自动控制原理B试题A卷答案一、单项选择题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)1 .若某负反馈控制系统的开环传递函数为()。,则该系统的闭环特征方程为s(s 1)A. s(s 1) 0B.C. s(s 1) 1 0D.2 .梅逊公式主要用来(A.判断稳定性B.C.求系统的传递函数3 .关于传递函数，错误的说法是s(s 1) 5 0与是否为单位反馈系统有关)。计算输入误差D. 求系统的根轨迹()。A.传递函数只适用于线性定常系统;B.传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响;C.传递函数一般是为复变量s的真分式；D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。4 .一阶系统的阶跃响应()。A.当时间常数较大时有超调B.有超调C.无超调D.当时间常数较小时有超调5 .如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为A.0型系统B.I型系统C.II型系统D.III型系统得分二、填空题(本大题共7小题，每空1分，共10分)1 .一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：、快速性、。2 .对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的?来描述。3 .控制系统的基本控制方式为?和?。4 .某负反馈控制系统前向通路的传递函数为一G(S),反馈通路的传递函数为H(s),则系统的开环传递函数为，系统的闭环传递函数为。5开环传递函数为G(s)H(s)K(s2)(S1),其根轨迹的起点为s(s4)(s22s2)6 .当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将？。7 .串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之。稳定性准确性数学模型开环才5制？闭环控制0,4,1j?增大积三、简答题(本题10分)图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？图1水温控制系统原理图解工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加,提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。系统方块图如图解1所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。图1水温控制系统方框图四、计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）得分（秒）1.一阶系统如图2所示，要求系统闭环增益K2,调节时间ts0.4（5%）。试确定参数K1,K2的值图2一阶系统方块图1 .解：系统闭环传递函数为:K1S K1K2sK1S K1K21K21K1K2（4分）令闭环增益K1K2得:K20.5（3分）令调节时间ts3TK1K20.4,得:K115。（3分）2 .系统动态结构图如图3所示，求闭环传递函数C（s）R（s）图3控制系统的结构方框图2.解：法一：梅森增益公式图中有1条前向通路，3个回路(4分)C(s) R 1G2G3R(s)1 G1G2 G2G3 G1G2G3(6分)法二：结构图的等效化简所以:C(s)GiG2G3R(s) 1 G1G2 G2G3 G1G2G323.已知二阶系统-n2, ( ns 2 口5 口0),定性画出当阻尼比 0, 01,1和10时，系统在s平面上的阶跃响应曲线。解:五、综合应用(本大题共3小题，共40分)s(s 1)(0.2s 1)1.(本题15分)已知系统的开环传递函数为G(s)(1)试绘制系统的根轨迹图(计算渐近线的坐标、分离点、与虚轴交点等)(2)为使系统的阶跃响应呈现衰减振荡形式，试确定K的取值范围。解：G(s)5Ks(s1)(0.2s1)s(s5)(s1)(1)系统有三个开环极点:实轴上的根轨迹：P1,5,0,P21,01,P35渐近线:3(2k1)3分离点：1d解之得：d10.471d5d20d13.52(舍去)。J(1分)(1分)(2分)(2分)D(s)s3 6 s2 5s 5K 0与虚轴的交点：特征方程为ReD(j)625KImD(j)35解得（3分）K6与虚轴的交点(0,肉)。根轨迹如图解(a)所示。(3分)*(2)因为分离点d10.47对应的K-.0.2355呈现衰减振荡形式，K的取值范围为0.23K6(3分)2 .(本题10分)已知单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)-K，试s312s220s求：(1)利用Routh判据确定使系统稳定的K值范围；(2)当输入分别为单位阶跃响应、单位斜坡函数和单位抛物线函数时，系统的稳态误差分别为多少？解：D(s)s312s220sK0这是一个I型系统，则Kp,KvK/20,Ka0,即有1 01 Kp单位阶跃输入eRsp单位斜坡输入120/KKv单位抛物线输入3 .(本题15分)电子心脏起博器心律控制系统结构图如图5所示，其中模仿心脏的传递函数相当于一纯积分环节。图5电子心律起搏器系统(1)若0.5对应最佳响应，问起博器增益K应取多大？(2)若期望心速为60次/min,并突然接通起博器，问瞬时最大心速多大？参考公式：二阶欠阻尼系统单位阶跃响应最大超调量:100%解依题，系统传递函数为0.5可解出20200.5时，系统超调量16.3%,最大心速为DCBCA