北京理工大学自动控制理论-真题及解析(精品).docx

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北京理工大学

2008年自动控制理论考试试题

一:选择填空(每小题10分,共50分)

1.离散时间系统的闭环传递函数以下正确的是():

(a)对任意有限的K值系统都是稳定的。

(b)当且仅当-0.5K时系统是稳定的。

(c)对所有K值系统都是不稳定的。

(d)当-0.5K时系统是不稳定的。

2.单位反馈系统如图1,其中,G?(s)为零阶保持器,采样周

期T=0.4秒。部分常用函数的Z-变换见第五题。以下结论正确的是():

(a)对任意的K(b)对任意的K

(c)存在K?0,

图1采样控制系统

值闭环系统都稳定。

值闭环系统都不稳定。

当K∈(0,K?)时闭环系统稳定。

(d)对任意的K0闭环系统都稳定。

3.具有非线性特性的单位负反馈系统,其前向通道中线性部分的频率特性曲线

如图2。图中箭头指向分别为X和w增加的方向。下述结论中正确的是():

(a)M?和M?两点都是系统稳定的自激振荡状态。

(b)BC段是系统稳定的状态。

(c)XXα和XXw,是系统稳定的状态。

(d)上述说法都不对。

InaginaryAxis

InaginaryAxis

NyquistDiagran

RealAxis

图2频率特性曲线和非线性负倒特性

4.若两个系统具有完全相同的根轨迹图,则两系统具有相同的开环传递函数

(对,错)和相同的闭环传递函数(对,错)。

5.开环最小相位系统的对数幅频特性向右移4倍频程,则闭环系统的调节时间将(增加,不变,减小),超调量将(增加,不变,减小),稳态误差(增

加,不变,减小),抗高频噪声干扰的能力将(增强,不变,减弱)。

二、根轨迹方法(20分)

单位反馈系统如图3,其中

a0,b0为待定参数。

为简便起见,图中用R表示r(t)的Laplace变换R(s)。其余的符号亦采用这种

简便记法。已知K为某一正数时,闭环系统的极点为-1,-1,-1。

(i)确定参数a和b并由此确定G(s)的另外两个极点。

(ii)确定根轨迹的分离点和汇合点、根轨迹的渐近线以及根轨迹与虚轴的

交点并画出根轨迹图。

(iii)确定使闭环系统稳定的K值。

Y.RE

Y.

KG

图3单位负反馈

三、状态空间法(20分)

考虑系统

:

:

(1)其中,

.?=-11,d=0

(i)求系统的传递函数判断系统的稳定性。

(ii)判断系统的状态可控性和可观测性。

(ii)能否通过状态反馈u(1)=k1x将闭环极点配置在-2,-3和-4?若能,求出k;

若不能,请说明理由。

四、频率法(20分)

为待考虑图3所示的控制系统,其中,a0,β0

为待

定参数。已知G(j2)=-0.05。

(i)确定参数a和β并做出G(s)的Nyquist曲线。

(ii)用Nyquist判据确定时闭环系统稳定的K值范围。

五、采样控制系统(15分)

考虑图1所示的采样控制系统,其中为零阶保持器,

输入信号r(t)为单位阶跃函数,T,K,α正的常数。(i)写出上述系统的闭环脉冲传递函数。

(ii)设T=1s,K=1,α=1,计算采样输出c(O),c(1),c(2),c(3)。

已知:

,

六、Lyapunov稳定性(15分)

设非线性系统的数学描述如下:

其中β为常数。

(i)写出系统的状态方程x=f(x),证明系统有唯一的平衡状态

x,=[xx?]1=0

(ii)取候选Lyapunov函数V(xj,x?)=[x?x?]Q[x?x?],研究系统平衡态

[x??x?}的稳定性及其与β的关系,其中Q可选为正定对角矩阵。

七、描述函数分析方法(20分)

单位负反馈系统的前向通道为如图4所示的Hammerstein模型,其中线性环节

,非线性环节为有滞环的继电非线性。已知滞环

的传递函数为

继电非线性环节的描述函数为

其中M=1。确定继电器参数h,使得自激振荡频率o≥20rad/s,自激振荡幅

值X≤0.7。

图四Hammerstein模型

2008答案解析

一:1:a2:c3:c4:对错5:减小不变减小减弱

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