理工控制工程习题精讲

1、武汉汽车工业大学 控制系统考试 <内部>一、填空1、对于反馈控制系统，按反馈信号作用情况可分为: 正反馈、负反馈两种；按控制系统有无反馈情况分为: 开环控制和闭环控制系统。1.对于自动控制系统，按照输出变化规律，可以分为：自动调节系统、随动系统和程序控制系统。在典型闭环控制系统中，系统的控制部分由以下给定环节、测量环节、比较环节、放大及运算环节和执行环节组成。5按系统响应产生的原因分为 零状态 响应和零输入 响应。1.对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性 和准确性。2. 就系统及其输入、输出三者之间的动态关系而言，当系统已定、并且输入已知时，求出系统的输出（响应），并通

2、过输出来研究系统本身的有关问题，是_系统分析_。3. 当系统已定，确定输入，且确定的输入应使得输出尽可能符合给定的最佳要求，此即为最优控制问题。4. 当输入已知，确定系统，且确定的系统应使得输出尽可能符合给定的最佳要求，此即为最优设计问题。5. 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环控制系统 和 闭环控制系统 。6. 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数等。7. 稳态误差反应稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。由图可知系统稳定8.评价二阶控制系统对单位阶跃输入的瞬态时域性能指标有、和等。其中，反映了系统的相对稳定性。9. 一阶系统的单位阶跃响

3、应的表达是。11. 一阶系统的传递函数为 ，其幅频特性 为 、相频特性为 。10不稳定现象产生的原因不恰当的反馈，控制系统稳定的定义系统在初始条件的作用下，随着时间趋于无穷大，而输出响应逐渐趋于零。 稳定的条件为闭环特征根全部具有负实部。11校正是指 在系统中增加一些环节，用以改善系统性能 ，按校正环节的频率特性分为相位超前校正，相位滞后校正和滞后超前校正。1 3传递函数定义为线性系统在零被始条件下,输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比。12已知开环系统为当输入为单位阶跃函数时，系统的稳态偏差为 0 _，当输入为单位速度输入时，稳态偏差为_0.5_，单位加速度输入时，稳态偏差为 无穷大

4、。二判断正误 （×）控制系统的被控变量简称控制量。 （）闭环系统稳定，则其开环系统未必是稳定的。 （×）由系统初始状态引起的响应，称为零状态响应。 （×）控制系统的谐振峰值就是系统的最大超 调量 （）稳定的系统不一定是非最小相位系统。 （×）Nyquist判据既能反映绝对稳定性,也能 反映相对稳定性,但不能用于延迟系统. 1. 传递函数只适用与线性定常系统。（ ）2稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。 （ ）3系统的稳定性不仅与系统自身结构有关，而且与初始条件、外作用的幅值有关。（× ）4 系统的开环增益越大，系统的

5、稳态误差越小。 （ ）5 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。 （ ）三、简答题：微分方程：在时域中描述系统（或元件）动态特性的数学模型。传递函数：在外界输入作用前，输入、输出的初始条件为零时，线性定常系统、环节或元件的输出的拉普拉斯变换与输入的拉普拉斯变换之比。前向通道传递函数反馈回路传递函数什么是时间响应？答：机械工程系统在外加作用(输入)激励下，其输出量随时间变化的函数关系称之为系统的时间响应，通过对时间响应的分析可揭示系统本身的动态特性。4-2 时间响应有哪两部分组成？各部分的定义是什么？答：任一系统的时间响应都是由瞬态响应和稳态响应两部分组成。 瞬态响应： 系统受到外加作用激

6、励后，从初始状态到最终状态的响应过程称为瞬态响应。 稳态响应: 时间趋于无穷大时，系统的输出状态称为稳态响应。 瞬态响应反映了系统动态性能，而稳态响应偏离系统希望值的程度可用来衡量系统的精确程度。试述开环控制系统的主要优缺点。答：优点：开环控制系统无反馈回路，结构简单，成本较低。 缺点：控制精度低，容易受到外界干扰，输出一旦出现误差无法补偿。6-1 什么是频率特性？ 答：当不断改变输入的正弦波频率（由0变化到无穷大）时，该幅值比和相位差的变化情况即称为系统的频率特性。7-1 系统稳定性的定义是什么？答：一个控制系统在实际应用中，当受到扰动作用时，就要偏离原来的平衡状态，产生初始偏差。所谓控制系

7、统的稳定性，就是指当扰动消失之后，系统从初始偏差恢复到原平衡状态的能力。7-2 一个系统稳定的充分和必要条件是什么？答：系统特征方程的全部根都具有实部。或者说，闭环传递函数的全部极点均在s平面的左半部。8-3 系统在何种情况下采用相位超前校正、相位滞后校正和相位滞后-超前校正。解答：01为了既能提高系统的响应速度，又能保证系统的其他特性不变坏，需要采用相位超前校正； 02为了减小稳态误差而又不影响稳定性和响应的快速性，只要加大低频段的增益就可以时，需要采用相位滞后校正； 03需要同时改善系统的瞬态响应和稳态精度时，用相位滞后-超前校正四、计算题1.已知系统微分方程为传递函数为2.某线性定常系统

8、，在单位阶跃输入作用下，其输出为试求系统的传递函数。3. 4-9 设单位反馈系统的开环传递函数为求这个系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。4-6 设单位反馈控制系统的开环传递函数为试求系统的上升时间、峰值时间、最大过调量和调整时间。4-7 设有一闭环系统的传递函数为为了使系统对阶跃输入的响应有约5%的过调量和2秒的调整时间，试求和值应为等于多大。6-2 已知系统的单位阶跃响应为，t0;试求系统幅频特性和相频特性。 解：6-6 已知系统传递函数方框图如图(题6-6)所示，现作用于系统输入信号，试求系统的稳态输出。系统的传递函数如下：（1）（2） （3）。+ 图（题6-6） 解: (1) (2) (3) 6-7 试绘制具有下列传递函数的各系统的Nyquist图:(2) (3) (2) （3）试画出极坐标图（1） (2) (3) 7-8 判别图(题7-7)(a)，（b）所示系统的稳定性。图(题7-8 解(a) 1 0.2 0.19 0.1 -0.33 0.1由劳斯表可以看出第一列数字不全大于零，所以系统不稳定。（b） 1 10 21 10 9.52 10由劳斯表可以看出第一列数字全大于零，所以该系统稳定。7-9 画出下列各