《贵州大学2009-2010年自动控制原理考试试题a》由会员分享，可在线阅读，更多相关《贵州大学2009-2010年自动控制原理考试试题a（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、贵州大学 2009-2010 学年第一学期考试试卷 A选矿自动化参考答案及评分标准一、计算题（共 60 分）1、已知二阶控制系统，其闭环传递函数为，求其自然振荡角频率和 256252sssn阻尼比，并求上升时间、峰值时间、回复时间，超调量。 （6 分）rtptst(%)pM解：二阶控制系统的标准形式为(1 分) 2222nnn wswsws对比得：，解得：（1 分） 256252sss 25622 nn ww 56 . 0nw所以自然振荡角频率为 5 rad/s,阻尼比为 0.6.上升时间（1 分）2222110.6 0.60.5495( ) 15 10.6rnarctgarctgts w 峰
2、值时间（1 分）220.785( ) 15 10.6pnts w 回复时间；（1331( ),0.050.65s ntsw 441.333( ),0.020.65s ntsw 分）超调量（1 分）0.3(%)100%100%9.43%ctgctg pMee 2、简化下列自动控制系统结构方框图，并写出简化后的传递函数。 （10 分）转换：(2 分)(2 分)(2 分)(2 分)因此，其传递函数为：(2 分)()()()()()()()()()()(1)()()()()(143213434324321 sHsGsGsGsGsHsGsGsGsGsGsGsGsGsGsG3、设单位反馈系统的开环传递函数
3、为，求取 K 的取值范围并判断 )5)(1(sssKsG系统的稳定性。 （10 分）解：，其闭环传递函数为： ssK sssKsG54s)5)(1(23(2 分） KssK sGsGsG54s1123特征方程为054s23Kss列写劳斯判据：（1 分）513s（1 分）Ks42（1 分）04201Ks（1 分）Ks0若使系统稳定，则（2 分） 04200 KK解得：，没有交集，解矛盾，因此没有适合的使系统稳定。(2 分） 200 KKK4、 单位负反馈的开环传递函数为,试绘制其根轨迹。 （10 分） )2)(1(sssKsG解：（1）系统有三个开环极点没有开环 0 点，根轨迹起于, 2p, 1
4、p, 0p321点，终止于无穷远处，共有三条根轨迹。(1 分), 2p, 1p, 0p321（2）由法则 4 可知道，实轴上的根轨迹区间为：。(1 分)0 , 1,2,（3）根轨迹渐进线与正实轴的夹角：(1 分)有1, 0,3) 12(kka180,60a（4）根轨迹渐进线与正实轴的交点(1 分)1321 331 iiap (5)分离点(1 分)解得，根据实轴上的根轨迹区间可以021 111ddd58. 1,42. 021dd知道，并不在根轨迹上，故舍去，是分离点。实轴上的分离点的分离角为2d42. 01d。90（6）根轨迹与虚轴的交点令带入特征方程，并令实部虚部为 0，有：jws 解得：(1
5、 分) 02530223Kwww 6,414. 1w)(0, 03 , 21 KKw舍去根据以上条件，绘制根轨迹如下图：(4 分)5、已知一反馈系统的开环传递函数为，试求相位裕量为 50时的的值，并21( )asG ssa求此时的幅值裕量。 （10 分）解：令，带入得（1 分）sjw21( )()awjG sjw根据上式，幅值，相频（2 分）2221( )a wA ww( )()180warctg awo根据题意有：()18050 ,ccwwoo把代入相频特性表达式得：，此时，（2 分）cc()501.19arctg awawo2221()11c c ca wA ww 联立两式解得：（1 分）
6、0.952,1.25caw此时，（2 分）210.952( )sG ss()(0.952)180180ggwarctgw oo所以有：，。 （2 分）gg(0.952)00arctgwwo10()g gkA w6、已知换热器出口温度自动控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。流程图见图 1。图 1 中，TT 为温度测量变送器，TC 为温度调节控制器。(14 分) 此系统是前馈控制系统还是反馈控制系统？是开环控制系统还是闭环控制系统？ 请画出自动控制系统的方框图,并分析图中每一个环节的作用。 方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号是什 么？偏差信号，控
7、制信号，操纵变量又是什么？ 当出现扰动时,本系统是怎样进行调节的?图 1 换热器温度控制流程图解：此控制系统是反馈控制系统，闭环控制系统。(2 分) 系统自动控制的方框图见图 2。 （3 分） 图 2 温度控制系统方框图图中，TT 环节为测量温度，并把温度的非电量信号变成电量信号。比较环节把温度的电 量信号和设定值相比较。TC 环节计算温度调节的信号并把它传给执行器。执行器和一个变速 电动机相连，推动阀门的开启和关闭。 （2 分） 如图 2 的方框图中，检测环节的输入信号是热物料的实际温度，输出信号是这一温度 变成的电流信号；调节器的输入信号是和温度有一一对应关系的电流信号和给定值信号，输 出
8、值为两种信号相减的偏差信号，执行器吸收调节器的偏差信号为输入信号，输出为推动阀 门开闭的电流信号或电压信号。 （2 分） 整个系统的输入信号为给定值信号和干扰信号，输出信号为实际的温度信号。 （1 分） 偏差信号为给定值信号和实际测量值信号的差值信号；控制信号为经过控制器计算而得 的信号，它是阀门开闭的推动信号；操纵变量是指阀门的开闭大小的信号。 （2 分）当出现干扰时，温度测量变送器将检测到变化的值，并和给定值进行比较，得到偏差信号，偏差信号经由温度调节器调节，得到合适的操纵变量给换热器的蒸汽调节阀，来调整蒸汽阀的开度和关度，最终达到恒温的操作。 （2 分）TT冷物料热物料蒸汽TCTCTT换热器电动阀x0y（温度）比较+-xeuQ给定值实测值 反馈系统执行器控制对象干扰
