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河北科技大学 2023年攻读硕士学位研究生入学考试试题 |
[B]卷 |
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科目名称 |
自动控制原理 |
科目代码 |
802 |
共 |
3 |
页 |
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适用专业 |
控制科学与工程、电子信息（电气学院） |
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注：所有试题答案一律写在答题纸上，答案写在试卷、草稿纸上一律无效。 |
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一、（共16分。答案一律写在答题纸上，否则无效）。已知控制系统结构图如图1所示。
图1 题一系统结构图
（1）（7分）当
时，求系统闭环传递函数
；
（2）（7分）写出
与
同时作用时，系统输出
表达式；
（3）（2分）若要补偿干扰
对输出
的影响，说明可以采用什么控制方案。
二、（共18分。答案一律写在答题纸上，否则无效）。已知单位负反馈系统的开环传递函数为
，要求：
（1）（10分）计算阻尼比
和自然振荡频率
，确定单位阶跃作用下系统的性能指标
，
；
（2）（8分）若利用速度反馈使系统的超调量
，画出改进后的系统结构图，并确定反馈参数。
三、（共18分。答案一律写在答题纸上，否则无效）。已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为：
（1）（12分）绘制系统的根轨迹；
（2）（6分）求出系统单位阶跃响应呈现单调收敛曲线和衰减振荡曲线的
值范围。
四、（共20分。答案一律写在答题纸上，否则无效）。已知最小相位系统的开环对数幅频特性如图2所示，要求：
（1）（6分）写出系统的开环传递函数；
（2）（6分）计算系统的截止频率
和相角裕度
；
（3）（4分）判断系统的稳定性，并说明理由；
（4）（4分）要使截止频率
，确定
应把开环增益的值调节为多大。
五、（共16分。答案一律写在答题纸上，否则无效）已知串联校正控制系统结构如图3，其中
，串联校正装置
的对数幅频特性为
，如图4所示。要求：
（1）（6分）确定校正装置的传递函数
，判断该校正装置是超前还是滞后校正，说明其校正原理；
（2）（4分）绘制
的对数幅频特性曲线；
（3）（6分）求校正后系统的相角裕度
，定性说明该校正装置对原系统动态性能的影响。
图3题五系统结构图 图4题五校正装置对数幅频特性图
六、（共14分。答案一律写在答题纸上，否则无效）。已知系统的结构图如图5所示，要求：
图5 题六系统结构图
（1）（6分）若状态变量的选取如图所示，列写该系统的状态空间表达式（要求写成矩阵形式）；
（2）（4分）判断系统的状态能控性；
（3）（4分）判断系统的状态能观性。
七、（共16分。答案一律写在答题纸上，否则无效）。已知系统结构图如图6所示，图中线性部分的传递函数为
，开环幅相曲线如图7所示。要求：
（1）（6分）确定系统
和
的值；若此时
，判断系统的稳定性；
（2）（10分）若非线性环节描述函数为
，画图分析说明该系统能否产生稳定的自持振荡。若能，求出自振的振荡频率和振幅；若不能，说明原因。
图6题七系统结构图
八、（共16分。答案一律写在答题纸上，否则无效）。采样系统结构图如图8所示，采样周期为
，
为大于零的正数。
（1）（6分）确定系统闭环脉冲传递函数
和系统的输入输出差分方程关系式；
（2）（2分）确定系统误差脉冲传递函数
；
（3）（4分）判断使系统稳定时
的取值范围，并分析说明零阶保持器对系统稳定性的影响；
（4）（4分）系统阶跃输入
作用下的稳态误差能否小于0.1？如果能，求出对应的
值；如果不能，说明原因。
提示：
， 
图8题八采样系统结构图
九、（共16分。答案一律写在答题纸上，否则无效）。已知某被控系统状态方程空间表达式为：
（1）（4分）确定系统的稳定性；
（2）（10分）求状态反馈矩阵，使闭环极点位于-10，-1 ± j1,并画出状态变量图；
（3）（2分）若实际应用中系统的状态变量不易测得或不能测得，可以采用什么措施实现系统的状态反馈。