华南理工第一学期自动控制原理平时作业.doc

华南理工第一学期自动控制原理平时作业.doc

《华南理工第一学期自动控制原理平时作业.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华南理工第一学期自动控制原理平时作业.doc（8页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

1．试将下列系统的结构图化简（本题10分）

（说明：

本题考查对第二章第三节系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。

第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。

第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。

）

答：

化简如下：

2. 已知单位反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K的取值范围。

（本题10分）

（说明：

本题考查对第三章第一节劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。

一样的求解思路）

3.已知单位负反馈系统开环传递函数。

（本题20分）

1）试判断该系统属于几型系统。

2）系统的开环放大系数K是多少？

3）试判断该系统是否稳定。

4）试求在输入信号作用下，系统的稳态误差是多少。

（说明：

本题考查对第三章第六节稳态误差相关知识的理解和计算。

可参见课本105页表3-6的总结及例题3-16。

）

答：

（1）由系统开环函数可知系统为Ⅰ型系统

（2）由G（s）=

可知向前积分环节有一个，系统是Ⅰ型系统，且开环放大系数K=2.5。

4.某二阶系统的结构图如图（a）所示，该系统的单位阶跃响应如图（b）所示。

（本题20分）

1）试计算该系统的性能指标：

稳态值、超调量；

2）试确定系统参数K1，K2和a。

答：

1）由系统的单位阶跃响应曲线（图b）可以得出

2）由图a可知系统闭环传递函数：

（A）

由联立解得

将以上参数代入式（A）可得

又因为

最后得出系统参数k1=1108，k2=3，a=22

5.已知某系统的开环传递函数为：

（本题10分）

1）试求解系统的转折频率；低频渐近线斜率等参数；

2）绘制系统的对数幅频特性图；要求标明转折频率及斜率，幅值等必要数据。

（说明：

本题考查对第五章第四节系统开环频率特性的绘制要点，可参见课本213~215页，对绘制步骤有详细的说明，绘制要点是确定低频渐近线斜率、转折频率、及转折后斜率的变化量。

可参看例题5-3。

一样的求解思路）

答：

1）将传递函数变形为

其对应的频率特性表达式

得转折频率为ω1=1、ω2=1/0.25=4，放大系数K=100,

由ν=0，故低频渐进线的斜率K=0dB/dec

2）系统的对数幅频特性图如下：

因在ω1=1处，由低频渐进线L（ω）=20lgK=20lg100=40（Db）

6.试绘制下列两幅图的根轨迹。

（本题10分）

（说明：

本题考查对第四章第二节系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~159页的内容。

）

答：

（a）

（b）

7.某单位反馈系统的开环传递函数为，其奈奎斯特图如图所示，试利用奈奎斯特稳定判据判断该系统的稳定性。

（本题10分）

（说明：

本题考查对第四章第二节系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~159页的内容。

）

答：

系统稳定性：

Z=P–2（N+–N-）=0–2（0–1）=2

系统为发散不稳定系统

8.简答题（本题10分）

1）闭环控制系统中主要包括哪些基本环节，并简述主要环节的作用。

答：

闭环控制系统（自动控制系统）通常是由测量反馈元件、比较元件、放大元件、校正元件、执行元件、控制对象等基本环节组成。

作用：

测量反馈元件：

用以测量被控制量并将其转换成与输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。

比较元件：

用来比较输入信号与反馈信号，并产生反映两者差值的偏差信号。

放大元件：

将微弱的信号作线性放大。

校正元件：

按某种函数规律变换控制信号，以利于改变系统的动态品质或静态性能。

执行元件：

根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控制量按期望值变化。

控制对象：

又称被控或受控对象，通常是指生产过程中需要进行控制的工作机械或生产过程，出现于被控对象中需要控制的物理量称为被控量。

2）对控制系统采用频率法校正时，一般采用串联超前校正或串联滞后校正，请简述各自的概念及特点，两种校正分别对系统有何作用。

答：

①串联超前校正概念：

利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。

为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。

通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，使校正后系统的开环频率特性具有如下特点：

低频段：

用以满足稳态精度的要求；

中频段：

幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；

高频段：

要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。

②串联滞后校正：

利用滞后网络或PI控制器的高频衰减特性，是已校正系统截止频率下降，从而获得足够的相角裕度，以提高系统的稳定性。

a）超前校正：

优点：

加快系统响应速度；提高系统相对稳定性。

缺点;问题精度变化不大。

b）滞后校正;优点：

提高系统稳态精度；提高系统相对稳定性。

缺点：

降低系统响应速度。

《自动控制原理答案》第8页（共2页）