中南大学自动控制原理期末试卷(2)

2019-04-15 21:14

(3)校正网络的传递函数

能提高相角裕度(改善系统的稳定性),动特性平稳,减小截止频率,快速性降低,抗干扰能力增加。

第六题(15分)、采样系统的结构如第六题图所示,采样周期T=1s。试求: (1)系统的闭环脉冲传递函数(7分); (2)使系统稳定的K值范围(8分); c(t) r(t) + 1?e?sTK1 · s?1ss T T ?

第六题图

?a?(1?e?aT)zzz?1??1?Z??Z???Z????aT?aT?s(s?a)(z?1)(z?e) sz?1s?az?e??????【提示】 ,,【解】:

(1)求系统的闭环脉冲传递函数。 系统开环脉冲传递函数为:

Gc(s)?4s?140s?1,为串联滞后校正,其主要作用是既

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?sT?1?K?Kz?1??1?e?1G(z)?Z???Z????(1?z)Z?s(s?1)?s?1??s??s???z?1K(1?e?T)z0.632Kz??(z?1)(z?e?T)(z?1)(z?0.368) 系统闭环脉冲传递函数为:

G(z)0.632Kz0.632Kz?(z)???21?G(z)(z?1)(z?0.368)?0.632Kzz?(0.632K?1.368)z?0.368

(2)求使系统稳定的K值范围。

系统闭环特征方程为1?G(z)?0,即:

z2?(0.632K?1.368)z?0.368?0

利用w域劳斯判据进行判稳。令

2z?w?1w?1,有:

?w?1??w?1????(0.632K?1.368)???0.368?0?w?1??w?1?

2即: 0.632Kw?1.264w?(2.736?0.632K)?0

列写劳斯表:

s2s1s00.632K1.2462.736?0.632K2.736?0.632K系统稳定的条件为:

0.632K?0

2.736?0.632K?0

即:0?K?4.33。

第七题(10分)、考虑如第七题图所示的非线性系统,试分析系统的稳定性和自激振荡的稳定性,并确定稳定自激振荡的振幅和频率。(要求画出线性部分

的奈魁斯特图与非线性部分的负倒描述函数曲线, M 4 0 s(s?1)2?M ?

第七题图

【解】

N(A)?N(A)?4M?A)

1?A4M???4M?A,得非线性特的负倒特性,N(A)由; (1分)

11?????N(A)N(A)由A=0,=0;A??,可知非线性部分的负倒特性曲线在幅

相曲线上为左半实轴; (2分)

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4?4jw(1?jw)2?8w2?j(4w3?4w)G(jw)???2222jw(jw?1)w(1?w)w2(1?w2)2再由, (1分)

可知

由此可以画出系统的开环幅相曲线即乃氏曲线如下图所示:

w?0,G(jw)??,?G(jw)??900;w??,G(jw)?0,?G(jw)??2700, (2分)

令Im[G(j?)]=0,得到?=1;此时Re[G(j?)]=?2;故奈氏曲线与实轴交点为

(?2,j0); (2分)

8M18M???1,A?A?N(A)?为稳定的自激振荡。(2分) ?;所以由Re[G(j?)]= 得到

(注:在(?∞, ?2)段为稳定的,(?2, 0)段是不稳定的。)

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