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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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