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5507+自动控制工程基础
2011年春期成人教育(专科)
《自动控制工程基础》课程期末复习指导
重庆电大远程教育导学中心理工导学部
2011年6月修订
第一部分课程考核说明
1.考核目的
考核学生对机电控制系统控制的基本原理及基本构成方法的掌握,并具备对掌握控制系统的基本分析的能力。
2.考核方式
开卷、笔试、答题时限90分钟。
3.命题依据
本课程的命题依据是《自动控制工程基础》课程的教学大纲、教材、实施意见。
4.考试要求
本课程的考试重点包括基本知识和应用能力两个方面,主要考核学生对自动控制的基本理论的理解和对自控系统进行分析、计算的能力。
5.考题类型及比重
考题类型及分数比重大致为:
填空题(20%);简答题(32%);计算题(14%);分析题(14%);综合题(20%)。
6、适用范围、教材
本课程期末复习指导适用范围为成人教育专科机电专业的选修课程。
考试命题的教材是由高金源主编,中央广播电视大学出版社1992年2月第1版《自动控制工程基础》教材。
第二部分期末复习重点范围
第一章自动控制的一般概念
一、重点掌握
1、三种基本控制方式及特点。
2、自动控制的任务、作用,自动控制系统的组成,自动控制的有关术语(给定值、被控量、受校对象)。
二、一般掌握
1、正确认识对控制系统性能的要求。
2、通过自动控制系统的示例,逐步建立起“控制系统”的概念;要树立时间的概念、“动态”的概念。
第二章 控制系统的数学模型
一、重点掌握
1、熟记典型信号的拉氏变换式,掌握较复杂信号的分解计算。
2、熟记典型环节的传递函数,正确理解传递函数的概念及系统的开环、闭环传递函数,输出对控制信号、输出对干扰的传递函数、误差传递函数等概念;熟练地求出传递函数。
二、一般掌握
1、系统微分方程组建立动态结构图的方法。
2、结构图变换的基本法则及梅逊公式,要求能熟练地运用。
第三章 控制系统的时域分析和根轨迹
一、重点掌握
1、稳定性的概念,明确判别系统闭环稳定性的主要条件。
熟练应用古氏判据判别系统的闭环稳定性。
2、一、二阶系统的数学模型及阶跃响应的特点,熟练地计算系统的性能指标。
二、一般掌握
1、稳态误差的定义及终值定理的使用条件,熟记并能应用此公式计算稳态误差,熟练应用误差系数求控制信号作用下的误差,明确0~Ⅱ型系统与稳态误差的关系。
第四章 控制系统的频域分析
一、重点掌握
1、典型环节(放大、积分、微分、惯性、一阶微分、二阶振荡环节)的频率特性的解析表达式、特征点、特征量。
2、系统开环传递函数绘制开环渐近对数幅频和相频曲线的方法。
3、奈魁斯特稳定判据,对数频率稳定判据判别系统闭环稳定性方法。
二、一般掌握
1、最小相位系统开环对数渐近幅频特性曲线反求传递函数的方法。
第五章 控制系统的校正
一、重点掌握
1、二阶最佳参考模型设计串联校正装置的方法。
2、超前、滞后、滞后超前等串联校正的特点及其对系统阶跃响应的影响。
二、一般掌握
1、反馈校正和复合校正的特点及作用。
2、干扰的完全补偿条件。
第六章 计算机控制的基本知识
一、重点掌握
1、零阶保持器的传递函数及频率特性的特点。
2、Z变换的定义、熟悉Z变换的基本定理及常用Z变换和Z反变换方法。
熟记典型函数的Z变换式,理解Z变换和拉氏变换的对应关系。
二、一般掌握
1、计算机控制中的信号特征、理想采样信号的数学描述方法。
2、采样系统极点分布与瞬态响应之间的关系。
第三部分综合练习题
一.填空题
1.传递函数的组成与输入、输出信号无关,仅仅决定于 ,并且只适于零初始条件下的 系统。
2.系统的稳态误差与输入信号形式性质及系统的 和 有关。
3.有些系统无论怎样调整系统参数也无法稳定,称这种系统为 。
4.计算机控制系统通常包含采样、、、和恢复五种信号形式。
5.惯性环节的主要特点是,当输入量发生突变时,其输出量是按变化。
6.通常相稳定裕度γ及谐振峰值Am反映了系统的平稳性,而截止频率ωC及谐振频率ωr反映了系统的。
二.问答题
1.已知某系统的零极点分布如图示,试写出其传递函数,并指出其主导极点及偶极子。
2.已知传递函数
试问当
及
时,相角
及
分别为多少。
3.已知惯性环节的单位阶跃响应曲线如图示,试写出A、B、C各点等于多少。
4.图的Ⅰ、Ⅱ分别为一阶或二阶系统(传递函数无零点)的单位阶跃响应曲线,试说明哪个是一阶系统,哪个是二妎系统所对应的曲线。
5.已知系统开环幅相频率特性曲线如图所示,其中P为开环不稳定极点个数,试判断闭环系统稳定性。
6.已知系统开环截止频率ωC=5rad/s,若希望保持零阶保持器在该频率处所产生的相位滞后小于50,试问采样周期T应取多大。
7.已知串联校正环节的渐近对数幅频特性曲线如图所示,试写出其传递函数,并说明其为何种校正。
8.已知系统的结构图如图所示,试求E(s)/R(s)。
9.已知复合控制系统的动态结构图如图所示,利用双通逆原理求GC(s)=?
,被控量C(t)对干扰n(t)具有不变性。
10.已知系统的开环渐近对数幅频特性曲线如图所示
(1)试问ωC=?
(2)该系统为几型系统?
11.试画出图中S平面上线段AB、BC在z平面上的映射位置。
12.请将下述结构图中的分岔点C移到A点处,试画出等效结构图。
13.试在下述单位阶跃响应曲线上标出tP,σ%及tS。
14.试写出下图所示两个系统的传递函数G(z)。
15.已知系统开环幅相特性曲线如下图所示,其中p为开环不稳定极点个数,γ为开环积分环节个数,试判闭环系统的稳定性。
16.已知系统的单位脉冲响应函数为:
g(t)=1-e-t/T(t≥0)
请问它的传递函数G(s)=?
17.已知系统结构图如下所示,试问R(s)或N(s)分别为1/s2时,系统的稳态误差分别为多少?
三.计算题
1.已知系统结构如图示,求:
、
2.已知系统变换方程为
R1(s)=K1R(s)
E(s)=R1(s)-T2G(s)
X2(s)=
(s)
X1(s)=X2(s)-N(s)+K2R(s)
C(s)=
X1
式中r(t)为输入,n(t)为干扰,C(t)为输出,设系统初始状态为零,画出系统动态结构图。
3.已知两个单位负反馈系统的开环传递函数为
A:
B:
(1)判断闭环系统的稳定性(利用代数判据);
(2)指出哪个是开环不稳定系统,并说明开环稳定与闭环稳定的关系。
4.已知某系统如下述方程描述
d/dt=ω(t)
Jdω(t)/dt+K2ω(t)=KmU1(t)+N(t)
dU1(t)/dt=de(t)/dt+ae(t)
e(t)=r(t)-Ub(t)
Ub(t)=K1θ(t)
(1)试求上述各式的拉氏变换(设初值均为零);
(2)画出结构图;
5.已知系统结构如下图所示,试求
。
四.分析题
1.已知控制系统如图示,试确定跟踪单位斜坡输入信号时稳态时eSS≤0.1,试确定K1的值。
2.设描述温度计的传递函数为(1/Ts+1),现用其测量容器中的水温需经过30秒才能指示出实际水温的95%,试问温度计的时间常数T。
3.通过实验测试,求得被控对象的单位阶跃响应曲线如下图所示
(1)试求被控对象的传递函数GP(s);
(2)现引入GC(s)=KP+2/s串联校正网络,试求使ωC=5rad/s时KP值;
(3)计算此时的相位稳定裕度。
4.已知系统结构如下图所示,ω=10,试求使单位斜坡输入时稳态误差最小,且使系统稳定的ξ及τ的范围。
5.已知下述单位反馈系统的开环传递函数,试确定使闭环系统稳定的K值范围。
(1)G(s)=K/s(s+1)(0.5s+1)
(2)G(s)=K/s2(0.1s+1)(0.5s+1)
五.综合题
1.已知系统结构图如图示,要求系统输出c(t)对干扰n(t)具有不变性。
(即n(t)对c(t)无影响,并且系统跟踪单位阶跃输入时,稳态误差为0),试选择和确定校正装置Gc1(s)及Gc2(s)的形式。
2.已知系统的开环传递函数为
G(s)=
实验求得的单位反馈系统的阶跃响应的σ%=4.3%,tS=1.24秒(Δ=5%)
(1)试求G(s)的参数ωn及ξ;
(2)计算该系统的相位稳定裕度γ。
3.已知控制系统结构图如下所示
(1)试求传递函数
;
;
(2)如要求在M(s)=1/s作用下的稳态误差小于0.1,试确定增益K1。
4.已知一阶环节传递函数为
G(s)=25/(s+4)
若采用下述系统使调节时间tS减小为原来的1/5,并保证总的放大倍数不变,试选择KH及KO值。
5.已知闭环系统结构图如图(a)所示。
(1)试写出系统的开环传递函数G(s);
(2)在图(b)上画出开环对数渐近幅频特性及近似相频特性曲线;(3)利用对数稳定判据,判断系统的稳定性。
图a
图b
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