2022年控制工程基础复习题答案(修)

1、.掌握工程基础期 末 复习题答案一、挑选题1、 设有一弹簧、质量、阻尼器机械系统，如下列图，以外力ft 为输入量，位移 yt 为输出量的运动微分程式可以对图中系统进行描述，那么这个微分程的阶次是：（2）（1 ） 1 阶；（ 2 ）2 阶；（ 3） 3 阶；（ 4 ）4 阶w2、一阶系统的传递函数为t35s1t；其单位阶跃响应为（2）tt（ 1） 1e 5；（ 2） 33e 5；（3 ） 55e 5；（ 4） 3e 53、已知道系统输出的拉氏变换为y s2nns20.2s2,那么系统处于 （1）n（1 ）欠阻尼；（ 2）过阻尼；（ 3 ）临界阻尼； （4 ）无阻尼4、以下开环传递函数所表示的系统

2、，属于最小相位系统的是（3）；1s11； 2tss1（ t>0）； 3s2；45s1 2s11t1s2s1 3s1ss3s25、已知系统频率特性为15 j1，当输入为xtsin 2t 时，系统的稳态输出为 （4）（ 1） sin 2ttg 15；（2）1sin 2t21tg 1 5 ；（ 3） sin 2ttg 1 5；（4）1252sin 2t1tg 1 56、已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为为（1 ）；ct12e2tet，系统的传递函数（ 1）g s3s2；（ 2）g ss2；（ 3 ）gs3s1； s1 s2 s1 s2s1 s2（ 4） gs3ss1 s27 、已知在零初

3、始条件下，系统的单位阶跃响应为ct 12e2tet，系统的脉冲响应为（1 ）；（1 ） k t2tt4ee2kttt4ee（3 ） k t4e 2te t4k t 4e te 2 t8 、系统结构图如题图所示；试求局部反馈2 加入前后系统的静态速度误差系数和静态加速度误差系数； （3）（1 ）k v0.5 ，k a0.5；（ 2） k v0 ，k a0.5 ；（ 3 ）k v0.5 ，k a0 ；（ 4）k v0 ，ka0 ；9、已知道系统输出的拉氏变换为22y snsn, 那么系统处于（3）（1 ）欠阻尼；（ 2）过阻尼；（ 3 ）临界阻尼； （4 ）无阻尼10 、设有一 rlc 电路系统，

4、如下列图，以urt 为输入量， uct 为输出量的运动微分程式可以对系统进行描述，那么这个微分程的阶次是：（ 1）（1 ） 1 阶（ 2） 2 阶（ 3 ） 3 阶（4 ） 4 阶11 、已知f ss2ss22s35s4，其原函数的终值f tt（3）（ 1） 0 ；（ 2） ；（ 3 ） 0.75；（ 4） 3312 、一阶系统的传递函数为5s1；其单位阶跃响应为（2）（ 1） 1te 5；（ 2） 3t3e 5；（3 ） 5t5e 5t；（ 4） 3e 513 、已知系统的微分程模型y 3 t 2 y 2 t ty't5 yt3y d05u ' t2ut是输出量；求系统的传递

5、函数模型gs=ys/us为（1；其中 ut 是输入量， yt）（ 1 ） gs4ss5s 2s3s5s2s215s3s5s2gs43s2s（3 ） gs2s25ss42s3s25s1（ 4 ） gss42s35s 1s214 、某一系统的速度误差为零，就该系统的开环传递函数可能是（5s14）k1ts1； 2sds sa sb；3ksska； 4s s2a；15 、依据以下几个系统的特点程，可以判定确定不稳固的系统为（2）（ 1） as3bs2csd04；（ 2） sas3bs2csd0 ；（ 3） as4bs3cs2dse0 ；其中 a、b、c、d、e均为不等于零的正数；二、简答题（1 ）图

6、1 是仓库大门自动掌握系统原理示意图；试说明系统自动掌握大门开闭的工作原理，并画出系统框图；图 2-1解： 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起； 与此同时， 和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平稳，电动机停止转动， 大门达到开启位置；反之， 当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离 开闭自动掌握；系统框图如图解1-2 所示；（2 ）、如下列图为掌握系统的原理图；（1） ）指出系统的掌握对象、被控量、给定量及主要干扰；（2） ）画出系统的原理结构图，并

7、指出各个组成元件的基本职能；（3） ）说明如转变系统的给定量输入；（4） ）判定对于给定量输入及主要干扰是否有静差；解：图 2-21掌握对象：水池水量；被掌握量：水位；给定量：电位器主要干扰：出水量的变化e 右侧电位2原理结构图：h0给定装置电机电位 ei比较装置电位差 e执行装置（电动机）v掌握对象（蓄水池）hef量测装置浮桶杠杆机构 h0: 要求水位， ei:设定电位； ef:反馈电位； e:电位差； v: 进水流量； h: 蓄水水位；(3) 转变和电机相连的触头位置可以转变给定量输入；(4) 对给定量输入和主要干扰都是无静差；3 题图为工业炉温自动掌握系统的工作原理图；分析系统的工作原理

8、，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统框图；图 2-3解：加热炉采纳电加热式运行， 加热器所产生的热量与调压器电压u c 的平成正比， u c 增高，炉温就上升，uc 的高低由调压器滑动触点的位置所掌握，该触点由可逆转的直流电动机驱动；炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压u f ；u f 作为系统的反馈电压与给定电压ur 进行比较，得出偏差电压的电枢电压；u e ，经电压放大器、功率放大器放大成ua 后，作为掌握电动机在正常情形下，炉温等于某个期望值t ° c ，热电偶的输出电压u f 正好等于给定电压ur ；此时， ueu ru f0 ，故 u1ua0 ，可逆电动机不转动，调压器

9、的滑动触点停留在某个合适的位置上，使u c 保持肯定的数值；这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳固的热平稳状态，温度保持恒定；当炉膛温度 t °c 由于某种缘由突然下降例如炉门打开造成的热量流失，就显现以下的掌握过程：掌握的结果是使炉膛温度回升，直至t ° c 的实际值等于期望值为止；tcu fueu1uauctc系统中， 加热炉是被控对象， 炉温是被控量， 给定量是由给定电位器设定的电压ur（表征炉温的期望值） ；系统框图见图解1-3 ；三、运算题（1 ）求如下列图电路网络的传递函数；其中，u0t 为输出电压， uit 为输入电压， r1 和r2 为电阻

10、， c1 和 c2 为电容；c1r1uir2u0c2图 11c1i t dt1ri t1、解ui tu0 tr1i 2 t u t 01c2i t1i t dt2i t 1i t r22消去中间变量i1 和 i2，得r r c cd 2uotdu td 2u1212dt2r c11r c22r c 12odtu t0r r c cit1212dt2 r cdu t 11r c22r c 12idtu t i432（2 ） 已知系统的特点程为s20s15s2sk0 ，试确定参数k 的变化围以使系统是稳固的；解：列劳斯表：s4s312014910298152k0s2k0s1200k00149s0k

11、00298200k0k0(3) 利用 mason公式求如下列图传递函数cs/rs解：图中有 2 条前向通路， 3 个回路，有 1 对互不接触回路p1g1g2 g3， 11， p2g4g 3，21l1 ，l1g1g2h 1， l 2g3h 2， l 3g 2h 3 ，1l1l 2l 3 l1 l2，c s就有p11p22g1g 2g3g4g 31g1g 2h 1 r s1g1g2 h 1g3 h 2g2 h 3g1g 2 g3 h 1 h 2(4) 、一阶系统结构图如题图所示；要求系统闭环增益k2 ，调剂时间 t s0.4 （ s），试确定参数k 1 , k 2 的值；解：由结构图写出闭环系统传

12、递函数k11ss1k 1k 22sk 1sk 1k 2k 2s1k 1k 2令闭环增益 k12 ，得： k k 20.5令调剂时间 t s3t3k1 k 20 .4 ，得： k115 ；gs5 、单位反馈系统的开环传递函数4ss5 ，求单位阶跃响应ht 和调剂时间ts ；解：依题，系统闭环传递函数s45s4s1 s4t1s244 s1t1 s1t2t210.25c ssr s4ss1 s4c 0=sc1s1c2s4c 0lim ss0s rslims40 s1s41c1lim ss11s rslim4s0 ss443c42lim ss44s rslims0 s s113ht14 e3t1 e

13、4t3t1t4 ，tst stt13.3t13.3 ；216 、已知开环传递函数为g s10，画出对数幅频特性的折线图ss1 s5（ bode 图），并求系统的相位裕量，判定闭环系统的稳固性 .-20-4051-60可算出相位裕量 21 度；闭环系统稳固(7) 试求如下列图系统总的稳态误差，已知rt=t,nt=1trsesk1/t1s+ 1nsk2/st2s+1cse解：1k2ssk1 k2假如直接给出结果，并且正确，可以给满分(8) 、已知系统的开环传递函数为q sk 0.5s1s2 0.1s1 0.02s1其中分别为10 和 180 ，分别判定闭环系统的稳固性；如稳固，求出相位稳固裕量；解

14、：开环传递函数： q sk 0.5s12，幅频特性单调下降，转折频率分别为：s0.1s1 0.02s12， 10， 50 ；在区间 2,10 运算如下：20 lg 18020 lgc140 lg 2得c5rad/ s ，并在区间 2,10 ，解有效；r180arctg2.5arctg 0.5arctg0.135.9，所以闭环系统稳固；（ 10分）当 k=180 时 bode图如下：在区间 10,50 运算如下：20lg 1040 lg 220lg 10240 lgc 得10c30rad/ s ，解在区间 10,50 ；r0 ,所以闭环系统不稳固（ 10 分）(9) 、要求系统为一阶无静差，且要

15、求kv=300/s ，wc=10rad/s， =50度；求期望的开环传递函数解：已知系统为一阶无静差系统，k v300 / s,c10 rad/ s,50第一，依据系统的动态要求，即由c 和 设计开环特性中频段的外形，即简化模型；第一求出闭环幅频特性峰值为：m1sin1.3（3 分）m再求中频段的长度h:hm17.71（6 分）再由3 c2h1.77,3h11.77c17.7rad/ s,232.3rad / s h然后依据稳固指标要求，即k v300 /s，打算12c0.077rad / s k s-20db/10 倍频可以大致作出 bode的外形，如下列图：t1=1/0.=13; t2=1/2.3=0.43 t3=1/17.7=0.不考虑1 的影响的时候，开环传递函数为：-40db/10 倍频-20d