控制工程基础2010试题A卷

1、控制工程基础首先，填空(每个空格1分，15道题20分)1.控制系统由控制对象和控制器组成。2.建立系统数学模型的方法有两种：分析法和实验法。3.根据控制系统的数学模型是否满足叠加关系，控制系统可分为线性系统和非线性系统。4.伺服系统是指在外界的作用下，系统的输出能够在与输入相对应的大范围内按照任何规律变化的系统5.经典控制理论采用的数学模型是基于主传递函数；现代控制理论中使用的数学模型主要基于状态空间方程。6.工程上常用的线性化方法是将非线性函数在平衡点附近展开成泰勒级数，然后去掉高阶项得到线性函数。7.广义误差平方积分性能指标的特点是不允许大的动态误差e(t)长期存在，也不允许大的误差变化率

2、长期存在。8.根据系统中的连接方式，校正元件可分为串联校正、反馈校正和前馈校正。9.系统频率特性指数中的谐振频率是指幅频特性A()具有最大值Amax时的频率。10.系统传递函数与其单位脉冲响应函数之间的关系是拉普拉斯逆变换。11.系统稳定的充要条件是闭环系统的特征根具有负实部。12.线性时不变系统的单位斜率响应为0。其单位阶跃响应为。13.在工程控制实践中，为了使系统具有令人满意的稳定性储备，其幅值裕度一般应大于6dB或大于2。14.最小相位系统意味着传递函数的所有零点和极点都在复平面的左半平面.15.假设系统的开环传递函数为，系统单位斜率输入引起的固有频率、阻尼比和稳态误差分别为3、第二，单

3、项选择题(每题2分，10题20分)1.以下对差动链接控制功能的描述是正确的：(d)(a)使相位滞后，(b)降低系统阻尼，(c)抵抗高频干扰，以及(d)使相位超前2.除了系统的类型和传递函数外，稳态误差还与以下哪一项有关？(四)(a)阶(b)振荡频率(c)阻尼比(d)输入信号类型3.二阶振荡系统振幅衰减的速度取决于：(c)特征根实部绝对值特征根虚部分布4.系统输出的拉普拉斯变换完全取决于：(b)(a)系统传递函数的极点位置；(b)系统的初始状态、输入和传递函数(c)系统的传递函数(d)系统的固有特性5.相位滞后校正相当于：(a)(a)低通滤波器(b)高通滤波器(c)带通滤波器(d)带阻滤波器6.

4、下图显示了一阶系统的单位脉冲响应曲线，因此以下描述是正确的：(b)系统输出为(c)系统传递函数为(d)系统单位脉冲响应调整时间为2s7.PI控制类似于：(c)(a)增益调整，(b)相位超前校正，(c)相位滞后校正和(d)相位滞后超前校正8.如果单元反馈系统的闭环传递函数为，则输入端的稳态输出幅度为： (D)(一)(二)(三)2(四)19.众所周知，下列系统的开环传递函数为(所有参数均大于0)，那么下图中给出的正确幅相曲线为：(a)10.使用奈奎斯特稳定性准则来判断与上述第9项中给出的开环系统相对应的闭环系统的稳定性，正确的结论是：(d)(一)，不稳定(b)。易变的(三)，稳定(d)。稳定的第三

5、，简短回答问题(两个问题10分)1.简述系统开环对数频率特性曲线中的三带分析方法及其适用范围。答：系统开环对数频率特性曲线可分为低频带、中频带和高频带：低频带通常指第一个转折频率()之前的一段幅频特性曲线，其特性由积分环节和开环增益决定，反映了系统的稳态精度；中频频带通常指系统拐角频率附近的一段幅频特性曲线，反映了系统的稳定性和快速性；高频带通常是指幅频特性曲线在中频带之后的部分()，反映了系统的抗干扰能力。三带分析法的适用范围：带单位负反馈的最小相位系统及其闭环稳定性。2.相位超前校正和相位滞后校正在应用中有什么区别？答：当系统的稳态特性满足且响应速度快，但相位角裕度等动态指标太小、超调太大

6、、调整时间太长时，使用相位超前校准。特点：相位裕量和带宽增加，系统响应速度提高，动态过程明显改善。然而，由于系统的增益和类型不变，稳态精度的提高较少。相位滞后校正利用滞后网络的高频衰减特性，使系统的截止频率在校正后降低，从而获得足够的相角裕量。特点：能增加低频带和增益，但对高频带影响很小。对于具有高精度和低快速要求的系统，通常使用滞后校正，例如恒温控制。(为了满足严格的稳态性能要求，采用无源校正网络时，超前校正需要一定的附加增益，而滞后校正一般不需要附加增益；对于同一系统，超前校正系统的带宽大于滞后校正系统的带宽。当输入电平噪声较高时，一般不宜选择高级网络补偿。)第四，计算题(4题30分)1.

7、(4点)系统传递函数的框图如下。为了找到它的传递函数，需要写出结果。解决方案：2.(6)已知单元反馈系统的开环传递函数为。利用Matlab绘制开环系统的N图、bode图和稳定性图，给出稳定性表示值，并通过单位脉冲响应验证稳定性。解决方案：只要满足要求。参考答案如下：安全，s1=zpk(，0，-2，40)；sb1=反馈(s1，1)图(1)子情节(2，2，1)；奈奎斯特(s1)，网格子情节(2，2，2)；bode(s1)，网格子情节(2，2，3)；边距(s1)，网格子情节(2，2，4)；脉冲(sb1)，网格Gm，Pm，Wcg，Wcp=利润(s1)3.(10分)控制系统如图所示，输入信号为。试着分析

8、系统的稳定性和误差。解：(1)系统的闭环特征方程：(2分)根据劳斯判据，系统的稳定条件为：均大于零且。(3分)稳态误差分析该系统的开环传递函数为二类系统，加速度输入差。(2分)对于输入信号，在上述信号作用下的稳态误差可由叠加原理得到，如下：(3分)增加PD控制器的增益K1可以减小加速度信号的跟踪误差。4.(10点)已知最小相位系统的开环对数幅频特性曲线如下图所示。(1)尝试给出系统的开环传递函数并计算其相位裕量。如果上图所示为校正系统的对数幅频特性曲线，而原系统的开环传递函数为，则计算串联校正装置的传递函数。解决方案：(2分)所以。(2分)方法1-近似计算为33，360 (2分)(2分)(方法

9、2-精确计算：从图中可以看出：)，获取：2分)填空。我填空(每题2分，共30分)1.有三个基本的5.当线性时不变系统的输入为单位阶跃函数时，其输出的拉普拉斯变换为，系统的传递函数为sY(s)。当输入为单位脉冲函数时，其输出为脉冲响应函数g(t)=y(t)。6.在系统的开环波特图上，低频带反映闭环系统的稳态特性，中频带反映闭环系统的动态特性，以及高频闭环系统的抗干扰能力。7.最小相位系统的定义是系统开环传递函数G(s)的所有零点和极点都在S平面的左半平面内。如果最小相位系统有四个极点和两个零点，相位角为：8.如果系统的开环传递函数为G(s)，其相位裕量为：在开环奈奎斯特图中，从原点到奈奎斯特图和

10、单位圆的交点以及直线和负实轴之间的角度连接一条直线。9.系统的稳定性与结构参数有关，而与外部作用无关。10.如果虚轴附近的零点被加到系统上，系统的超调将会增加。11.系统的开环传递函数是g (s)=然后是1。12.截止频率定义为系统闭环频率特性的对数幅度降至低于零频率幅度3 dB时的频率，系统带宽指的是从0到b的频率范围.13.闭环系统的谐振峰值被定义为闭环频率特性的振幅M()的最大值Mr。14.如果单元负反馈系统的闭环传递函数已知，其开环传递函数等于。15.系统稳定的充要条件是其特征方程的所有根必须是负实数或具有负实数部分的复数。1.传递函数的定义是线性时不变系统在零初始条件下输出的拉普拉斯

11、变换与输入的拉普拉斯变换之比。2.瞬态响应是系统受外界激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。3.判断系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须是负实根或负实部的复根，即系统的特征根必须都在复平面的左半平面内，这是系统稳定性的一个充要条件。4.第一类系统在单位阶跃输入下的稳态误差为0，在单位加速度输入下的稳态误差为。5.频率响应是系统对正弦输入的稳态响应，频率特性包括幅频和相频。6.如果系统在受到干扰后偏离了原来的工作状态，干扰消失后系统可以自动返回原来的工作状态，这样的系统是(逐渐)稳定的。7.传递函数的构成与输入输出信号无关，只取决于系统本身的结构和参数，只适用于零初始条件下的线性时不

12、变系统。8.系统的稳态误差与输入信号的形式、系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。9.如果系统中只有离散信号而没有连续信号，则该系统称为离散(数字)控制系统，输入和输出之间的关系通常用差分方程来描述。10.反馈控制系统开环对数幅频特性的三个频带分为c(截止频率)附近的中间频带，主要反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频带主要表示系统的稳态性能。11.自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和精确性。2.有一个如图1所示的系统。K1=1000牛顿/米，K2=2000牛顿/米，D=10牛顿/(米/秒)。当系统受输入信号作用时，尝试获得系统的稳态输出。(15分)解决方案：然后通过频率特性进行计算3.具有未知传递函数的受控系统构成单元反馈闭环。测试后，已知闭环系统的单位阶跃响应如图2所示。(10分)问：(1)系统的开环低频增益k是多少？(5V.已知的系统结构如图4所示。试着得到：(15分)1.绘制系统的信号流程图。(5分)2.找到传递函数。(10分)六.该系统是一个单位阶跃函数，如图5所示。