控制工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)題帶答案的

1、一、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)=_、t=_、ea=_ 、sin .t2.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_ 。4.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_c _6t5.函數(shù)f(t)=3e的拉氏變換式是_。6.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_ 。7.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

2、。8.已知傳遞函數(shù)為G(s)二占，則其對數(shù)幅頻特性L( )在零分貝點(diǎn)處的頻率數(shù)值為 二,Ks9.在系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線上，低頻段部分主要由積分環(huán)節(jié)和比例決定。110.慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)丄，它的幅頻特性的數(shù)學(xué)式是,它的相頻特性的數(shù)學(xué)式是Ts+1_ - arctanT豹_ 。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)到一最終或穩(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

3、的充要條件。14. I型系統(tǒng)G(s)K在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為0，在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為s(s + 2)x_。(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)。17.傳遞函數(shù)的組成與輸入、輸出信號無關(guān)，僅僅決定于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并且只適于零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

4、而變化的函數(shù)關(guān)系稱為相頻特性_ 。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 _ 20_dB/dec。21.二階衰減振蕩系統(tǒng)的阻尼比 E 的范圍為_0.50.8_。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)部都是負(fù)數(shù)時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。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ess=:=。(參考教材P89)24.用頻域法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是正弦函數(shù).。25.線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用一加_ 原理，而非線性控制系統(tǒng)則不能。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)、丨型系統(tǒng)、II型

5、系統(tǒng)，這是按開環(huán)傳遞函數(shù)的積分 環(huán)節(jié)數(shù)來分類的。28.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)_圖示法。29.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_。1.1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。1.2控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間ts=（取誤差允許范圍 芳）。（參考教材P69）1.2控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間ts=_ （_取誤差允許范圍坐）。（參考教材P69）1.5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。1.6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 _

6、 ，根軌跡增益為 _ 。根軌跡必然對稱于_ 軸。1.7頻率特性的圖形表示法主要有 _ 與_兩種。1.7線性時不變自動控制系統(tǒng)的頻率特性可分為 幅頻特性與相頻特性兩大類。1.8系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的描述主要有 _ 與_兩種。1.9自動控制系統(tǒng)串聯(lián)校正方法有 _ 、_與_ 三種。1.1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 有微分方程_、_傳遞函數(shù)_、_動態(tài)結(jié)構(gòu)圖_與_信號流圖_四種。1.2線性系統(tǒng)的特性可分解為_疊加性_與_齊次性_兩種。1.3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 _。1.4根軌跡必然對稱于 _軸。1.5線性時不變自動控制系統(tǒng)的頻率特性

7、可分為 幅頻_與_相頻_兩大類。1.8 Bode圖橫軸以_lg3 為坐標(biāo)分度，但以_3 標(biāo)記。1.9慣性環(huán)節(jié)G（s）=1/（T s+1）的Bode圖的轉(zhuǎn)折頻率和轉(zhuǎn)折斜率分別為 _和_1對控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)定性、_準(zhǔn)確性_ 、_快速性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 _-20_dB/dec。5 .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_ 。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)等于輸出信 號的積分。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)系稱為相頻特性。2._積分環(huán)

8、節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為 _ 20_dB/dec。3.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4.單位階躍函數(shù)1（t）的拉氏變換為 _ 。6._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。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G(s)1 G(s)H(s)7.系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與_輸出量的希望值 一一之間的偏差稱為誤差。9.設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為G（j ） =R（j ） jIC ），則1（）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

9、號是 _ 正弦函數(shù)_。11.線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用 疊加原理，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)、丨型系統(tǒng)、II型系統(tǒng)，這是按開環(huán)傳遞函數(shù)的 _積分 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 _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。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)

10、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)(土2%或土 5%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。頻率特性：系統(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S 平面上運(yùn)動的軌跡。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

11、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 )H(j3)不通過(-1,j0)點(diǎn),且逆時針包圍(-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4、建立元件或系統(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

12、適當(dāng)簡化，忽略一些次要因素。(2) 根據(jù)物理或化學(xué)定理、定律，列出部件的原始方程式。(3) 列出原始方程式中中間變量與其他變量的關(guān)系式。(4) 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。(5) 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。5、簡述控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的建立步驟。(參考教材2.4.2節(jié))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

13、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，再利用.-三-二進(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：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)C(s)/R(s)P100：3-9;某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為WHs二sTs1 2S1，試確定能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)K、T的取值范圍。K (s + 3 P114：例4-4;已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Gs)Hs，試?yán)L制根軌跡(s + 1 Is + 2 )KP159:例