控制工程基礎(chǔ)試題A卷標準答案

1、20120712蘭州石家莊鐵道學(xué)院2010-2011學(xué)年第1學(xué)期2008級本科班期末考試試卷（A）課程名稱：控制工程基礎(chǔ) 任課教師：劉希太、鄭明軍 考試時間：120分鐘 學(xué) 號： 姓 名： 班 級： 考試性質(zhì)（學(xué)生填寫）：正?？荚嚕?）緩考（ ）補考（ ）重修（ ）提前修讀( )題 號一二三四五總分滿 分2020103020100得 分改卷人注：將所有答案寫在后面的答題紙上，最后一頁為草稿紙。一、 填空題（每空1分，15題共20分）1 控制系統(tǒng)由 兩部分組成。2 建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法有 和 兩種。3 按其數(shù)學(xué)模型是否滿足 ，控制系統(tǒng)可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。4 隨動系統(tǒng)是指 。5 經(jīng)典控制

2、理論采用的數(shù)學(xué)模型主要 以為基礎(chǔ)；現(xiàn)代控制理論采用的數(shù)學(xué)模型主要以為 基礎(chǔ)。6 工程上常用的線性化方法是 。 7 廣義誤差平方積分性能指標特點 。8 校正元件按在系統(tǒng)中的連接方式可分為串聯(lián)校正、 和 等。9 系統(tǒng)頻率特性指標中的諧振頻率是指 。10系統(tǒng)傳遞函數(shù)與其單位脈沖響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系是 。11系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是 。12某線性定常系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)為，。其單位階躍響應(yīng)為 。13在工程控制實踐中，為使系統(tǒng)有滿意的穩(wěn)定性儲備，一般其幅值裕度應(yīng)滿足 。14最小相位系統(tǒng)是指 。15已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，則系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比以及單位斜坡輸入所引起的穩(wěn)態(tài)誤差分別為 、 、 。二、單項選擇題（每題2

3、分，10題共20分）1下面關(guān)于微分環(huán)節(jié)的控制作用描述中正確的是： ( )(A)使相位滯后 (B)減小系統(tǒng)的阻尼 (C)抗高頻干擾 (D)使相位超前2穩(wěn)態(tài)誤差除了與系統(tǒng)的型別、傳遞函數(shù)有關(guān)外，還與下述哪一項有關(guān)？ ( )(A) 階次 (B) 振蕩頻率 (C) 阻尼比 (D) 輸入信號類型3二階振蕩系統(tǒng)幅值衰減的快慢取決于： ( )(A) (B) (C) 特征根實部絕對值 (D) 特征根虛部的分布情況4系統(tǒng)輸出的拉氏變換完全取決于： ( )(A)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的極點位置 (B)系統(tǒng)的初始狀態(tài)、輸入及其傳遞函數(shù)(C)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) (D)系統(tǒng)的固有特性5相位滯后校正環(huán)節(jié)相當于： ( )（A）低通濾波

4、器 （B）高通濾波器 （C）帶通濾波器 （D） 帶阻濾波器6下圖為一階系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)曲線，則下列說明正確的是： ( )(A) 系統(tǒng)的輸出為 (B) 系統(tǒng)的輸出為(C) 系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 (D) 系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)調(diào)整時間為2s 7. PI控制類似于： （ ）(A) 增益調(diào)整 (B) 相位超前校正 (C) 相位滯后校正 (D) 相位滯后-超前校正 8某單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為，則輸入時穩(wěn)態(tài)輸出的幅值為: （ ）（A） （B） （C）2 （D）1 9已知下列系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 (所有參數(shù)均大于0)，則下圖中所給幅相曲線中正確的是： （ ） 10用Nyquist穩(wěn)定判據(jù)判斷上面第9小題所給開環(huán)系

5、統(tǒng)所對應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所得結(jié)論正確的是： （ ） (A)，；不穩(wěn)定 (B)，；不穩(wěn)定(C)，；穩(wěn)定 (D) ，；穩(wěn)定三、簡答題（2題共10分）1、簡述系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線中三頻段分析法及其適用范圍。2、相位超前校正與相位滯后校正在應(yīng)用方面有何不同？四、計算題（4題共30分）1（4分）系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖如下所示，求其傳遞函數(shù)，要求寫出結(jié)果即可。 2（6分）已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳函為。利用matlab分別繪制開環(huán)系統(tǒng)N氏圖、bode圖、穩(wěn)定性圖，給出穩(wěn)定性表示值，并利用單位脈沖響應(yīng)進行穩(wěn)定性驗證。3（10分）控制系統(tǒng)如圖所示，輸入信號為，。試分析系統(tǒng)穩(wěn)定性及誤差。4（10分）已知最小相位

6、系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線如下圖所示。試給出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，并計算其相位裕量。若上圖為校正后的系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線圖，而原有系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，求串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)。五、平時成績（包括平時作業(yè)、期中測驗、考勤和實踐環(huán)節(jié)，共20分）。石家莊鐵道學(xué)院2010-2011學(xué)年第1學(xué)期2008級本科班期末考試試卷（A）標準答案課程名稱：控制工程基礎(chǔ) 任課教師：劉希太 考試時間：120分鐘 班 級：機械0801,1-6一、填空題（每空1分，15題共20分）1.控制對象和控制器2分析法、實驗法3.疊加性4.在外界作用下，系統(tǒng)的輸出能相應(yīng)于輸入在廣闊范圍內(nèi)按任意規(guī)律變化的系統(tǒng)5. 傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程

7、6將非線性函數(shù)在平衡點附近展開成Taylor級數(shù)，然后去掉高次項以得到線性函數(shù)7既不允許大的動態(tài)誤差e(t)長期存在，又不允許大的誤差變化率長期存在8反饋校正、順饋校正9幅頻特性A()出現(xiàn)最大值A(chǔ)max時的頻率10拉氏反變換11閉環(huán)系統(tǒng)特征根具有負實部1213大于6dB或大于214傳遞函數(shù)所有零點和極點均在復(fù)平面s的左半平面內(nèi)153；二、單項選擇題（每題2分，10題共20分）(D) (D)（C）(B)（A） (B) (C) (D)（A）(D）三、簡答題（2題共10分）1、簡述系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線中三頻段分析法及其適用范圍。答: 系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線可分為低頻段、中頻段和高頻段：低頻段通

8、常指幅頻特性曲線在第一個轉(zhuǎn)折頻率以前的區(qū)段（），其特性由積分環(huán)節(jié)和開環(huán)增益決定，反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度；中頻段通常指幅頻特性曲線在系統(tǒng)轉(zhuǎn)折頻率附近的區(qū)段（），反映了系統(tǒng)的平穩(wěn)性和快速性；高頻段通常指幅頻特性曲線在中頻段以后的區(qū)段（），反映了系統(tǒng)的抗干擾能力。三頻段分析法適用范圍：單位負反饋的最小相位系統(tǒng)且其閉環(huán)穩(wěn)定。2、相位超前校正與相位滯后校正在應(yīng)用方面有何不同？答：相位超前校正常用于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性已經(jīng)滿足，響應(yīng)速度較快，但動態(tài)指標如相角裕量過小，超調(diào)量過大，調(diào)節(jié)時間過長的情況。特點：特點：增大了相位裕度，加大了帶寬，從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，動態(tài)過程得到了顯著改善，但由于系統(tǒng)的增益和型次不變，

9、穩(wěn)態(tài)精度提高較少。相位滯后校正利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻衰減特性，使系統(tǒng)校正后截止頻率下降，從而獲得足夠的相角裕度。特點：可以加大低頻段和增益，而對高頻段影響不大。對于高精度，而快速性要求不高的系統(tǒng)常采用滯后校正，如恒溫控制等。 (為了滿足嚴格的穩(wěn)態(tài)性能要求，在采用無源校正網(wǎng)絡(luò)時，超前校正要求一定的附加增益，而滯后校正一般不需要附加增益；對于同一系統(tǒng)，采用超前校正系統(tǒng)的帶寬大于采用滯后校正時的帶寬。當輸入端電平噪聲較高時，一般不宜選用超前網(wǎng)絡(luò)補償。)四、計算題（4題共30分）1（4分）2（6分）只要符合要求即可。參考答案如下：clear,s1=zpk(,0,-2,40); sb1=feedback(s1,1)figure(1)subplot(2,2,1);nyquist(s1),gridsubplot(2,2,2);bode(s1),gridsubplot(2,2,3);margin(s1),gridsubplot(2,2,4); impulse (sb1),gridGm,Pm,Wcg,Wcp=margin(s1)3（10分）解：系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程： （2分）由勞斯判據(jù)可得系統(tǒng)穩(wěn)定條件： ，均大于零且。（3分）穩(wěn)態(tài)誤差分析 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，為II型系統(tǒng)，對加速度輸入有差。（2分）對輸入信號，由疊加原