考研851 自动控制原理
真题 · 期末试题(含手写解答)

六、(15分)

某单位负反馈系统的开环传递函数为

\[G_1(s) = \dfrac{K}{s(s^2+2s+2)}\]

(1) 绘制 \(K>0\) 时的概略根轨迹,在图上标识根轨迹的渐近线。

(2) 计算根轨迹出射角(初始角),求根轨迹与虚轴相交的根轨迹增益。


手写解答

(1)无零点,\(m=0\)

极点:\(p_1=0\)\(p_{2,3}=-1\pm j\)\(n=3\)

\(n-m=3\):有渐近线

实轴上(正方向)\((0,\infty)\)

\[\theta_K = \dfrac{2k+1}{3}\pi = \begin{cases}\dfrac{\pi}{3} \\ \pi \\ -\dfrac{\pi}{3}\end{cases}\]
\[\sigma = \dfrac{-1+j+(-1)-j-0}{3} = -\dfrac{2}{3}\]

分离点:

\[\dfrac{1}{d+1-j} + \dfrac{1}{d+1+j} + \dfrac{1}{d} = 0 \quad \text{没有分离点}\]
\[d_1 = \dfrac{-1+j}{2}, \quad d_2 = \dfrac{1+j}{2} \ (\text{舍})\]
\[d_{1,2} = \dfrac{-1\pm j\sqrt{2}}{3}\]

图1-4(手绘根轨迹草图,描述:坐标系原点标 \(0\),实轴上标注约 \(-\dfrac{2}{3}\) 处一点,虚轴附近有一对共轭复数极点标记 \(\times\),两条曲线分别从上方复数极点和下方复数极点出发向左上/左下延伸,实轴负方向另有渐近线射线;图上另有两处手写数字 \(-2\) 标注在坐标轴右侧,具体含义不明确)

起始角(出射角):

\[\theta = (2k+1)\pi - \dfrac{\pi}{2} - \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{\pi}{4}\]

(下方虚轴交点推导,字迹模糊,按可辨认部分转写)

\(s = j\omega\) 代入闭环特征方程:

\[1 + \dfrac{K}{j\omega(j\omega)^2 \cdot (\dots) + 2)} = ?\]
\[\Rightarrow 1 - \dfrac{K}{\omega j - \omega^2 - 2\omega j + 2\dots} = ?\]

(以下两行算式因照片虚焦严重,肉眼无法可靠辨认,大致涉及形如 \(-2\omega^2 + 2 = 0\)\(-\omega^3 - 2\omega + 2\omega = 0\) 的方程,具体系数与解不确定,未强行给出结论)