控制工程基礎試卷及答案

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西北工業(yè)大學考試題（A卷）（考試時間120分鐘）

學院：專業(yè)：姓名：學號：

題號得分

8.系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是系統(tǒng)的閉環(huán)極點均位于s的左半平面。P1019.系統(tǒng)誤差的定義為被控量期望值與實際值之差。P10510.

開環(huán)頻率特性的低頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，中頻段表征了閉環(huán)

系統(tǒng)的動態(tài)特性，高頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的繁雜性。P117

一二三四總分二．判斷題（共20分，每空2分）

1.實現(xiàn)自動控制的裝置可以不同，但反饋控制的原理卻是一致的。P3（√）2.結構圖等效變換的原則是變換后與變換前的輸入量和輸出量都保持不變。P22（√）

3.穩(wěn)態(tài)響應是指時間t趨向于無窮小時，系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。P35（×）4.開環(huán)對數(shù)幅頻特性的漸近線斜率越大、位置越高，對應的開環(huán)系統(tǒng)積分個

一．填空題（共24分，每空1.5分）

1.實現(xiàn)恒溫控制有兩種方法：人工控制和自動控制。P2

2.若一個元件的輸入和輸出的關系曲線為直線，則稱元件為線性元件。P6

數(shù)越多，放大系數(shù)越大。P74（√）

3.系統(tǒng)的數(shù)學模型都是線性常系數(shù)微分方程，它的一個重要性質是具有齊次性和疊加性。P13

越高。P97（×）

4.在控制工程中，一般需要確定信號流圖中輸出和輸入間的關系，即系統(tǒng)的

6.對于一個穩(wěn)定系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)響應中的暫態(tài)分量隨著時間的推移逐漸減小并趨

閉環(huán)傳遞函數(shù)。P27

近于零。P106（√）

5.動態(tài)響應是指系統(tǒng)在某一信號的作用下，其輸出量從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)

7.自動控制系統(tǒng)在給定輸入信號的作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的結構、

的響應過程。P35

參數(shù)和給定信號的形成有關。P107（√）

6.乃奎斯特圖又稱為極坐標圖或幅相頻率特性圖。P55

8.為滿足穩(wěn)態(tài)精度要求，要保持系統(tǒng)有一定的開環(huán)增益，超前網絡的衰減損

7.最小相位系統(tǒng)是指系統(tǒng)的傳遞函數(shù)在復平面無右極點和右零點的系統(tǒng)。P70

5.對于穩(wěn)定的系統(tǒng)，G?j??H?j??曲線離（-1,j0）點越近，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定程度

第1張，共3張

失就必需用減小放大器的增益來補償。P119（×）9.在描述同一控制系統(tǒng)時，狀態(tài)空間模型和I/O模型可以相互轉換。P145（√）10.

經典控制理論中用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的輸入-輸出特性，被控量就是輸

2）反饋校正：從系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)引出反饋信號，通過校正裝置GC?s?構成局部反饋回路。

四．計算題。（共40分）

1.化簡圖1所示的結構圖。（9分）

入量。P146（×）

三．簡述題。（共16分，每題8分）

1.簡述建立系統(tǒng)微分方程的步驟是什么？P10

答：1）全面了解系統(tǒng)的工作原理、結構、組成和支配系統(tǒng)運動的物理規(guī)律，確定系統(tǒng)和各元件的輸入量和輸出量。

2）從系統(tǒng)的輸入端開始，根據(jù)各元件或環(huán)節(jié)所遵循的物理規(guī)律，依此列寫它們的微分方程。

3）將各元件或環(huán)節(jié)的微分方程聯(lián)立起來消去中間變量，求取一個僅含有系統(tǒng)的輸入量和輸出量的微分方程。

4）將該方程整理成標準形式。即把與輸入量有關的各項放在方程的右邊，把與輸出量有關的各項放在方程的左邊，各導數(shù)項按降冪排列，并將方程式中的系數(shù)化為具有一定物理意義的表示形式。2.什么是系統(tǒng)的校正？系統(tǒng)的校正有哪些方式？P118

圖1P25

解：

答：校正就是在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)性能的方法。1）串聯(lián)校正：串聯(lián)校正指校正裝置GC?s?串聯(lián)在前向通道中。

第2張，共3張

2.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

G?s??10s?2s?1?

3.某最小相位系統(tǒng)，其開環(huán)對數(shù)幅頻特性如下圖，試寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。

試繪制該系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性曲線。（12分）P60

解：該系統(tǒng)由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)組成，其頻率特性表達式為

G?j???10

j??j2??1?（9分）P72

解：由圖知，該系統(tǒng)是由比例、積分和慣性環(huán)節(jié)形成。則傳遞函數(shù)為

開環(huán)幅頻、相頻特性為

A????10G?s????2??2?1

又有T?Ks?Ts?1???????90??arctan2?G?j??曲線的起點為

??01??1?1.250.8由于L?0.8??20dB，即A?0.8??10，根據(jù)漸近線幅頻特性特點，有

K?10

0.8?0?1?limG?j??????90?

G?j??曲線的終點為

??0limG?j??????180?

得K?8

所以，該傳遞函數(shù)為

G?s??8

s?1.25s?1?繪制其開環(huán)幅相頻率特性曲線如右圖。

第3張，共3張

4.一個反饋控制系統(tǒng)的特征方程為

s3?5Ks2??2K?3?s?10?0

試確定該閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值。（10分）P89

解：該題給出了系統(tǒng)閉環(huán)特征方程，可利用勞思判據(jù)求出K值范圍s312K?3s25K10s1

2K2?3K?2K