【考研类试卷】自动控制原理试-6及答案解析.doc
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1、自动控制原理试-6 及答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)1.试将图示非线性系统简化成一个非线性环节和一个等效线性部分相串联的典型结构,并写出等效线性部分的传递函数 G(s)。 (分数:2.00)_已知某非线性系统结构如图所示,非线性环节描述函数为 ,试用描述函数法确定: (分数:8.00)(1).使该非线性系统稳定、不稳定以及产生周期运动时,线性部分的 K 值范围。(分数:4.00)_(2).判断周期运动的稳定性,并计算稳定周期运动的振幅 A 和频率 。(分数:4.00)_2.已知三个非线性系统的非线性环节一样,线性部分分别为 (1) 。 (2) 。 (3) (分数:2.00
2、)_3.将图示非线性系统简化成环节串联的典型结构图形式,并写出等效线性部分的传递函数 G(s)。 (分数:4.00)_4.判断图中各非线性系统是否稳定, (分数:4.00)_已知某非线性系统如图所示,其中 ,要求: (分数:8.00)(1).试用描述函数法分析系统是否存在自激振荡。(分数:4.00)_(2).若 K 可变,试求系统临界稳定时的 K 值。 (分数:4.00)_5.若要求如图所示非线性系统输出量 c 的自振振幅 A=0.1、频率 =10,试确定参数 T 及 K 的值(T、K 均大于零)。 (分数:4.00)_6.已知某非线性系统如图所示,试用描述函数法分析周期运动的稳定性,并确定系
3、统输出信号振荡的振幅和频率。 (分数:4.00)_7.已知某非线性系统如图所示,非线性元件的描述函数 ,其中 M=1,K=0.5。试分析系统周期运动的稳定性,并求出稳定周期运动的振幅 A 和频率 以及输出 c(t)的表达式。 (分数:4.00)_8.试用描述函数法说明如图所示系统必然存在自振,并确定输出信号 c 的自振振幅和频率,分别画出信号x、c、y 的稳态波形。 (分数:4.00)_9.已知非线性系统结构图如图所示,其中饱和特性参数 a=1,k=2,带死区的继电特性参数为M=1.7,h=1.4。试用描述函数法分析系统是否存在自振。若存在,求出自振振幅和频率。 (分数:4.00)_已知某非线
4、性系统如图所示,描述该系统的动态方程如下: (分数:8.00)(1).试求 G 1 (s)和 G 2 (s),画出非线性环节的输入输出特性关系曲线。(分数:4.00)_(2).用描述函数法分析系统的稳定性,若存在自振求出自振振幅和频率。(分数:4.00)_10.求如图所示系统的状态空间表达式。 (分数:4.00)_11.已知系统状态方程为 y=0 3x 计算当 (分数:4.00)_12.已知系统状态方程为 (分数:4.00)_13.已知系统的状态表达式为 (分数:4.00)_14.已知系统的状态方程为 (分数:4.00)_已知系统的动态方程为 (分数:8.00)(1).判断系统是否能采用状态反
5、馈进行任意极点配置,若有可能,设计状态反馈,使系统的两个闭环极点为-4j6。(分数:4.00)_(2).判断系统状态是否采用状态观测器给出估计值,若有可能,设计两个极点均位于-10 处的状态观测器。(分数:4.00)_15.试求图示的电网络中,以电感 L 1 、L 2 上的支电流 x 1 、x 2 作为状态变量的状态空间表达式。这里 u 是恒流源的电流值,输出 y 是 R 3 上的支路电压。 (分数:4.00)_已知系统的微分方程 试列写出它们的状态空间表达式。(分数:8.00)(1).。 (分数:4.00)_(2).。 (分数:4.00)_16.列写图示系统的状态空间表达式。 (分数:4.0
6、0)_自动控制原理试-6 答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)1.试将图示非线性系统简化成一个非线性环节和一个等效线性部分相串联的典型结构,并写出等效线性部分的传递函数 G(s)。 (分数:2.00)_正确答案:()解析:对于图示系统,先将 G 1 ,G 3 串联后作为 G 2 的反馈通道,可简化成下图结构。 G 1 G 3 方框与 G 2 方框为反馈连接,合并得到下图所示结构。 则等效线性部分的传递函数 已知某非线性系统结构如图所示,非线性环节描述函数为 ,试用描述函数法确定: (分数:8.00)(1).使该非线性系统稳定、不稳定以及产生周期运动时,线性部分的 K 值范围。(
7、分数:4.00)_正确答案:()解析:非线性环节负倒描述函数为 当 A=0 时, ,当 A+时, ,因此 位于负实轴上的 区段。 线性部分频率特性为 令G(j x )=-90-2arctan x =-180,得 x =1,且 。 在复平面上作出 G(j)曲线和 曲线如下图所示。 当 ,即 时,系统稳定; 当 ,即 时,系统产生周期运动; 当 (2).判断周期运动的稳定性,并计算稳定周期运动的振幅 A 和频率 。(分数:4.00)_正确答案:()解析:当-1/N(A)和 G(j)相交时,该周期运动是稳定的,即产生自振。 令 N(A)G(j)| x =-1 即 解得 即系统存在自振的振幅 2.已知
8、三个非线性系统的非线性环节一样,线性部分分别为 (1) 。 (2) 。 (3) (分数:2.00)_正确答案:()解析:线性部分低通滤波特性越好,描述函数法分析结果的准确程度越高。由于系统(2)对数幅频特性曲线高频段衰减较快,低通滤波特性较好,所以用描述函数法分析结果的准确程度较高。3.将图示非线性系统简化成环节串联的典型结构图形式,并写出等效线性部分的传递函数 G(s)。 (分数:4.00)_正确答案:()解析:(1)系统结构图(a)经过等效变换可简化为图(1)所示结构。则线性部分的传递函数为 图(1)非线性系统(a)的简化结构图 (2)系统结构图(b)经过等效变换可得到如图(2)所示结构。
9、 图(2) 非线性系统(b)的简化结构图线性部分的传递函数为 4.判断图中各非线性系统是否稳定, (分数:4.00)_正确答案:()解析:(a)自振;(b)系统稳定;(c)自振;(d)a、c 点为自振点,d 点不是;(e)自振;(f)b 点是自振点,a 点不是;(g)b 点是自振点,a 点不是;(h)系统不稳定;(i)系统不稳定;(j)系统稳定。已知某非线性系统如图所示,其中 ,要求: (分数:8.00)(1).试用描述函数法分析系统是否存在自激振荡。(分数:4.00)_正确答案:()解析:由题意可知 当 A=1 时,-1/N(A)-,当 A,-1/N(A)-1,故负倒描述函数曲线为实轴上(-
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