试求图示有源网络的传递函数和Bode图.docx

2-1 什么是系统的数学模型?在自动控制系统中常见的数学模型形式有哪些? 用来描述系统因果关系的数学表达式，称为系统的数学模型。

常见的数学模型形式有：微分方程、传递函数、状态方程、传递矩阵、结构框图和信号流图。

2-2 简要说明用解析法编写自动控制系统动态微分方程的步骤。

2-3 什么是小偏差线性化？这种方法能够解决哪类问题？在非线性曲线（方程）中的某一个工作点附近，取工作点的一阶导数，作为直线的斜率，来线性化非线性曲线的方法。

2-4 什么是传递函数？定义传递函数的前提条件是什么？为什么要附加这个条件？传递函数有哪些特点？传递函数：在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

定义传递函数的前提条件：当初始条件为零。

为什么要附加这个条件：在零初始条件下，传递函数与微分方程一致。

传递函数有哪些特点：1．传递函数是复变量S 的有理真分式，具有复变函数的所有性质；n m ≤且所有系数均为实数。

2．传递函数是一种有系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式，它只取决于系统或元件的结构和参数，而与输入量的形式无关，也不反映系统内部的任何信息。

3．传递函数与微分方程有相通性。

4．传递函数)(s W 的拉氏反变换是系统的单位脉冲响应。

2-5 列写出传递函数三种常用的表达形式。

并说明什么是系统的阶数、零点、极点和放大倍数。

nn n n mm m m a s a s a s a b s b s b s b s W ++++++++=----11101110)( ()()∏∏==++=nj jmi i s T s T K s W 1111)( 其中nma b K =()()∏∏==++=nj jm i i g p s z s K s W 11)( 其中0a b K g =传递函数分母S 的最高阶次即为系统的阶数，i z -为系统的零点，j p -为系统的极点。

K 为传递函数的放大倍数，g K 为传递函数的根轨迹放大倍数。

第一章概论本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。

学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。

例1 例图1-1a 为晶体管直流稳压电源电路图。

试画出其系统方块图。

例图1-1a 晶体管稳压电源电路图解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。

对于本题，可画出方块图如例图1-1b。

例图1-1b 晶体管稳压电源方块图本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过R和4R分压后与稳压管的电3压U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w电流增大，集电极电流随之增大，降在R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。

c反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。

例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。

其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。

解：该系统是一种阀控液压油缸。

当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。

因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。

当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。

由此可画出如例图1-2b的职能方块图。

例图1-2a 简单液压系统例图1-2b 职能方块图1．在给出的几种答案里，选择出正确的答案。

（1）以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较为_______ （A ）开环高； （B ）闭环高； （C ）相差不多； （D ）一样高。

（2）系统的输出信号对控制作用的影响 （A ）开环有； （B ）闭环有； (C ）都没有； （D ）都有。

第一章习题1-1日常生活中有许多开环和闭环控制系统，试举几个具体例子，并说明它们的工作原理。

1-2说明负反馈的工作原理及其在自动控制系统中的应用。

自动驾驶器用控制系统将汽车的速度限制在允许范围内。

画出方块图说明此反馈系统。

1-3双输入控制系统的一个常见例子是由冷热两个阀门的家用沐浴器。

目标是同时控制水温和流量，画出此闭环系统的方块图，你愿意让别人给你开环控制的沐浴器吗？1-4开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？1-5反馈控制系统的动态特性有哪几种类型？生产过程希望的动态过程特性是什么？1-6对自动控制系统基本的性能要求是什么？最主要的要求是什么？1-7下图表示一个水位自动控制系统,试说明其作用原理.1-8下图是恒温箱的温度自动控制系统.要求:(1) 画出系统的原理方框图;(2) 当恒温箱的温度发生变化时,试述系统的调解过程;(3) 指出系统属于哪一类型?1-9 下图为位置随动系统,输入量为转角r θ,输出量为转角c θ,p R 为圆盘式滑动电位器,s K 为功率放大器SM 为伺服电动机.要求: (1)说明系统由哪几部分组成,各起什么作用？ (2)画出系统原理方框图;(3)说明当r θ 变化时, c θ的跟随过程.1-10 位置随动系统如下图所示,回答以下问题 1.说明该系统的以下(1)-(10)各是什么:(1)被控制对象 (2)被控制量 (3)给定元件 (4)给定量 (5)主反馈元件 (6)主反馈量 (7)误差量 (8)负载 (9)积分元件 (10)执行元件. 2.画出系统作用方框图,表出个环节的输入输出量。

3.判断(在括号内对的上面打"对号")(1)该系统是(按偏差;按扰动)原则的控制系统; (2)该系统是(有差;无差)系统; (3)该系统是(0型,1型,2型)系统; (4)该系统的输入量是(rr U Q 、);(5)该系统的输出量是(c c U Q 、)。

1－11下图为温度自动控制系统,改变a 点位置可以改变恒温温度.试说明该系统的工作原理和性能,并指出它属何种类型?1-12如题图（a ）、（b ）所示两水位控制系统，要求∙ 画出方块图（包括给定输入量和扰动输入量）； ∙ 分析工作原理，讨论误差和扰动的关系。

试卷一一、填空题（每空1分，共15分）自动操纵是在___________情形下，利用___________使___________的被控量自动地按预先给定的规律去运动。

对操纵系统的大体要求是___________、___________和___________。

线性定常系统的传递函数概念为：初始条件___________时，系统___________拉式变换与系统___________拉式变换之比。

在频率域中表征系统稳固程度的指标是：___________和___________。

假设环节的传递函数为s K，那么其对数幅频特性L （）在零分贝点处的频率数值为______________。

Bode 图中对数相频特性图上的－180o 线对应于奈奎斯特图中的___________。

标志着系统最终可能达到的操纵精度，它既与系统的结构及参数有关，也取决于___________的形式及大小。

二、简答题（此题15分，其中第1小题10分，第2小题5分） 试求出以下图无源网络的传递函数)(/)(s U s U r c已知系统的闭环特点方程为0)3)(2)(1(=++++k s s s 试确信系统稳固时K 的取值范围 三、计算题（此题40分，其中第一、3小题15分，第2小题10分） 已知系统的结构图如以下图所示。

假设)(1)(t t r =时，试求 （1）当0=f K 时，求系统超调量%σ及调剂时刻s t。

（2）当0≠f K 时，假设要使超调量%σ＝20％，试求f K 应为多大？并求出此刻的调剂时刻s t 的值。

（3）比较上述两种情形，说明内反馈s K f 的作用是什么？R (s )C (s )-2K sN(s )1K系统结构图如以下图所示。

当输入信号)(1)(t t r =，干扰信号)(1)(t t n =时，求系统总的稳态误差系统结构图假设以下图所示，求传递函数)(/)(s R s C ，)(/)(s R s E四、图解题（此题30分，其中第1小题20分，第2小题10分） 已知某最小相位系统开环对数幅频特性如下图。

习 题6－1 试求图示有源网络的传递函数和Bode 图，并说明其网络特性。

6—2 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为)12.0(10)(+=s s s G 当串联校正装置的传递函数)(s G c 如下所示时：（1）105.012.0)(++=s s s G c (2) )110()1(2)(++=s s s G c 1．试绘出两种校正时校正前和校正后系统Bode 图；2．试比较两种校正方案的优缺点。

6—3 已知单位反馈系统的对数幅频特性曲线如图中)(0ωL ，串联校正装置)(s G c 的对数幅频特性如图中)(ωc L ，要求：1．在图中画出系统校正后的对数幅频特性)(ωL ；2．写出校正后系统的开环传递函数；3．分析校正装置)(s G c 对系统的作用。

6—4系统的结构图如图所示，试利用根轨迹法设计超前校正装置，使系统满足下列性能指标7.0=ζ，s t s 4.1=，12-=s K v 。

6—5 已知一单位反馈系统的开环传递函数为)11.0(200)(+=s s s G试设计一校正装置，使系统的相角裕量︒≥45γ，剪切频率150-≥s c ω。

6—6 单位反馈系统的开环传递函数为)12(4)(+=s s s G c 设计一串联滞后校正装置，使系统相角裕量︒≥40γ，并保持原有的开环增益。

6—7 设单位反馈系统的开环传递函数为)125.0)(11.0(5)(++=s s s s G 试设计一校正装置，使系统满足下列性能指标，速度误差系数15-=s K v ，相角裕量︒≥40γ，剪切频率15.0-≥s c ω。

6—8 单位反馈系统的开环传递函数为)105.0)(125.0(10)(++=s s s s G 若要求校正后系统的谐振峰值4.1=r M ，谐振频率110-≥s r ω，试确定校正装置的形式与参数。

6—9单位反馈系统的结构如图所示，现用速度反馈来校正系统，校正后系统具有临界阻尼比1=ζ，试确定校正装置参数t K 。

2-1若i x 为输入位移,o x 为输出位移, 试列写出下图所示机械系统的微分方程式,并求出传递函数。

2-2下图所示系统中电压1U 和位移1x 为系统输入量,电压2U 和位移2x 为输出量,k 为弹簧弹性系数,f 为阻尼器的阻尼系数,试分别列写图示系统的传递函数)()(12s U s U 和)()(12s X s X ,并将其写成典型环节相串联的形式。

2-3试求下图所示有源网络的传递函数。

2-4试用信号流图求出下图所示四端网络的传递函数)()()(12s U s U s G .2-5试绘制下图所示RC 回路的方块图,并根据方块图,并根据方块图写出传递函数)()(s U s U r c 。

2-6 试绘制下图所示电路的结构图,并求传递函数)()(12s U s U 。

2-7 给定一速度调节器的电路如图所示,试求U(s)与)(,)(0s U s U t 之间的关系式。

2-8 下图为由运算放大器组成的控制系统的模拟图,试求其闭环传递函数。

2-9 某RC 网络为下图所示,其中21U U 、分别为网络的输入量和输出量,试求:(1)画出网络相应的结构图(即函数方框图);(2)求传递函数)()(12S U S U (化成标准形式);(3)讨论元件2121,,,C C R R 参数选择是否响应网络的绝对稳定性。

2-10 本题包括以下内容:1.已知由试验得出的环节输出时间特性如下(题图(1)):(1)试确定各环节的传递函数.(2)试确定各环节在s 平面上的零点.极点分部.(3)试画出各环节的伯德(Bode)图.2.设有如下环节(题图(2)):已知: 54321,,,,R R R R R 各为电阻值, 210,,C C C 各为电容值。

(1)试确定各环节的输入与输出的关系。

(2)试画出该环节的结构图。

3.在题图(3)所示系统中,i x :输入位移,0x :输出位移,f:阻尼器的阻尼系数,21k k 、各为弹簧系数.且假定系统是集中参数系统,输出端的负载效应可乎略.试求出图中所示机械系统传递函数。

⾃动控制原理试卷、习题及答案2套⾃动控制 (A )试卷⼀、系统结构如图所⽰，u1为输⼊， u2为输出，试求 1．求⽹络的传递函数G(s)=U1(s)/U2(s)2．讨论元件R1，R2，C1，C2参数的选择对系统的稳定性是否有影响。

（15分）2⼆、图⽰系统，试求，（1）当输⼊r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss;（2）当输⼊r(t)=1(t)，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss; （3）若要减⼩稳态误差，则应如何调整K 1，K 2？（15分）三．已知单位负反馈系统的开环传递函数为.)())(()(1Ts s 1s 12s K s G 2+++=试确定当闭环系统稳定时，T ，K 应满⾜的条件。

（15分）四、已知系统的结构图如图所⽰，（1）画出当∞→0:K 变化时，系统的根轨迹图；（2）⽤根轨迹法确定，使系统具有阻尼⽐50.=ζ时，K 的取值及闭环极点（共轭复根）。

（15分）五、已知最⼩相位系统的对数幅频特性渐近特性曲线，1.试求系统的开环传递函数G （s ）;2.求出系统的相⾓裕量γ;3．判断闭环系统的稳定性。

（15分）六、设单位反馈系统的开环传递函数如下，2s158s -+=)()(s H s G 1. 试画出系统的乃奎斯特曲线;2. ⽤乃⽒判据判断系统的稳定性（15分）七、已知单位反馈系统的开环传递函数为1)s(2s 4G +=)(s使设计⼀串联滞后校正装置，使系统的相⾓裕量040≥γ，幅值裕量10db K g≥，并保持原有的开环增益值。

（10分）⾃动控制理论B⼀．试求图⽰系统的输出z 变换C(z).（20分）(b)(a)⼆.闭环离散系统如图所⽰，其中采样周期T =1s ，（20分）1．试求系统的开环脉冲传递函数G(z); 2．求系统的闭环脉冲传递函数)z (Φ； 3．确定闭环系统稳定时K 的取值范围。

（注：()T 22e z z )s 1(Z ,1z Tz )s 1(Z ,1z z )s1(Z αα--=+-=-=）三. 设单位反馈线性离散系统如图所⽰，其中T ＝1秒，试求取在等速度输⼊信号r (t )=1作⽤下，能使给定系统成为最少拍系统的数字控制器的脉冲传递函数D (z )。

例1 图1-11为晶体管直流稳压电源。

试画出其系统方块图。

（图1-11 晶体管稳压电源）解：在抽象闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。

对于本题，可画出方块图如图1-12。

（图1-12 晶体管稳压电源方块图）本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过R和4R3分压后与稳压管的电压U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压w后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极电流增大，集电极电流随之增大，降在R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。

反之，c如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。

例2 图1-3为一种简单液压系统工作原理图。

其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。

（图1-3 简单液压系统）解：该系统是一种阀控液压油缸。

当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。

因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。

当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下。

由此可画出图1-14职能方块图。

（图1一14 职能方块图）例3试求图2-1所示力学模型的传递函数。

其中，()t x i为输入位移，()t xo为输出位移，1k 和2k 为弹性刚度，1f 和2f 为粘性阻尼系数。

（图2-1 弹簧-阻尼系统）解： 粘性阻尼系数为f 的阻尼筒可等效为弹性刚度为fs 的弹性元件。

并联弹簧的弹性刚度等于各弹簧弹性刚度之和，而串联弹簧弹性刚度的倒数等于各弹簧弹性刚度的倒数之和，国此，图2-1所示力学模型的函数方块图可画成图2-2的形式。

（图2-2）根据图2-2的函数方块图，则()()11112221112212111221111221111+⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++=+⋅+⋅++⋅+⋅=s k f k f k f sk k f f sk f sf k s f k sf k s f k s f k sf k s X s Xi o例4 试求图2-3所示电路网络的传递函数。

自动控制 (A )试卷一、系统结构如图所示，u1为输入， u2为输出，试求 1．求网络的传递函数G(s)=U1(s)/U2(s)2． 讨论元件R1，R2，C1，C2参数的选择对系统的稳定性是否有影响。

（15分）2二、图示系统，试求，（1） 当输入r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss;（2） 当输入r(t)=1(t)，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss; （3） 若要减小稳态误差，则应如何调整K 1，K 2？（15分）三．已知单位负反馈系统的开环传递函数为.)())(()(1T s s 1s 12s K s G 2+++=试确定当闭环系统稳定时，T ，K 应满足的条件。

（15分）四、已知系统的结构图如图所示，（1） 画出当∞→0:K 变化时，系统的根轨迹图；（2） 用根轨迹法确定，使系统具有阻尼比50.=ζ时，K 的取值及闭环极点（共轭复根）。

（15分）五、已知最小相位系统的对数幅频特性渐近特性曲线，1.试求系统的开环传递函数G （s ）;2.求出系统的相角裕量γ;3．判断闭环系统的稳定性。

（15分）六、设单位反馈系统的开环传递函数如下，2s158s -+=)()(s H s G 1. 试画出系统的乃奎斯特曲线;2. 用乃氏判据判断系统的稳定性（15分） 七、已知单位反馈系统的开环传递函数为1)s(2s 4G +=)(s使设计一串联滞后校正装置，使系统的相角裕量040≥γ，幅值裕量10db K g ≥，并保持原有的开环增益值。

（10分）自动控制理论B一． 试求图示系统的输出z 变换C(z).（20分）(b)(a)二.闭环离散系统如图所示，其中采样周期T =1s ，（20分）1． 试求系统的开环脉冲传递函数G(z); 2． 求系统的闭环脉冲传递函数)z (Φ； 3． 确定闭环系统稳定时K 的取值范围。

（注：()T 22e z z )s 1(Z ,1z T z )s 1(Z ,1z z )s1(Z αα--=+-=-=）三. 设单位反馈线性离散系统如图所示，其中T ＝1秒，试求取在等速度 输入信号r (t )=1作用下，能使给定系统成为最少拍系统的数字控制器的脉冲传递函数D (z )。

2-1 什么是系统的数学模型?在自动控制系统中常见的数学模型形式有哪些? 用来描述系统因果关系的数学表达式，称为系统的数学模型。

常见的数学模型形式有：微分方程、传递函数、状态方程、传递矩阵、结构框图和信号流图。

2-2 简要说明用解析法编写自动控制系统动态微分方程的步骤。

2-3 什么是小偏差线性化？这种方法能够解决哪类问题？在非线性曲线（方程）中的某一个工作点附近，取工作点的一阶导数，作为直线的斜率，来线性化非线性曲线的方法。

2-4 什么是传递函数？定义传递函数的前提条件是什么？为什么要附加这个条件？传递函数有哪些特点？传递函数：在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

定义传递函数的前提条件：当初始条件为零。

为什么要附加这个条件：在零初始条件下，传递函数与微分方程一致。

传递函数有哪些特点：1．传递函数是复变量S 的有理真分式，具有复变函数的所有性质；n m ≤且所有系数均为实数。

2．传递函数是一种有系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式，它只取决于系统或元件的结构和参数，而与输入量的形式无关，也不反映系统内部的任何信息。

3．传递函数与微分方程有相通性。

4．传递函数)(s W 的拉氏反变换是系统的单位脉冲响应。

2-5 列写出传递函数三种常用的表达形式。

并说明什么是系统的阶数、零点、极点和放大倍数。

nn n n mm m m a s a s a s a b s b s b s b s W ++++++++=----11101110)(ΛΛ ()()∏∏==++=nj jmi i s T s T K s W 1111)( 其中nma b K =()()∏∏==++=nj jm i i g p s z s K s W 11)( 其中0a b K g =传递函数分母S 的最高阶次即为系统的阶数，i z -为系统的零点，j p -为系统的极点。

K 为传递函数的放大倍数，g K 为传递函数的根轨迹放大倍数。

例题：已知最小相位系统开环对数频率特性曲线如图所示。

试写出开环传递函数)(s G k 。

解：1) ω<ω1的低频段斜率为[-20]，故低频段为K/ｓ。

ω增至ω1，斜率由[-20]转为[-40]，增加[-20]，所以ω1应为惯性环节的转折频率，该环节为1111+s ω 。

ω增至ω2，斜率由[–40]转为[–20]，增加[+20]，所以ω2应为一阶微分环节的转折频率，该环节为112+s ω 。

ω增到ω3，斜率由[-20]转为[-40]，该环节为1113+s ω,ω>ω3，斜率保持不变。

故系统开环传递函数应由上述各典型环节串联组成，即)11)(11()11()(312+++=s s s s K s G k ωωω2) 确定开环增益K当ω=ωc 时，A(ωc )=1 。

所以 1111)1()1(1)1()(12232122=≈+⋅+=cccc c c c c KK A ωωωωωωωωωωωωω故 12ωωωcK =所以，)11)(11()11()(31212+++=s s s s s G c k ωωωωωω练习：最小相位系统的对数幅频特性如下图所示，试分别确定各系统的传递函数。

(a)(b)（c ）a ：)1(10)(+=s s s Gb ：)1)(110(100)(++=s s s Gc )12.0)(15.0(100)(++=s s s G友情提示：本资料代表个人观点，如有帮助请下载，谢谢您的浏览！。