廣東工業(yè)大學機械工程控制基礎試卷和答案

1、廣東工業(yè)大學考試試卷 ( B )課程名稱: 控制工程 試卷滿分 100 分考試時間: 2011 年 12 月2 日 (第 14 周 星期 五) 題 號一二三四五六七八九十總分評卷得分評卷簽名復核得分復核簽名一、填空題（20分，每空1分，答案填在答題紙上）1、自動控制系統(tǒng)按輸出變化規(guī)律可分為 、 和 。2、某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ，其零點為 ，放大系數(shù)為 ，極點為 、 。 3、控制系統(tǒng)中常用的幾種典型的實驗輸入信號為： 、 和 。4、微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 ，慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 。5、 和 總稱為系統(tǒng)的頻率特性。6、根據(jù)校正環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的連接方式，校正可分為： 、 和 。7、采用PI校正，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)

2、誤差 ，但相位裕度 ，穩(wěn)定程度 。二、（10分）求系統(tǒng)的微分方程，并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。學 院： 專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 裝 訂 線三、（10分）通過方框圖的等效變換求取如下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/R(s)，并繪制主要步驟的方框圖。四、（10分）已知某控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，試求時該系統(tǒng)的輸出。五、（10分）已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。當系統(tǒng)的輸入信號為時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差？ 六、（10分）設單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，當作用輸入信號時，試求系統(tǒng)的頻率特性及穩(wěn)態(tài)輸出。七、（10分）試繪制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。八、（10分）系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖如下圖所示, 已知

3、，試求閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并用Routh判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定時的K的取值范圍。九、已知兩個系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的Nyquist圖如下圖所示，試用Nyquist判據(jù)判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定？并說明判斷的理由（其中，p、v分別為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的不穩(wěn)定極點的個數(shù)和積分環(huán)節(jié)的個數(shù)）。(a) (b)附錄：拉氏變換表序號時間函數(shù)拉式變換1121345廣東工業(yè)大學考試試卷參考答案及評分標準 ( A )課程名稱: 控制工程 試卷滿分 100 分考試時間: 2011 年 12 月2 日 (第 14 周 星期 五) 1、 填空題（20分，每空1分）1、比較環(huán)節(jié)、測量環(huán)節(jié)、放大及運算環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)。2、開環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)。3、

4、-40，10，-8，-4。4、，5、穩(wěn)態(tài)。6、增益調整，相位超前校正，相位滯后校正，相位滯后超前校正。7、增加，增強。二、（10分）求系統(tǒng)的微分方程，并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。解：輸出點處力平衡方程為： （2分）整理得：（2分，如果直接寫出正確形式的微分方程給4分）對上式兩邊做Laplace變化，得 （3分）整理上式得傳遞函數(shù)： （3分，如果直接寫出正確的傳遞函數(shù)給6分）學 院： 專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 裝 訂 線三、（10分）解： （2分）（2分）（2分）（4分）評分標準要點：1. 閱卷人員對照標準答案，按步驟評分。2. 若認為與某一步驟相似，即可給該分數(shù)；若認為某一步驟不完全正確，可按步

5、驟減去一至二分，以后步驟均不給分。3. 步驟不完整，但是結果正確的，也可給滿分；結果錯誤的，只給出正確的步驟分。4. 由于解法并不唯一，采用其它變化方法或梅遜公式的，結果正確也可給滿分，結果錯誤的參照評分標準1給分。四 一階系統(tǒng)響應四、（10分）已知某控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，試求時該系統(tǒng)的輸出。解：（1）求輸入時系統(tǒng)的輸出 （1分） (1分) 對進行拉氏反變換可求得 (2分) （2）求輸入時系統(tǒng)的輸出 (1分) (1分) 對進行拉氏反變換可求得 (2分) （3）根據(jù)疊加原理，可求得系統(tǒng)的輸出 (2分)評分標準：(1) 按答案后的分值給分； (2) 能求出輸出的拉斯變換的可得4分； (3) 輸出項

6、的系數(shù)錯的，根據(jù)錯的系數(shù)個數(shù)進行扣分；五、（10分）已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖如下圖所示，當輸入時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。求值。解：系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為： (2分)系統(tǒng)的開環(huán)增益，積分環(huán)節(jié)個數(shù)，為“I”型系統(tǒng)。 （1分）“I”型系統(tǒng)對單位斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)偏差 。 （2分）則對斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)偏差則為 （2分）由于該系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng)，則有 （2分）解得 （1分）評分標準：(1) 按答案后的分值給分； (2) 不說明穩(wěn)態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)偏差關系的扣1分； (3) 輸入系數(shù)錯導致結果為200，扣2分；六、(10分) 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，(1).求系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性；(2). 當作用輸入信

7、號時的穩(wěn)態(tài)輸出。解：(1)求頻率特性（共6分） （2分，如果未寫此式，后續(xù)特性正確則將2分分解加入兩個特性中）， 幅頻特性為： （2分） 相頻特性為： （2分）（2）求穩(wěn)態(tài)輸出由輸入知：，所以，（1分） （3分）評分標準：幅度和相位各1.5分，如果不計算開根號和反三角函數(shù)，則必須和第二個等號后的式子完全一致；如果計算出小數(shù)，則要求小數(shù)點后1位符合即可，同時需要檢查是否有中間過程，不能體現(xiàn)頻率特性求解穩(wěn)態(tài)響應的過程，結果正確也扣2分。七、（10分）試繪制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。解：（1） 化為標準形式 （2分）（2） 頻率特性為： （1分）（3）各環(huán)節(jié)的轉角頻率為： 導前環(huán)節(jié)的轉角頻率

8、為： （1分）慣性環(huán)節(jié)的轉角頻率為： （1分）慣性環(huán)節(jié)的轉角頻率為： （1分）（4）對數(shù)幅頻特性圖如下： （4分）評分標準：按步驟給分。在化為標準形式時，若直接從頻率特性得出，第（1）、（2）步得滿分。在畫圖時，若有思路，但結果錯誤，根據(jù)畫圖的情況考慮給1分或2分?？鄯旨殑t：1.若沒有寫出頻率特性，扣1分。2.在化為標準形式時，若思路正確，結果錯誤，扣1分。3.在畫對數(shù)幅頻特性圖時，若轉角頻率的標注位置有明顯錯誤，扣1分。直線的斜率明顯不對，扣1分。在轉角頻率處，曲線不轉折，扣1分。若曲線的形狀基本正確，但畫圖時，將應該在橫軸之上的曲線畫在橫軸之下，扣1分。若曲線的形狀基本正確，但坐標軸的信息標識不清楚，扣1分。八、(10分)已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù), 試用Routh判據(jù)求系統(tǒng)穩(wěn)定時的取值范圍。答:系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為: (1分)其特征方程 (1分)建立Routh表格: (第一列每個1分)根據(jù)Routh判據(jù)要求: (2分)則可得到: (2分)九、（10分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試