控制工程基礎考卷帶答案復習資料

1、.wd一、填空題：每空1分，共20分1對控制系統的 根本要求一般可歸結為_穩(wěn)定性，準確性，快速性_、_、_。2自動控制系統對輸入信號的響應，一般都包含兩個分量，即一個是瞬態(tài)響應分量，另一個是_響應分量。3在閉環(huán)控制系統中，通過檢測元件將輸出量轉變成與給定信號進展比擬的信號，這個信號稱為_。4假設前向通道的傳遞函數為G(s)，反響通道的傳遞函數為H(s)，那么閉環(huán)傳遞函數為_。5 函數f(t)=的拉氏變換式是_ 。6 開環(huán)對數頻率特性的低頻段中頻段高頻段分別表征了系統的穩(wěn)定性，動態(tài)特性，抗干擾能力。7Bode圖中對數相頻特性圖上的180°線對應于奈奎斯特圖中的_。8單位反響系統的開環(huán)傳

2、遞函數為：求出系統在單位階躍輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差為。9閉環(huán)系統穩(wěn)定的充要條件是所有的閉環(huán)極點均位于s平面的_半平面。10設單位反響控制系統的開環(huán)傳遞函數為，當系統作用有xi(t) = 2cos(2t - 45°)輸入信號時，求系統的穩(wěn)態(tài)輸出為_。11傳遞函數為，那么其對數幅頻特性Lw在零分貝點處的頻率數值為_ 。12 在系統開環(huán)對數頻率特性曲線上，低頻段局部主要由環(huán)節(jié)和決定。13慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數，它的幅頻特性的數學式是_,它的相頻特性的數學式是_。14系統的單位階躍響應為，那么系統的脈沖脈沖響應為_。得 分評卷人一、填空題每空1分，共20分：1 穩(wěn)定性，準確性，快速性；2 穩(wěn)態(tài)；3 反

3、響；4 ；5 6 穩(wěn)定性，動態(tài)特性，抗干擾能力；7 負實軸；8 9 右半平面； 10 11 ;12 積分，比例；13 14 二、判斷題：每題1分，共10分1. 在對數相頻特性圖中，L0范圍內開環(huán)對數相頻特性曲線由下而上穿過-180°線時為正穿越。2. 奈奎斯特穩(wěn)定判據只能判斷線性定常系統的穩(wěn)定性，不能判斷相對穩(wěn)定性。3. 最大超調量Mp與系統的阻尼比和固有頻率n有關。4. 閉環(huán)傳遞函數中積分環(huán)節(jié)的個數決定了系統的類型。5. Mason(梅遜公式)公式適用于線性和非線性定常系統。6. 物理本質不同的系統，可以有一樣的數學模型。7. 疊加定理可以用在非線性系統。8. 傳遞函數是復數s域的

4、系統數學模型，它僅取決于系統本身的構造及參數，與系統的輸入形式無關。9. 對于二階系統，實際的工程常常設計成欠阻尼狀態(tài)，且阻尼比以選擇在0.41.0為宜。10. 一般系統的相位裕度應當在30度至60度之間，而幅值裕度應當大于6dB。1錯誤；2 正確；3 錯誤；4 錯誤；5 錯誤；6 正確；7 錯誤；8 正確；9 錯誤；10 正確。 根本概念：第一章：1對控制系統的 根本要求一般可以歸納為：穩(wěn)定性、快速性和準確性。其中穩(wěn)定性的要求是系統工作的必要條件。隨動系統對響應快速性要求較高。2開環(huán)與閉環(huán)系統的定義。分別舉例說明3對自動控制系統，按反響情況可以分為哪些按輸出變化規(guī)律可分為哪些第二章1控制系統

5、的數學模型有哪些表達方式各自有何特點2微分方程的定義，如何由微分方程推導到傳遞函數3傳遞函數的定義：線性定常系統在零初始條件下，輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比，稱為該系統的傳遞函數。4傳遞函數的分子反映了系統同外界的聯系，傳遞函數的分母反映了系統本身與外界無關的固有特性； 5線性控制系統一般可由典型的環(huán)節(jié)所組成，這些典型環(huán)節(jié)分別為：比例環(huán)節(jié)，慣性環(huán)節(jié)，微分環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)，振蕩環(huán)節(jié)，延時環(huán)節(jié)。這些典型環(huán)節(jié)的傳遞函數分別是什么6線性定常系統的穩(wěn)定性取決于系統的構造和參數，與系統的輸入信號無關。7以下哪些屬于系統傳遞函數方框圖的構造要素有：函數方框，相加點，分支點第三章：時域分析1我們常說的

6、典型輸入信號有哪些2時間響應的概念：時間響應是指系統在輸入信號作用下，系統輸出隨時間變化的函數關系3時間響應分析是由零輸入響應和零狀態(tài)響應所組成的。不特別指明，時間響應都是指零狀態(tài)響應4瞬態(tài)過程、穩(wěn)態(tài)過程的含義。5一階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數為，其中T的含義是什么二階振蕩環(huán)節(jié)的傳遞函數為，其中和分別是什么6二階系統響應的性能指標有哪些它們的計算公式分別是什么第四章：頻域分析1頻率響應的概念：系統對輸入為諧波時的穩(wěn)態(tài)響應稱為頻率響應2頻率特性的表示法: Nyquist 圖極坐標圖，又稱為幅相頻率特性圖；Bode 圖對數坐標圖，又稱為對數頻率特性圖3典型環(huán)節(jié)的Bode 圖第五章：1系統穩(wěn)定的充要條件為：

7、系統的全部特征根都具有負實部；反之，假設特征根中只要有一個或一個以上的正實部，那么系統必不穩(wěn)定。2穩(wěn)定性的判據有那些： Routh判據，Nyquist判據，Bode判據。其中Nyquist穩(wěn)定性判據是通過開環(huán)傳遞函數來判定閉環(huán)系統的穩(wěn)定性3.系統的相對穩(wěn)定性可以用相位裕度和幅值裕度來表示，是如何定義的書134,135頁第六章1PID控制器中的P、I、D分別指按偏差的比例、積分、微分進展控制。PI,PD,PID屬于什么性質的校正，各有何特點書154，155，156頁2.相位超前校正假設，最大相位超前角3.相位滯后校正裝置的傳遞函數為，最大滯后角為一，填空10*1分=10分1、 控制的 根本方式有

8、哪些根據系統是否存在反響，可將系統分為開環(huán)控制系統和閉環(huán)控制系統兩大類。 開環(huán)控制沒有反響，閉環(huán)系統有反響。2、 反響控制系統的 根本組成：給定元件，測量元件，比擬元件，放大元件，執(zhí)行元件，校正元件。3、 按系統的數學描述分類：線性系統、非線性系統，按系統的傳遞信號的性質分類：連續(xù)系統、離散系統。4、 對控制系統的性能要求：穩(wěn)定性、快速性、準確性。5、 f(t)=8t²+3t+2,求f(t-2)的拉普拉斯變換ft2=6、 數學模型：描述系統動態(tài)特性及各變量之間關系的數學表達式，分為動態(tài)數學模型和靜態(tài)數學模型。7、 建設控制系統數學模型的方法分為：分析法、實驗法。8、 對于非線性微分方

9、程的線性化處理一般有兩種方法：1.直接略去非線性因素，2.切線法或微小偏差法。9、 信號流圖是一種表示一組聯立線性代數方程的圖。是由節(jié)點和支路組成的信號傳遞網絡。10、 常用的脈沖輸入試驗信號有單位脈沖函數，單位階躍函數，單位斜坡函數，單位加速度函數，正弦函數等。11、 根據極點分布情況，二階系統分類如下：欠阻尼二階系統、無阻尼二階系統、臨界阻尼二階系統、過阻尼二階系統。二，名詞解釋3*4分=12分1、傳遞函數：單輸入單輸出線性定常系統在零初始條件下，輸出量的拉氏變換與其輸入量的拉氏變換之比。用Gs=Cs/Rs表示。2、時域響應：控制系統在外加作用輸入鼓勵下，其輸出量隨時間變化函數關系。任一穩(wěn)

10、態(tài)時域響應由瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應兩局部組成。3、最小相位系統：假設系統的開環(huán)傳遞函數Gs在右半s平面內既無極點也無零點，那么稱為最小相位系統。在最小相位系統中，對數相頻一一對應幅頻。4、主導極點：假設極點所決定的瞬態(tài)分量不僅持續(xù)時間最長，而且其初始幅值也大，充分表達了它在系統響應中的主導作用，故稱其為系統的主導極點。5、閉環(huán)頻率特性：略三，問答題3*8分=24分1，開環(huán)與閉環(huán)控制系統的優(yōu)點與缺點答：閉環(huán)控制系統的優(yōu)點是采用了反響，系統中真正起到調節(jié)的作用是偏差信號。所以，閉環(huán)系統的響應對外部干擾和內部系統的參數變化不敏感。對于給定的控制對象，有可能采用不太精細且本錢較低的元件構成精細的控制系統，

11、在開環(huán)情況下是不可能做到的。從穩(wěn)定的角度出發(fā)，開環(huán)控制比擬容易建設。閉環(huán)系統中，穩(wěn)定性很難建設，因為閉環(huán)系統可能出現超調誤差，從而導致系統做等幅振蕩或變幅振蕩。2，建設元件或系統的微分方程可依據以下步驟進展答：1.確立系統或者元件的輸入量、輸出量。2.按照信號的傳遞順序，從系統的輸入端開場，依據運動規(guī)律，列各環(huán)節(jié)的動態(tài)微分方程。3.消去所列各微分方程組中間變量，得系統的輸入量、輸出量之間關系的微分方程。4.整理得到微分方程。3，比擬時域分析與頻率特性分析的優(yōu)缺點答：時域分析法是種直接分析法，它根據所描述系統的微分方程或傳遞函數，求出系統的輸出量隨時間的規(guī)律，并由此來確定系統的性能。但不能對高階

12、系統進展分析，且求解復雜。頻率特性分析與此不同的是它不是通過系統的閉環(huán)極點和零點來分析系統的性能，而是通過系統對正弦函數的穩(wěn)態(tài)響應來分析系統性能，它將傳遞函數從復域引到頻域中進展分析。利用頻率特性分析不必求解微分方程就可估算出系統的性能，從而簡單、迅速地判斷某些環(huán)節(jié)或參數對系統性能的影響，并能指明改良系統性能的方向。4，傳遞函數的零、極點和放大系數對系統性能的影響有哪些答：1，極點決定系統固有運動屬性。 2，極點的位置決定模態(tài)的斂散性，即決定穩(wěn)定性、快速性。3，零點決定運動模態(tài)的比重。4，傳遞系數決定了系統穩(wěn)態(tài)傳遞性能?？刂乒こ谈?、 填空題(每空1分，共20分)1. 傳遞函數的定義是對于線

13、性定常系統,在初始條件為零的條件下，系統輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。2. 瞬態(tài)響應是系統受到外加作用鼓勵后，從初始狀態(tài)到最終或穩(wěn)定狀態(tài)的響應過程。3. 判別系統穩(wěn)定性的出發(fā)點是系統特征方程的根必須為負實根或負實部的復數根，即系統的特征根必須全部在復平面的左半平面是系統穩(wěn)定的充要條件。4. I型系統在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為 0 ，在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為。5. 頻率響應是系統對正弦輸入穩(wěn)態(tài)響應，頻率特性包括幅頻和相頻兩種特性。6. 如果系統受擾動后偏離了原工作狀態(tài)，擾動消失后，系統能自動恢復到原來的工作狀態(tài)，這樣的系統是(漸進)穩(wěn)定的系統。7. 傳遞函數的組成與輸入、輸出信

14、號無關，僅僅決定于系統本身的構造和參數，并且只適于零初始條件下的線性定常系統。8. 系統的穩(wěn)態(tài)誤差與輸入信號的形式及系統的構造和參數或系統的開環(huán)傳遞函數有關。9. 如果在系統中只有離散信號而沒有連續(xù)信號，那么稱此系統為離散(數字)控制系統，其輸入、輸出關系常用差分方程來描述。10.反響控制系統開環(huán)對數幅頻特性三頻段的劃分是以c截止頻率附近的區(qū)段為中頻段，該段著重反映系統階躍響應的穩(wěn)定性和快速性；而低頻段主要說明系統的穩(wěn)態(tài)性能。11. 對于一個自動控制系統的性能要求可以概括為三個方面：穩(wěn)定性、快速性和準確或準確性。自動控制工程根基一、單項選擇題：1. 某二階系統阻尼比為0，那么系統階躍響應為 A

15、. 發(fā)散振蕩 B. 單調衰減C. 衰減振蕩 D. 等幅振蕩2一階系統G(s)=的時間常數T越小，那么系統的輸出響應到達穩(wěn)態(tài)值的時間 A越長B越短C不變D不定3. 傳遞函數反映了系統的動態(tài)性能，它與以下哪項因素有關 A.輸入信號B.初始條件C.系統的構造參數D.輸入信號和初始條件4慣性環(huán)節(jié)的相頻特性，當時，其相位移為 A-270°B-180°C-90°D0°5設積分環(huán)節(jié)的傳遞函數為G(s)=，那么其頻率特性幅值M()= A.B.C.D.6. 有一線性系統，其輸入分別為u1(t)和u2(t)時，輸出分別為y1(t)和y2(t)。當輸入為a1u1(t)+a2u

16、2(t)時(a1,a2為常數)，輸出應為 A.a1y1(t)+y2(t)B.a1y1(t)+a2y2(t)C.a1y1(t)-a2y2(t)D.y1(t)+a2y2(t)7拉氏變換將時間函數變換成 A正弦函數B單位階躍函數C單位脈沖函數 D復變函數8二階系統當0<<1時，如果減小，那么輸出響應的最大超調量將 A.增加B.減小C.不變D.不定9線性定常系統的傳遞函數，是在零初始條件下 A系統輸出信號與輸入信號之比B系統輸入信號與輸出信號之比C系統輸入信號的拉氏變換與輸出信號的拉氏變換之比D系統輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比10余弦函數cos的拉氏變換是 A.B.C.D.

17、11. 微分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移()= A. 90° B. -90°C. 0° D. -180°12. II型系統開環(huán)對數幅頻漸近特性的低頻段斜率為 A.-40(dB/dec)B.-20(dB/dec)C.0(dB/dec)D.+20(dB/dec)13令線性定常系統傳遞函數的分母多項式為零，那么可得到系統的 A代數方程B特征方程C差分方程D狀態(tài)方程14. 主導極點的特點是 A.距離實軸很遠B.距離實軸很近C.距離虛軸很遠D.距離虛軸很近15采用負反響連接時，如前向通道的傳遞函數為G(s)，反響通道的傳遞函數為H(s)，那么其等效傳遞函數為 ABCD一、

18、單項選擇題：1. D 2.B 3.C 4.C 5.C 6. B 7.D 8.A 9.D 10.C 11. A 12.A 13.B 14.D 15.C二、填空題：1線性定常系統在正弦信號輸入時，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位移隨頻率而變化的函數關系稱為_。2積分環(huán)節(jié)的對數幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為_dBdec。3對于一個自動控制系統的性能要求可以概括為三個方面：穩(wěn)定性、_快速性_和準確性。4單位階躍函數1t的拉氏變換為 。5二階衰減振蕩系統的阻尼比的范圍為。6當且僅當閉環(huán)控制系統特征方程的所有根的實部都是_時，系統是穩(wěn)定的。7系統輸出量的實際值與_之間的偏差稱為誤差。8在單位斜坡輸入信號作用下，

19、0型系統的穩(wěn)態(tài)誤差ess=_。9設系統的頻率特性為，那么稱為。10. 用頻域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是_。11.線性控制系統最重要的特性是可以應用_原理，而非線性控制系統那么不能。12.方框圖中環(huán)節(jié)的 根本連接方式有串聯連接、并聯連接和_連接。13.分析穩(wěn)態(tài)誤差時，將系統分為0型系統、I型系統、II型系統，這是按開環(huán)傳遞函數的_環(huán)節(jié)數來分類的。14.用頻率法研究控制系統時，采用的圖示法分為極坐標圖示法和_圖示法。15. 決定二階系統動態(tài)性能的兩個重要參數是阻尼系數和_ 。二、填空題：1 相頻特性 2 20_3_ 0 _4 56 負數 7 輸出量的希望值 89虛頻特性10.正弦函數

20、11. _疊加_12. _反響 _13. _積分_14. _對數坐標_15. 無阻尼自然振蕩頻率wn 自動控制工程根基作業(yè)答案作業(yè)一作業(yè)二2.1 試建設圖21所示電網絡的動態(tài)微分方程，并求其傳遞函數解：a根據克希荷夫定律有由1式可得，代入2式可得，整理后得系統微分方程：經拉氏變換后，得故傳遞函數為：c根據克希荷夫定律有由2式可得，代入1式可得，整理后得系統微分方程：經拉氏變換后，得故傳遞函數為：2.2 求以下函數的拉氏變換：1234解：123由故42.3 求以下函數的拉氏反變換：12解：1由故2由故作業(yè)三3.1 設單位反響系統的開環(huán)傳遞函數為試求系統的單位階躍響應及上升時間、超調量、調整時間。

21、解：系統閉環(huán)傳遞函數與標準形式比照，可知，故，利用公式314，系統單位階躍響應為又故3.2 單位負反響二階系統的單位階躍響應曲線如圖 31所示，試確定系統的開環(huán)傳遞函數。圖31 習題 3.2圖解：由圖可知峰值時間超調量又因為，故，故故系統開環(huán)傳遞函數3.3 單位負反響系統的開環(huán)傳遞函數為假設要求16%，ts=6 s(±5%誤差帶)，試確定K、 T的值。解：由，可得，取，可得又系統閉環(huán)傳遞函數為與標準形式比照，可知，故T1，故K0.30863.4 閉環(huán)系統的特征方程如下，試用代數判據判斷系統的穩(wěn)定性。 (1) s3+20s2+9s+100=0 (2) s4+2s3+8s2+4s+3=0 解：1用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據判別，a3=1,a2=20,a1=9,a0=100均大于零，且有所以，此系統是穩(wěn)定的。2用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據判別，a4=1，a3=2，a2=8，a1=4，a0=3