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1、清 華 大 學(xué) 本 科 生 考 試 試 題 專 用 紙 考試課程 控制工程基礎(chǔ) A 卷 2006 年 6 月 14 日 1 設(shè)有一個系統(tǒng)如圖 1所示 k1 1000N m k2 2000N m D 10N m s 當(dāng)系 統(tǒng)受到輸入信號 的作用時 試求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出 15 分 圖 1 2 設(shè)一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 現(xiàn)有三種串聯(lián)校正裝置 均為最小相位的 它們的對數(shù)幅頻特性漸近線如圖 2 所示 若要使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不變 而減小超調(diào)量 加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度 應(yīng)選 取哪種校正裝置 系統(tǒng)的相角裕量約增加多少 10 分 a b c 圖 2 3 對任意二階環(huán)節(jié)進(jìn)行校正 如圖 3 如果使用 PD控制器

2、 KP KD均為實數(shù) 是否可以實現(xiàn)閉環(huán)極點的任意配置 試證明之 15 分 圖 3 4 一個未知傳遞函數(shù)的被控系統(tǒng) 先未經(jīng)校正 構(gòu)成單位反饋閉環(huán) 經(jīng)過測試 得知閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如圖 4所示 問 1 系統(tǒng)的開環(huán)低頻增益 K0是多少 5 分 2 如果用主導(dǎo)極點的概念用低階系統(tǒng)近似該系統(tǒng) 試寫出其近似閉環(huán)傳 遞函數(shù) 5 分 3 如果采用 PI形式的串聯(lián)校正 K I在什么范圍內(nèi)時 對 原開環(huán)系統(tǒng)相位裕量的改變約在 之間 5 分 圖 4 5 已知計算機控制系統(tǒng)如圖所示 采用數(shù)字比例控制 其中 K 0 設(shè) 采樣周期 T 1s 圖 5 1 試求系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 5 分 2 試判斷系統(tǒng)穩(wěn)定的 K值范

3、圍 5 分 3 當(dāng)系統(tǒng)干擾 時 試求系統(tǒng)由干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差 5 分 6 針對本學(xué)期直流電動機位置伺服系統(tǒng)教學(xué)實驗 基本原理圖見圖 6 其中 電樞控制式直流電動機電樞電阻為 1 7 電感為 3 7mH 反電勢系數(shù) Ce為 0 213V rad s 力矩系數(shù) Cm為 0 213Nm A 等效到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為 392 10 6Nms2 設(shè) R2 470K 0 9 速度調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 6 電流調(diào)節(jié)器 傳遞函數(shù)為 功放 Kpwm 1 霍爾電流傳感器傳遞函數(shù)為 2V A 0 8 測速機傳遞系數(shù)為 24V 1000rpm 數(shù)字電位計傳遞系數(shù)為 0 243V rad 1 以 upi作為輸入 以

4、x作為輸出 畫出系統(tǒng)對應(yīng)的方塊圖 并注出每 個方塊輸入輸出端的量綱表達(dá) 12 分 2 對于圖 6所示系統(tǒng) 電流調(diào)節(jié)器如果采用 P校正或 PI校正 該位置 伺服系統(tǒng)型次是否改變 速度調(diào)節(jié)器采用 P校正或 PI校正 該位置伺服系統(tǒng)型 次是否改變 試說明之 5 分 3 試改變位置環(huán)校正形式或參數(shù) 使當(dāng)輸入斜坡信號時 引起的位置誤 差為零 5 分 4 電位器 值起什么作用 3分 5 在實驗時 如何測試 值 試說明其根據(jù) 5 分 圖 6 參考答案 A 卷 1 解 然后通過頻率特性求出 2 解 選擇 a 相角裕量約增加 35 3 解 該題閉環(huán)極點能實現(xiàn)任意配置 4 解 1 2 3 要求 5 解 1 系統(tǒng)的開環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 2 特征方程為 特征根為 欲使系統(tǒng)穩(wěn)定 需滿足條件 使系統(tǒng)穩(wěn)定的 K值范圍為 3 若 則 誤差脈沖傳遞函數(shù) 誤差為 利用終值定理可以求出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 6 解 1 2 不影響主回路純積分環(huán)節(jié)個數(shù) 型次均不變 3 保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下 改變位置環(huán)校正形式由 P校正改為 PI校正即 可 4 用于調(diào)節(jié)速度環(huán)反饋深度 改變反饋校正參數(shù) 使系統(tǒng)動態(tài)特性更好 同時防止出現(xiàn)飽和非線性 5 將位置環(huán)打開 使位置環(huán)處于開環(huán)狀態(tài) 輸入電壓 0 5V 左右 測速機輸出不飽和情況下 測量數(shù)字電位計波形如圖所示 記其斜率 位置環(huán) 的速度品質(zhì)系數(shù)