控制理论2024年夏考模拟试卷

发布 2020-03-01 11:04:28 阅读 7637

说明:有些题目只给解题思路,希望同学自己思考。

一、稳定性相关的概念。

1) 系统的稳定性定义是什么?

答:系统受到外界扰动作用后,其输出偏离平衡状态,当扰动消失后,经过足够长的时间,若系统又恢复到原平衡状态,则系统是稳定的,反之系统不稳定。

(2) 系统稳定的充分和必要条件是什么?

答:系统的全部特征根都具有负实部,或系统传递函数的全部极点均位于[s]平面的左半部。

(3) 误差及稳态误差的定义是什么?

答:输出端定义误差e(t):希望输出与实际输出之差。

输入端定义误差e(t);输入与主反馈信号之差。稳态误差,误差函数e(t),当t→∞时的误差值称为稳态误差,即系统在稳定状态下其实际输出值与给定值之差。

二、劳斯判据,设系统特征方程为。

s3+3s2+2s+10=0,试用劳斯稳定判据判断该系统是否稳定,若不稳定,存在几个正实部根?

解:系统的特征方程为s3+3s2+2s+10=0

特征方程符号相同,又不缺项,故满足稳定的必要条件。列劳斯表判别。

劳斯表为。s3 1 2

s2 3 10

s1 -4 0

s0 10因为劳斯表第一列含有负数值,所以系统不稳定,符号改变了2次,所以有2个正实部根。

三、设单位反馈系统的开环传递函数为,若输入信号为,求系统的给定稳态误差。

解题思路:先对求拉氏变换得:

然后根据。即可求得最终结果。

解:已知系统的开环传递函数为:

由上式可知,该系统为型系统,且k=100

其静态误差系数分别为:

型系统在1(t),t, t2信号作用下的稳态误差分别为:

根据线性叠加原理,由该系统在输入为时的稳态误差为:

当=0时: =当0时: =

四、已知开环零、极点分布如图所示,试概略绘出相应的闭环根轨迹图。ab)解:

ab)五、系统的开环传递函数。

试绘制开环系统的伯德图。

解:系统的开环频率特性为。

1)由此可知,该系统是由比例、积分、微分和惯性环节所组成。它的对数幅频特性为。

系统的相频特性为。

2)系统的转折频率分别为10和100。

3)作出系统的对数幅频特性曲线的渐近线。在低频段,,则渐近线的斜率为。在处,其幅值为40;当时,由于惯性环节对信号幅值的衰减任用,使分段直线的斜率由变为;同理,当时,由于微分环节对信号幅值的提升任用,使分段直线的斜率上升,即由变为。

4)对幅频特性曲线进行修正。

5)作系统相频特性曲线,先求,然后叠加。

幅频特性和相频特性图为:

六、系统的开环传递函数为,试用奈奎斯特稳定性判据判别闭环系统的稳定性。

解题思路:先画奈氏图,然后根据奈氏稳定判据判定稳定性。

解:1、系统的开环频率特性为。

因而开环系统的幅频特性为:

相频特性为。

当->+0时, -10,而->0,故起点为gh坐标平面的(10,0j)点;当->时, -0,而->-180而大于-180度,故此时其从第三象限x轴方向接近于原点。

从0-时,其nyquist曲线与0+到对称,故可以画出这部分曲线。故可以得到如下图所示的乃奎斯特曲线。

因为的开环极点为-0.5,-1,在s的右半平面上没有任何极点,即p=0,由下图可知,由于奈奎斯特曲线不包围(-1,j0)这点,即n=0,则z=n+p=0,这表示该闭环系统是稳定的。

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