控制工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)題帶答案的

1、、填空題(部分可能模糊的已給出參考答案):1.對時域函數(shù)進(jìn)行拉氏變換：1(t)=、sin t6 / 4一 02.自動控制系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)，一般都包含兩個分量，即一個是瞬態(tài)響應(yīng)分量，另一個是 穩(wěn)態(tài) 響應(yīng)分量。3.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，通過檢測元件將輸出量轉(zhuǎn)變成與給定信號進(jìn)行比較的信號，這個信號稱為 反饋 。若前向通道的傳遞函數(shù)為 G(s),反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s),則閉環(huán)傳遞函數(shù)為 函數(shù)f(t)= 30血的拉氏變換式是。Bode圖中對數(shù)相頻特性圖上的一180。線對應(yīng)于奈奎斯特圖中的_負(fù)實(shí)軸。閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是所有的閉環(huán)極點(diǎn)均位于s平面的右半平面半平面。已知傳遞函數(shù)為G(s)=4，則其對

2、數(shù)幅頻特性L ()在零分貝點(diǎn)處的頻率數(shù)值為=s在系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線上，低頻段部分主要由110. 慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，它的幅頻特性的數(shù)學(xué)式是Ts+1- arctan Tb。11. 傳遞函數(shù)的定義是對于線性定常系統(tǒng)，在 初始條件為零的條件下,系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與 輸 入量的拉氏變換之比。12. 瞬態(tài)響應(yīng)是系統(tǒng)受到外加作用激勵后，從初始 狀態(tài)到 最終或穩(wěn)定 狀態(tài)的響應(yīng)過程。13. 判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的出發(fā)點(diǎn)是系統(tǒng)特征方程的根必須為負(fù)實(shí)根或負(fù)實(shí)部的復(fù)數(shù)根，即系統(tǒng)的特征根必須全部在復(fù)平面的左半平面是系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。4.5.6.7.8.9.右半平面積分 環(huán)節(jié)和 比例決定。它的相頻特性的數(shù)學(xué)式是14

3、. 型系統(tǒng)G(s)=懸在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為2,在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為二。(參考教材P89)15. 頻率響應(yīng)是系統(tǒng)對正弦輸入 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；頻率特性包括幅頻和相頻 兩種特性。16. 如果系統(tǒng)受擾動后偏離了原工作狀態(tài)，擾動消失后，系統(tǒng)能自動恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，這樣的 系統(tǒng)是(漸進(jìn))穩(wěn)定的系統(tǒng)。系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并且只話干零17. 傳遞函數(shù)的組成與輸入、輸出信號無關(guān)，僅僅決定于 初始條件下的 線性定常 系統(tǒng)。18. 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與輸入信號的形式及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)或系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)有關(guān)。19. 線性定常系統(tǒng)在正弦信號輸入時，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位移隨頻率而變化的函數(shù)關(guān)系稱為相頻特性

4、。20 dB /dec。20. 積分環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為21. 二階衰減振蕩系統(tǒng)的阻尼比E的范圍為 0.50.8負(fù)數(shù)時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。ess=竝。(參考教材P89)正弦函數(shù)。22. 當(dāng)且僅當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)特征方程的所有根的實(shí)部都是23. 在單位斜坡輸入信號作用下，0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差原理，而非線性控制系統(tǒng)則不能。 反饋24. 用頻域法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是25. 線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用疊加26. 方框圖中環(huán)節(jié)的基本連接方式有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和反饋 連接。27. 分析穩(wěn)態(tài)誤差時，將系統(tǒng)分為0型系統(tǒng)、I型系統(tǒng)、II型系統(tǒng)，這是按開環(huán)傳遞函數(shù)的積分

5、 環(huán)節(jié)數(shù)來分類的。28.29.1.11.21.21.51.6用頻率法研究控制系統(tǒng)時，采用的圖示法分為極坐標(biāo)圖示法和對數(shù)坐標(biāo)決定二階系統(tǒng)動態(tài)性能的兩個重要參數(shù)是阻尼系數(shù)E和無阻尼自然振蕩頻率3。建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法有解析法 與實(shí)驗(yàn)法 兩種?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)節(jié)時間ts=(取誤差允許范圍 5%)(參考教材P69)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間ts=(取誤差允許范圍 2%)(參考教材P69)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可分為 系統(tǒng)誤差與 擾動誤差兩種。根軌跡起始于 ，終止于，如果開環(huán)零點(diǎn) m 小于開環(huán)極點(diǎn) n，則有圖示法。條根軌跡終止于無窮遠(yuǎn)。1.6根軌跡標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)形式為.軸。頻率特性的圖形表示法主要有 與兩種。線性時不變自動

6、控制系統(tǒng)的頻率特性可分為幅頻特性與相頻特性兩大類。系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的描述主要有與兩種。自動控制系統(tǒng)串聯(lián)校正方法有、與三種。建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法有解析法(演繹法)與 實(shí)驗(yàn)法(歸納法)兩種。系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型主要有，根軌跡增益為。根軌跡必然對稱于1.71.71.81.91.1微分方程、傳遞函數(shù)、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 與 信號流圖 四種。線性系統(tǒng)的特性可分解為疊加性與齊次性兩種。串聯(lián)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的 根軌跡必然對稱于軸。線性時不變自動控制系統(tǒng)的頻率特性可分為1.21.31.41.5幅頻 與相頻 兩大類。 標(biāo)記。1.8 Bode圖橫軸以Ig3為坐標(biāo)分度，但以1.9慣性環(huán)節(jié)G(s)=1/(Ts+1)

7、的Bode圖的轉(zhuǎn)折頻率和轉(zhuǎn)折斜率分別為1對控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)定性、 準(zhǔn)確性 、_2采用負(fù)反饋連接時，如前向通道的傳遞函數(shù)為G(s),反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s),則其等效閉環(huán)傳遞函數(shù)為(s)。1 +G(s)H(s)4積分環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為-205 .Bode圖中對數(shù)相頻特性圖上的180線對應(yīng)于奈奎斯特圖中的快速性負(fù)實(shí)軸dB/dec。6 LTI系統(tǒng)的輸入信號的導(dǎo)數(shù)的響應(yīng)等于輸出信號的導(dǎo)數(shù)：輸入信號的積分的響應(yīng)等干的積分。1.線性定常系統(tǒng)在正弦信號輸入時，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位移隨頻率而變化的函數(shù)關(guān)系稱為 特性。輸出信號相頻積分環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的

8、斜率為 20 dB / dec。對于一個自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面：穩(wěn)定性、快速性 和準(zhǔn)確性單位階躍函數(shù)1 (t)的拉氏變換為當(dāng)且僅當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)特征方程的所有根的實(shí)部都是負(fù)數(shù)時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與_輸出量的希望值 之間的偏差稱為誤差。設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為G(Q) =R(joo) +jl(05)，則I俾)稱為虛頻特性10. 用頻域法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是11. 線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用 一疊加一原理，而非線性控制系統(tǒng)則不能。12. 方框圖中環(huán)節(jié)的基本連接方式有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和 反饋連接。13. 分析穩(wěn)態(tài)誤差時，將系統(tǒng)分為 0型系統(tǒng)、丨型

9、系統(tǒng)、II型系統(tǒng)，這是按開環(huán)傳遞函數(shù)的 環(huán)節(jié)數(shù)來分類的。14. 用頻率法研究控制系統(tǒng)時，采用的圖示法分為極坐標(biāo)圖示法和2.3.4.6.7.9.負(fù)數(shù)0正弦函數(shù)積分對數(shù)坐標(biāo)圖示法。15.決定二階系統(tǒng)動態(tài)性能的兩個重要參數(shù)是阻尼系數(shù)E和 無阻尼自然振蕩頻率3。二、基本概念超調(diào)量：響應(yīng)曲線最大峰值超過穩(wěn)態(tài)值的部分，即是最大超調(diào)量，簡稱超調(diào)量。最小相位系統(tǒng)：如果控制系統(tǒng)的所有極點(diǎn)和零點(diǎn)均位于 s左半閉平面上，則稱該系統(tǒng)為最小相位系統(tǒng)。 傳遞函數(shù)：線性(或線性化)定常系統(tǒng)在零初始條件下， 輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比。調(diào)節(jié)時間：響應(yīng)曲線從零開始一直到進(jìn)入并保持在允許的誤差帶內(nèi)(2%或 5

10、%)所需的最短時間。頻率響應(yīng)：指系統(tǒng)在正弦輸入信號作用下，線性系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)分量。S平面上運(yùn)動的軌跡。頻率特性統(tǒng)頻率響應(yīng)與正弦輸入信號的復(fù)數(shù)比，就稱為頻率特性。 根軌跡：指當(dāng)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中某一參數(shù)從零變化到無窮時，閉環(huán)特征方程式的根在三、簡答題：1、簡述自動控制系統(tǒng)的基本工作原理？ 解：自動控制系統(tǒng)的基本工作原理是通過測量裝置隨時監(jiān)測被控量，并與給定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差 信號；根據(jù)控制要求對偏差進(jìn)行計算和信號放大，并且產(chǎn)生控制量，驅(qū)動被控量維持在希望值附近。2、簡述奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)。閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是開環(huán)頻率特性曲線C(j 3 )H(j不通過(-1,j0)點(diǎn)，且逆時針包圍(-

11、1,j0)點(diǎn)的周數(shù)數(shù)等于開環(huán)傳遞函數(shù)正實(shí)部極點(diǎn)的個數(shù) ，即N= P。3、試簡述Bode圖的主要優(yōu)點(diǎn)。(參考教材P146)解：(1 )利用對數(shù)運(yùn)算可以將串聯(lián)環(huán)節(jié)幅值的乘除運(yùn)算轉(zhuǎn)化為加減運(yùn)算。(2) 可以擴(kuò)大所表示的頻率范圍，而又不降低低頻段的準(zhǔn)確度。(3) 可以用漸近線特性繪制近似的對數(shù)頻率特性，從而使頻率特性的繪制過程大大簡化。根據(jù)物理或化學(xué)定理、定律，列出部件的原始方程式。 列出原始方程式中中間變量與其他變量的關(guān)系式。從所有方程式中消去中間變量，僅保留系統(tǒng)的輸入變量和輸出變量。將微分方程表示成標(biāo)準(zhǔn)形式，既輸出變量在左，輸入變量在右，導(dǎo)數(shù)階次從高到低排列。(參考教材2.4.2節(jié))4、 建立元件

12、或系統(tǒng)的微分方程可依據(jù)什么步驟進(jìn)行？(參考教材2.2節(jié)) 解：(1 )在條件許可下適當(dāng)簡化，忽略一些次要因素。(2)(3)(4)(5)5、簡述控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的建立步驟。解：(1)建立控制系統(tǒng)各元件或部件的微分方程。在建立微分方程時，應(yīng)分清輸入量、輸出量，同時 應(yīng)該考慮相鄰部件之間是否有負(fù)載效應(yīng)。(2) 對各元件或部件的微分方程進(jìn)行拉普拉斯變換，然后作出各部件的結(jié)構(gòu)圖。(3) 按照系統(tǒng)中各變量的傳遞順序，依次將各部件的結(jié)構(gòu)圖連接起來，置系統(tǒng)的輸入變量于左端， 輸出變量于右端，便得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。&簡述繪制系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)坐標(biāo)圖的一般步驟和方法。(參考教材P152)解：(1)寫出以時間常數(shù)表示、以典型

13、環(huán)節(jié)頻率特性連乘積形式的開環(huán)頻率特性。(2)求出各環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率，并從小到大依次標(biāo)注在對數(shù)坐標(biāo)圖的橫坐標(biāo)上。(3) 計算20lgK的分貝值，其中K是系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)。過=1、20lgK這一點(diǎn)作斜率為-20vdB/dec 的直線，即為低頻段的漸近線，V是開環(huán)傳遞函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的個數(shù)。(4) 繪制對數(shù)幅頻特性的其他漸近線，方法是：從低頻段漸近線開始，從左到右，每遇到一個轉(zhuǎn) 角頻率就按上述規(guī)律改變一次上一頻段的斜率。(5)給出不同3值，計算對應(yīng)的 憶 再利用甲=路二石心4 =為哄進(jìn)行代數(shù)相加, 畫出系統(tǒng)的開環(huán)相頻特性曲線。三、計算及綜合題1、教材作業(yè)題、例題：C(s)/R(s。P54: 2-10 (b);試化簡圖中各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求傳遞函數(shù)-E4P55:2-12 (a);系統(tǒng)的信號流圖如圖所示，試用梅遜公式求C(s)/R(sP100 :3-9 ;某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)K(s +