1、 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 ( D )。5(1)sA B. ()0s()0C. D.与是否为单位反馈系统有关12梅逊公式主要用来（ C ） 。A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹3关于传递函数，错误的说法是 ( B )。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
2、应（ C ）。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 ）A 0 型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统二、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：_稳定性、快速性、_准确性_。2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为 ，反馈通路的传递函数为 ，则系()Gs()Hs统的开环传
3、递函数为 ，系统的闭环传递函数为 。()GsH()1s5 开环传递函数为 ，其根轨迹的起点为 。2()1()4Ks0,41j6. 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 增大 。7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 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，从而得到一定得分温度的热水。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
4、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）1. 一阶系统如图 2 所示，要求系统闭环增益 ，调节
5、时间 （秒） （2K4.0st） 。试确定参数 的值。5%21,K图 2 一阶系统方块图得分1. 解：系统闭环传递函数为： （4 分）11)( 2212KssKs令闭环增益 ， 得： （3 分）2K5.02令调节时间 ，得： 。 （3 分）4.0321Tts 12.系统动态结构图如图 3所示，求闭环传递函数 。)(sRC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）， 21132 GLGP ， )(32322 LL （6 分）3213211)(sRC法二：结构图的等效化简 所以： 321321)( GGsRC3. 已知二阶系统，定性画出当阻
6、尼比 和22, (0)nns0, 1, 时，系统在 平面上的阶跃响应曲线。10解：五、综合应用（本大题共 3小题，共 40分）1. （本题 15 分）已知系统的开环传递函数为 ，()1)(0.2)KGss（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： 5()1)(0.2)()1KGsss（1）系统有三个开环极点： , , （1 分）01p253p 实轴上的根轨迹： , （1 分）5 渐近线： （2 分） 01523(),ak 分离点： （2 分）1051d解之得： ， (舍去)。10.4723. 与虚
7、轴的交点：特征方程为 32650DssK令 3Re()60Im5DjK解得 （3 分） 56K与虚轴的交点（0， ） 。根轨迹如图解 (a)所示。 （3 分）j（2） 因为分离点 对应的10.47d*0.475.0.2K呈现衰减振荡形式， K的取值范围为（3 分） 0.362. （本题 10 分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为 ， 试求：32()10KGss（1） 利用 Routh判据确定使系统稳定的 值范围；K（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： 32()10Dss3210:204240RouthsKs2这是一个 I 型系统，则
8、 ，即有,/20,pvaKK， 单位阶跃输入10sppe单位斜坡输入2/spvK单位抛物线输入 1spae3 （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 对应最佳响应，问起博器增益 应取多大？.0K（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： %102/ep解 依题，系统传递函数为222051)( nsKss nnK205.1令 可解出 5.02n时，系统超调量 ，最大心速为.%3.16min78.6913.6.0( 次次） sthp
