2017年湖南大学电气与信息工程学院823自动控制原理一考研仿真模拟题
● 摘要
一、分析计算题
1． 设某控制对象的动态方程为
试用状态反馈u=kx将闭环的特征值设置在以实现。
【答案】（1）系统可控性矩阵为
系统完全可控，通过状态反馈可任意配置系统极点。 令状态反馈増益向量由
得闭环特征多项式为
希望特征多项式为
比较得
故状态反馈増益向量
（2）全维状态观测器
系统可观性矩阵为
系统完全可观测，因此存在渐近稳定的状态观测器。 令
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并设计特征值为
的状态观测器
得待征多项式为
希望特征多项式
比较得
于是观测器方程为
2． 某最小相位系统，其开环对数幅频特性曲线如图所示，试求系统的开环传递函数G （s ）。
图
【答案】由题图可知，该系统由比例、积分、微分及惯性环节组成。 由低频处曲线特性可知：v=2 设系统开环传递函数为：
低频处曲线延长线过点（10, 0）, 则有：
处曲线过点处曲线过点
，则有：
，则有：
故系统开环传递函数为：
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3． 水箱水位自动控制系统如图所示，在任何情况下，希望水位高度h 维持不变，试说明系统的工作原理，并画出系统的原理方框图。
图 水箱水位自动控制系统的工作原理图
【答案】系统的被控对象为水箱，给定值为希望水位，
被控量为水箱的实际水位电位器电刷位于中点位置）
当
. 时. 浮子位置升高（或降低），
系统的原理方框图如
（与电位器设定电压相对应，此时
时，电位器电刷位于中点位置，电动机不工作。当
，给电动机提供一定的工作电压，驱动电动通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移（或上移）
，
使水箱水位达到希望值机通过减速器使进水开关的开度减小（或増大）图所示。
图 水位自动控制系统的工作原理方框图
4． 已知二阶欠阻尼系统图1所示，设系统开始时处于平衡状态，试画出系统在阶跃信号输入下r （t ）=R×1（t ）和斜坡信号输入r （t ）=V×t 作用下和稳态误差。
的相轨迹，并在图中标出系统的超调量
图1
【答案】
由系统结构图可得（1）当输入
为
于是有
由（ⅰ）当
可得
时, 方程有两个实根，都在左半平面，奇点为稳定节点。相轨迹如图
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于是有
时
，
得c=R－e ,
则
且
可知奇点为（0，0）; 相轨迹方程对应的特征方程为
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