2015年湖北汽车工业学院考研专业课803自动控制原理试题A卷及答案.pdf

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1、考试科目:自动控制原理 第 1 页 共 6 页 (A 卷) 湖北汽车工业学院 2015 年硕士研究生入学考试试题 考试科目: 803 自动控制原理 (A 卷) (答案必须写在答题纸上,写在其他地方无效) 一、 (12 分)求图示系统的传递函数)()(sRsC。 +_G1(s)G2(s)G4(s)H1(s)H2(s)H3(s)G3(s)R(s)C(s)_+_ 答案: )()()()()()()()()()()(1)()()()()()(343232143214321sHsGsGsHsGsGsHsGsGsGsGsGsGsGsGsRsC+= 评分依据:若按梅森公式计算,前向通道、回路每个 2 分,特

2、征式 2 分,最后结果 2 分;若按等效变换,则每一次综合点、取出点移动各 2 分,串、并、反馈化简各 2 分。 二、 (20 分)已知图(a)所示系统的单位阶跃响应曲线如图(b)所示,试求参数1K 、2K 和a的值。 (a)1K)(2assK+R(s)C(s)+_c(t)t/s2.1820.750(b)考试科目:自动控制原理 第 2 页 共 6 页 (A 卷) 答案: 2221)()(KassKKsRsC+= (2 分) 由图(b)稳态输出值为 2,可知21=K (2 分) 09. 021=eMP 6 . 0= (4 分) 75. 012=npt 2 . 5=n (4 分) 22212221

3、2)()(nnnssKKassKKsRsC+=+= (2 分) 04.2722=nK ,24. 62=na (6 分,每个式子 2 分,每个结果 1 分) 三、 (20 分)设单位反馈控制系统的开环传递函数为)2)(1()(+=sssKsG (1)绘制系统的根轨迹图; (2)确定引起衰减振荡响应时的 K 值范围; (3)当系统响应为等幅振荡情况时,计算闭环极点。 答案: 开环极点 0、-1、-2,无开环零点 (1 分) 实轴上根轨迹区间为(-,-2) 、 (-1,0) (2 分) 渐近线:180,60=a,1=mnzpjia (1 分) 分离点:42. 0ds,K=0.38 (4 分) 与虚轴

4、交点:2j,K=6 (4 分) 图形 (2)衰减振荡 K 值范围(0.38,6) (2 分) (3)2j,-3 (2 分) 图形 (4 分) 考试科目:自动控制原理 第 3 页 共 6 页 (A 卷) -2-10-0.42j2j60四、(20 分) 如图所示为一单位反馈系统的开环对数幅频特性 (最小相位系统) 。试求: (1)写出系统的开环传递函数; (2)计算系统的相角裕度; (3)求ttr25 . 0)(+=时的系统稳态误差。 0.0010.010.11105020406080-20dB/dec-40dB/dec-20dB/dec-40dB/dec1/sdBL/ )( 考试科目:自动控制原

5、理 第 4 页 共 6 页 (A 卷) 答案: (1)) 12 . 0)(1100() 110(10)(+=sssssG (每个环节 2 分,共 10 分) (2)1=c,2 . 01001090)(111+=tgtgtg (3 分) 056.73)(180=+=c,系统稳定 (公式 2 分,结果 2 分) (3)2 . 010220=+=Kess (3 分) 五、 (8 分)写出串联超前校正装置的传递函数,说明其应用场合及所能达到的校正效果。 答案: ) 1(11)(+=TsTssGc (2 分) 超前校正可产生正的相角移动和正的幅值斜率。 通过幅值扩张可改善中频段斜率,故采用超前校正可以增

6、大系统的稳定裕度和频带宽度,提高系统动态响应的平稳性和快速性。其对提高系统的稳态精度作用不大,且使抗干扰能力有所降低,因此一般用于稳态性能已满足要求但动态性能较差的系统。 (6 分) 六、 (14 分)如图所示为一采样控制系统,输入信号tttr+=)( 12)(,试计算系统的稳态误差(假设各参数能满足闭环系统稳定) 。 seTs1) 1(+ssKR(s)C(s)_T+ 答案: )1)(1 () 1(1)(2+=+=sKsKsKessKsesGTsTs (4 分) )(1() 1)(1()()1) 1()(1 ()(21TTTTezzezKezKTezzKzzKzKTzzzG+=+= (4 分)

7、 该系统为型系统,KTzGzKz=)() 1(lim1 (4 分) 考试科目:自动控制原理 第 5 页 共 6 页 (A 卷) KKTess10=+= (2 分) 七、 (20 分)图示系统中的非线性特性为死区特性,其死区宽度为 a(a1) ,线性输出的斜率为 K,在单位阶跃信号输入下,写出利用相平面法分析系统时的以下方程: (1)各区域的相轨迹方程; (2)各区域的等倾线方程; r +死区特性) 1(1+Tss_ecm 答案: 线性部分微分方程:mccT=+ (2 分 ) e=r-c,0= rr ,则0=+meeT (2 分 ) 按非线性特性分区: 0=+ eeT ,ae (2 分 ) 0)

8、(=+aeKeeT ,ae (2 分 ) qedeedee= , 当ae ,1)(+=TqaeKe (2 分 ) 令0= ee ,得奇点坐标为(a,0) (2 分 ) 当ae,1)(+=TqaeKe (2 分 ) 令0= ee ,得奇点坐标为(-a,0) (2 分 ) 考试科目:自动控制原理 第 6 页 共 6 页 (A 卷) 八、 (16 分)已知系统的状态方程为 xyuxx01 ,111001=+= (1)判断系统的能控性、能观性、稳定性; (2)求出系统的传递函数; (3)画出系统的模拟结构图。 答案: (1)系统矩阵为对角阵,特征值为-1,1,控制矩阵均不为 0,可判断系统状态能控(2

9、 分) ;由输出方程可知 y 只与 x1有关,而 x1、x2无耦合关系,故系统状态不完全能观(2 分) ;有位于 s 右半平面的特征根,系统不稳定。 (2 分) (2)11)()()(1+=sbAsIcsUsY (式子 3 分,结果 3 分) (3)图形 (4 分) ux1yx2_+ 九、 (20 分)系统的传递函数为)2)(1(10)(+=ssssG (1)写出系统的能控标准型状态空间描述; (2)设计一状态反馈矩阵,使闭环极点配置在-2,j1。 答案: (1)uxx+=100320100110,xy0010= (6 分) (2)系统能控,可实现任意极点配置。 期望特征多项式464)(23+

10、=f (2 分) 12233)2()3()(det)(kkkbKAIf+=+= (6 分) 令)()(= ff,解得 K=4,4,1 (6 分) 考试科目:自动控制原理 第 1 页 共 3 页 (A 卷) 湖北汽车工业学院 2015 年硕士研究生入学考试试题 考试科目: 803 自动控制原理 (A 卷) (答案必须写在答题纸上,写在其他地方无效) 一、 (12 分)求图示系统的传递函数)()(sRsC。 +_G1(s)G2(s)G4(s)H1(s)H2(s)H3(s)G3(s)R(s)C(s)_+_ 二、 (20 分)已知图(a)所示系统的单位阶跃响应曲线如图(b)所示,试求参数1K 、2K

11、和a的值。 (a)1K)(2assK+R(s)C(s)+_c(t)t/s2.1820.750(b)三、 (20 分)设单位反馈控制系统的开环传递函数为)2)(1()(+=sssKsG (1)绘制系统的根轨迹图; (2)确定引起衰减振荡响应时的 K 值范围; (3)当系统响应为等幅振荡情况时,计算闭环极点。 考试科目:自动控制原理 第 2 页 共 3 页 (A 卷) 四、(20 分) 如图所示为一单位反馈系统的开环对数幅频特性 (最小相位系统) 。试求: (1)写出系统的开环传递函数; (2)计算系统的相角裕度; (3)求ttr25 . 0)(+=时的系统稳态误差。 0.0010.010.111

12、05020406080-20dB/dec-40dB/dec-20dB/dec-40dB/dec1/-sdBL/ )( 五、 (8 分)写出串联超前校正装置的传递函数,说明其应用场合及所能达到的校正效果。 六、 (14 分)如图所示为一采样控制系统,输入信号tttr+=)( 12)(,试计算系统的稳态误差(假设各参数能满足闭环系统稳定) 。 seTs-1) 1(+ssKR(s)C(s)_T+ 七、 (20 分)图示系统中的非线性特性为死区特性,其死区宽度为 a(a1) ,线性输出的斜率为 K,在单位阶跃信号输入下,写出利用相平面法分析系统时的以下方程: (1)各区域的相轨迹方程; (2)各区域的等倾线方程; r +死区特性) 1(1+Tss_ecm 考试科目:自动控制原理 第 3 页 共 3 页 (A 卷) 八、 (16 分)已知系统的状态方程为 xyuxx01 ,111001=+-= (1)判断系统的能控性、能观性、稳定性; (2)求出系统的传递函数; (3)画出系统的模拟结构图。 九、 (20 分)系统的传递函数为)2)(1(10)(+=ssssG (1)写出系统的能控标准型状态空间描述; (2)设计一状态反馈矩阵,使闭环极点配置在-2,j-1。

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