2016年北京科技大学534专业综合之自动控制原理复试笔试最后押题

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2016年北京科技大学机械工程学院、国家材料服役安全科学中心、冶金工程研究院、钢铁共性技术协同创新中心534专业综合之自动控制原理复试笔试最后押题五套卷（一） ................... 2 2016年北京科技大学机械工程学院、国家材料服役安全科学中心、冶金工程研究院、钢铁共性技术协同创新中心534专业综合之自动控制原理复试笔试最后押题五套卷（二） ................. 10 2016年北京科技大学机械工程学院、国家材料服役安全科学中心、冶金工程研究院、钢铁共性技术协同创新中心534专业综合之自动控制原理复试笔试最后押题五套卷（三） ................. 20 2016年北京科技大学机械工程学院、国家材料服役安全科学中心、冶金工程研究院、钢铁共性技术协同创新中心534专业综合之自动控制原理复试笔试最后押题五套卷（四） ................. 30 2016年北京科技大学机械工程学院、国家材料服役安全科学中心、冶金工程研究院、钢铁共性技术协同创新中心534专业综合之自动控制原理复试笔试最后押题五套卷（五） ................. 38

2016年北京科技大学机械工程学院、国家材料服役安全科学中心、冶金工程研究院、钢铁共性技术协同创新中心534专业综合之自动控制原理复试笔试最后押题五套卷

（一）

说明：①本资料为VIP包过学员内部使用资料。

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一、单选题

1． 惯性环节的单位冲击响应的拉氏表达式是（ ）

【答案】B

2． 系统如图（A），其反馈和局部反馈均不知。如果测得系统的阶跃响应曲线如图（B）所示，这时反馈极性为（ ）。

A.局部反馈断开，主反馈为负反馈 B.局部反馈为正反馈，主反馈为负反馈 C.局部反馈为负反馈，主反馈断开 D.局部反馈断开，主反馈断开

图

【答案】A

3． 传递函数的概念适用于（ ）

A.线性系统 B.非线性系统 C.线性定常连续系统 D.采样系统 【答案】C

4． 单位负反馈系统的开环传递函数为

A.B.

则其相角裕量=（ ）

C.D.【答案】A

_

5． 下面四个控制器的传递函数中，哪一个是滞后一超前控制器？（ ）

【答案】A

6． 若要求在不降低原系统频带宽的前提下，增大系统的稳定裕量，则可采用（ ）

A.相位滞后校正 B.相位超前校正 C.顺馈校正 D.提尚増益 【答案】B

二、分析计算题

7． 非线性系统如图1所示，其中a=l，K=l。

图1

（1）试确定系统稳定时k的最大值；

（2）试确定当k=3时系统的自持振荡的振幅和频率。 （提示：非线性环节的描述函数为

【答案】（1）由非线性环节的描述函数可得

当A

从

令

线性部分频率特性为

时，

在复平面上是一条与负实轴重合的直线，

在负实轴上的分布区间为

）。

令

可得

此时的实部值为

在同一坐标轴下画出线性部分和非线性部分的负倒数特性图如图2所示。

图2

当

通过

时，系统临界稳定，可以求出系统稳定时的最大k值，即

得

（2）当线性部分的增益k=3时，线性部分频率特性与非线性部分的负倒数特性曲线相交，两曲线的相交点产生了一个稳定的极限环，由

可得

用试凑法可以求得

8． 已知最小相位系统校正前和校正后的BoDe图如图所示。

（1）写出校正前和校正后的系统的传递函数； （2）计算校正前和校正后系统的相角裕度；

（3）写出校正装置的传递函数，并说明该校正装置在该系统中的作用。

图

【答案】（1）校正前系统的开环传递函数为

校正后系统的开环传递函数为

（2）校正前系统的剪切频率为

，则相角裕度为

校正后系统的剪切频率为

则系统的相角裕度为

（3）用校正后系统的开环传递函数除以校正前系统的开环传递函数得到校正装置的传递函数为

则装置为滞后校正装置，能够降低剪切频率，增大幅角裕度。

9． 已知系统的状态空间模型为

（1）画出该系统的状态变量图； （2）求该系统的输入、输出微分方程： （3）判定该系统状态可控性及可观性。 【答案】（I）系统的状态变量图如图所示。

图

（2）系统的输入、输出微分方程为

（3）系统状态完全可控可观。

10．某采样系统框图如图所示，试求在参考输入

和扰动输入

作用下的总输出

图

【答案】由题图可：

其中又得

联立①②③式解得：

11．已知某控制系统框图如图所示，其中非线性环节的描述函数为

试求：

（1）当系统未接入校正装置（2）当系统接入校正装置并分析使系 统稳定的A的取值范围。

时，系统是否存在自持振荡，若存在，求出其振幅和频率，时，分析系统是否会产生自持振荡。

图

【答案】（1）未接入校正装置时，线性部分等效传递函数为

非线性部分负倒描述函数

线性部分Nyquist曲线与实轴交点：两曲线交点处

其曲线为负实轴的一段。

可知，存在两个交点，且只有一个交点为稳定的自持振荡，幅值当

时，系统稳定，

时，系统产生稳定的自振荡。

（2）接入校正装置后，线性部分传递函数变为

自振角频率

重新绘制线性部分Nyquist曲线可知，Nyquist曲线不会包围故系统不会产生自振荡。

12．给定系统的微分方程为

（2）试判断系统的能观性。

曲线，也不会与之相交，

（1）试画出系统的状态变量结构图，并建立系统状态空间描述的能控标准型； 【答案】（1）对微分方程两边作零初始条件下的拉氏变换，并整理可得

系统的能控标准型实现为

系统的状态变量结构图如图所示。

图

（2）

13．带有非线性反馈增益的控制系统如图1所示，图中K=5，J=l,a=l。

（1）在

相平面上画出带有代表性的相轨迹，以表示系统对各种初始条件的响应；

时系统的运行情况，并和相平面法的分析结果相比较。

（2）用描述函数法分析

由于

故系统可观测。

图1

【答案】（1）将系统的结构图进行简化如图2所示。

图2

由于r（t）=0,因此

恒成立，。由题意可得

代入

有

当当

时，对应的特征方程为时，对应的特征方程为

，奇点为中心点，虚奇点；奇点为（0,0）

，奇点为稳定奇点为（0,0）

的点，为实奇点，

因此可得系统的相轨迹图如图3（a）所示。 （2）设令

代入整理可得

又因为饱和环节的描述函数为

在同一坐标轴下画出两者的图像如图3（b）所示。

图3

从图3可以看出，两曲线不相交，且

曲线在

曲线之外，说明系统稳定。