t）

dU1（t）/dt=de（t）/dt+ae（t）

e（t）=r（t）-Ub（t）

Ub（t）=K1θ（t）

（1）试求上述各式的拉氏变换（设初值均为零）；

（2）画出结构图；

5.已知系统结构如下图所示，试求

。

四．分析题

1．已知控制系统如图示，试确定跟踪单位斜坡输入信号时稳态时eSS≤0.1，试确定K1的值。

2．设描述温度计的传递函数为（1/Ts+1），现用其测量容器中的水温需经过30秒才能指示出实际水温的95%，试问温度计的时间常数T。

3.通过实验测试，求得被控对象的单位阶跃响应曲线如下图所示

（1）试求被控对象的传递函数GP（s）；

（2）现引入GC（s）=KP+2/s串联校正网络，试求使ωC=5rad/s时KP值；

（3）计算此时的相位稳定裕度。

4.已知系统结构如下图所示，ω=10，试求使单位斜坡输入时稳态误差最小，且使系统稳定的ξ及τ的范围。

5．已知下述单位反馈系统的开环传递函数，试确定使闭环系统稳定的K值范围。

（1）G（s）=K/s（s+1）（0.5s+1）

（2）G（s）=K/s2（0.1s+1）（0.5s+1）

五．综合题

1．已知系统结构图如图示，要求系统输出c（t）对干扰n（t）具有不变性。

（即n（t）对c（t）无影响，并且系统跟踪单位阶跃输入时，稳态误差为0），试选择和确定校正装置Gc1（s）及Gc2（s）的形式。

2．已知系统的开环传递函数为

G（s）=

实验求得的单位反馈系统的阶跃响应的σ%=4.3%,tS=1.24秒（Δ=5%）

（1）试求G（s）的参数ωn及ξ；

（2）计算该系统的相位稳定裕度γ。

3．已知控制系统结构图如下所示

（1）试求传递函数

；

；

（2）如要求在M（s）=1/s作用下的稳态误差小于0.1，试确定增益K1。

4.已知一阶环节传递函数为

G（s）=25/（s+4）

若采用下述系统使调节时间tS减小为原来的1/5，并保证总的放大倍数不变，试选择KH及KO值。

5．已知闭环系统结构图如图（a）所示。

（1）试写出系统的开环传递函数G（s）；

（2）在图（b）上画出开环对数渐近幅频特性及近似相频特性曲线；（3）利用对数稳定判据，判断系统的稳定性。

图a

图b