控制工程基礎(chǔ)題集

1、一、填空題1、反饋控制又稱偏差控制，其控制作用是通過 給定值 與反饋量的差值進(jìn)行的。2、復(fù)合控制有兩種基本形式：即按 輸入 的前饋復(fù)合控制和按 擾動 的前饋復(fù)合控制。3、兩個傳遞函數(shù)分別為G1(s)與G2(s)的環(huán)節(jié)，以并聯(lián)方式連接，其等效傳遞函數(shù)為，則G(s)為 G1(s) + G2(s) （用G1(s)與G2(s) 表示）。5、若某系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為，則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)為 10/(s+0.2)+5/(s+0.5) 。6、設(shè)某最小相位系統(tǒng)的相頻特性為，則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s)=K(1+s)/(s(1+Ts) 。二、選擇題1、采用負(fù)反饋形式連接后，則 ( D )A、一定能使

2、閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定； B、系統(tǒng)動態(tài)性能一定會提高；C、一定能使干擾引起的誤差逐漸減小，最后完全消除；D、需要調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，才能改善系統(tǒng)性能。2、系統(tǒng)特征方程為 ，則系統(tǒng) ( C )A、穩(wěn)定； B、單位階躍響應(yīng)曲線為單調(diào)指數(shù)上升；C、臨界穩(wěn)定； D、右半平面閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)。3、系統(tǒng)在作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，說明 ( A )A、 型別； B、系統(tǒng)不穩(wěn)定；C、 輸入幅值過大； D、閉環(huán)傳遞函數(shù)中有一個積分環(huán)節(jié)。4、已知開環(huán)幅頻特性如圖2所示， 則圖中不穩(wěn)定的系統(tǒng)是( B )。 系統(tǒng) 系統(tǒng) 系統(tǒng)圖2A、系統(tǒng) B、系統(tǒng) C、系統(tǒng) D、都不穩(wěn)定5、若某最小相位系統(tǒng)的相角裕度，則下列說法正確的是 ( C )。A、不穩(wěn)

3、定； B、只有當(dāng)幅值裕度時才穩(wěn)定；C、穩(wěn)定； D、不能判用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四、（共20分）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：圖41、寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式；（4分）2、要使系統(tǒng)滿足條件：,試確定相應(yīng)的參數(shù)和；（4分）3、求此時系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)；（4分）4、時，求系統(tǒng)由產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差；（4分）5、確定，使干擾對系統(tǒng)輸出無影響。（4分）解：1、（4分） 2、（4分） 3、（4分） 4、（4分） 5、（4分）令：得：五、（共22分）某最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線如圖5所示：1、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；（8分）2、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、開環(huán)幅頻特性及開環(huán)相頻特性。（3分）3、求系統(tǒng)的相角裕

4、度。（7分）4、若系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度不夠大，可以采用什么措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度？（4分）解：1、從開環(huán)波特圖可知，原系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、一個積分環(huán)節(jié)、兩個慣性環(huán)節(jié)。故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式 (2分)由圖可知：處的縱坐標(biāo)為40dB, 則, 得 (2分) （2分）故系統(tǒng)的開環(huán)傳函為 （2分）2、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、開環(huán)幅頻特性及開環(huán)相頻特性：開環(huán)頻率特性 （1分）開環(huán)幅頻特性 （1分）開環(huán)相頻特性： （1分）3、求系統(tǒng)的相角裕度： 求幅值穿越頻率，令 得（3分） （2分） （2分）對最小相位系統(tǒng) 臨界穩(wěn)定4、（4分）可以采用以下措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度：增加串聯(lián)超前校正裝置；增加串聯(lián)滯后校正裝置；增

5、加串聯(lián)滯后-超前校正裝置；增加開環(huán)零點(diǎn)；增加PI或PD或PID控制器；在積分環(huán)節(jié)外加單位負(fù)反饋。一、填空題 1、在水箱水溫控制系統(tǒng)中，受控對象為 水箱 ，被控量為 水溫 。2、自動控制系統(tǒng)有兩種基本控制方式，當(dāng)控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系時，稱為 開環(huán)控制系統(tǒng) ；當(dāng)控制裝置與受控對象之間不但有順向作用而且還有反向聯(lián)系時，稱為 閉環(huán)控制系統(tǒng) ；含有測速發(fā)電機(jī)的電動機(jī)速度控制系統(tǒng)，屬于 閉環(huán)控制系統(tǒng) 。3、穩(wěn)定是對控制系統(tǒng)最基本的要求，若一個控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線為衰減振蕩，則該系統(tǒng) 穩(wěn)定 。判斷一個閉環(huán)線性控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定，在時域分析中采用 勞斯判據(jù) ；在頻域分析中采用 奈奎斯特判

6、據(jù) 。4、傳遞函數(shù)是指在零 初始條件下、線性定?？刂葡到y(tǒng)的 輸出拉氏變換 與輸入拉氏變換 之比。5、設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則其開環(huán)幅頻特性為 ，相頻特性為 (或：) 。二、選擇題1、關(guān)于傳遞函數(shù)，錯誤的說法是 ( D ) A 傳遞函數(shù)只適用于線性定常系統(tǒng)； B 傳遞函數(shù)不僅取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，給定輸入和擾動對傳遞函數(shù)也有影響； C 傳遞函數(shù)一般是為復(fù)變量s的真分式；D 閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、下列哪種措施對改善系統(tǒng)的精度沒有效果 ( C )。A、增加積分環(huán)節(jié) B、提高系統(tǒng)的開環(huán)增益K C、增加微分環(huán)節(jié) D、引入擾動補(bǔ)償3、高階系統(tǒng)的主導(dǎo)閉環(huán)極點(diǎn)越靠近虛軸，則系統(tǒng)的 ( D

7、 ) 。A、準(zhǔn)確度越高 B、準(zhǔn)確度越低 C、響應(yīng)速度越快 D、響應(yīng)速度越慢 4、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)的開環(huán)增益為 ( C )。A、 50 B、25 C、10 D、5 5、已知某些系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下，屬于最小相位系統(tǒng)的是( B )A、 B 、 C 、 D、6、下列系統(tǒng)中屬于不穩(wěn)定的系統(tǒng)是( D )。 A、閉環(huán)極點(diǎn)為的系統(tǒng) B、閉環(huán)特征方程為的系統(tǒng)C、階躍響應(yīng)為的系統(tǒng) D、脈沖響應(yīng)為的系統(tǒng)四、設(shè)系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) ，試求： 1、； ；時單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間及峰值時間。 2、；和；時單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間和峰值時間。3、 根據(jù)計算結(jié)果，討論參數(shù)、對階躍響應(yīng)的影響。解

8、：系統(tǒng)的閉環(huán)傳函的標(biāo)準(zhǔn)形式為：，其中 1、當(dāng) 時， （4分）當(dāng) 時， （3分）2、當(dāng) 時， （4分）當(dāng) 時， （3分）3、根據(jù)計算結(jié)果，討論參數(shù)、對階躍響應(yīng)的影響。（6分）(1)系統(tǒng)超調(diào)只與阻尼系數(shù)有關(guān)，而與時間常數(shù)T無關(guān)，增大，超調(diào)減??；（2分）(2)當(dāng)時間常數(shù)T一定，阻尼系數(shù)增大，調(diào)整時間減小，即暫態(tài)過程縮短；峰值時間增加，即初始響應(yīng)速度變慢； （2分）(3)當(dāng)阻尼系數(shù)一定，時間常數(shù)T增大，調(diào)整時間增加，即暫態(tài)過程變長；峰值時間增加，即初始響應(yīng)速度也變慢。 （2分）五、已知反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，試： 1、用奈奎斯特判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（10分）2、若給定輸入r(t) = 2t2時，

9、要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25，問開環(huán)增益K應(yīng)取何值。（7分）3、求系統(tǒng)滿足上面要求的相角裕度。（5分）解：1、系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為（2分）幅頻特性：， 相頻特性：（2分）起點(diǎn)：；（1分）終點(diǎn)：；（1分） ，圖2曲線位于第3象限與實(shí)軸無交點(diǎn)。（1分）開環(huán)頻率幅相特性圖如圖2所示。 判斷穩(wěn)定性：開環(huán)傳函無右半平面的極點(diǎn)，則，極坐標(biāo)圖不包圍（1，j0）點(diǎn)，則根據(jù)奈氏判據(jù)，ZP2N0 系統(tǒng)穩(wěn)定。（3分） 2、若給定輸入r(t) = 2t2時，要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.25，求開環(huán)增益K：系統(tǒng)為1型，位置誤差系數(shù)K P =，速度誤差系數(shù)KV =K ， （2分）依題意： ， （3分）得 （2分）故滿足穩(wěn)態(tài)誤

10、差要求的開環(huán)傳遞函數(shù)為3、滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求系統(tǒng)的相角裕度：令幅頻特性：，得， （2分）， （1分）相角裕度： （2分） 一、填空題1、對自動控制系統(tǒng)的基本要求可以概括為三個方面，即： 穩(wěn)定性 、快速性和 準(zhǔn)確性 。2、控制系統(tǒng)的 輸出拉氏變換與輸入拉氏變換在零初始條件下的比值 稱為傳遞函數(shù)。一階系統(tǒng)傳函標(biāo)準(zhǔn)形式是，二階系統(tǒng)傳函標(biāo)準(zhǔn)形式是 (或：) 。3、在經(jīng)典控制理論中，可采用勞斯判據(jù)、根軌跡法或 奈奎斯特判據(jù) 等方法判斷線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。4、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和 參數(shù) , 與外作用及初始條件無關(guān)。5、線性系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性，縱坐標(biāo)取值為(或：) ，橫坐標(biāo)為(或：按對數(shù)分度)

11、 。6、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)中，Z = P - R ，其中P是指 開環(huán)傳函中具有正實(shí)部的極點(diǎn)的個數(shù)，(或：右半S平面的開環(huán)極點(diǎn)個數(shù)) ，Z是指 閉環(huán)傳函中具有正實(shí)部的極點(diǎn)的個數(shù)(或：右半S平面的閉環(huán)極點(diǎn)個數(shù)，不穩(wěn)定的根的個數(shù)) ，R指 奈氏曲線逆時針方向包圍 (-1, j0 )整圈數(shù) 。7、在二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)圖中，定義為 系統(tǒng)響應(yīng)到達(dá)并保持在終值誤差內(nèi)所需的最短時間(或：調(diào)整時間，調(diào)節(jié)時間) 。是 響應(yīng)的最大偏移量與終值的差與的比的百分?jǐn)?shù)。（或：，超調(diào)） 。8、設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則其開環(huán)幅頻特性為 ，相頻特性為 。二、判斷選擇題1、關(guān)于線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，正確的說法是：( C ) A、

12、一型系統(tǒng)在跟蹤斜坡輸入信號時無誤差 ；B、 穩(wěn)態(tài)誤差計算的通用公式是；C、 增大系統(tǒng)開環(huán)增益K可以減小穩(wěn)態(tài)誤差；D、 增加積分環(huán)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且不會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。2、適合應(yīng)用傳遞函數(shù)描述的系統(tǒng)是 ( A )。A、單輸入，單輸出的線性定常系統(tǒng)；B、單輸入，單輸出的線性時變系統(tǒng)；C、單輸入，單輸出的定常系統(tǒng)；D、非線性系統(tǒng)。3、若某負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為 ( B )。A、 B、 C、 D、與是否為單位反饋系統(tǒng)有關(guān)4、非單位負(fù)反饋系統(tǒng)，其前向通道傳遞函數(shù)為G(S)，反饋通道傳遞函數(shù)為H(S)，當(dāng)輸入信號為R(S)，則從輸入端定義的誤差E(S)為 ( D )A、 B 、C 、 D、5、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，當(dāng)輸入信號是時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是( D )A、 0 ； B、 ； C、 10 ； D、 208、關(guān)于系統(tǒng)零極點(diǎn)位置對系統(tǒng)性能的影響，下列觀點(diǎn)中正確的是( A )A 、 如果閉環(huán)極點(diǎn)全部位于S左半平面，則系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的。穩(wěn)定性與閉環(huán)零點(diǎn)位置無關(guān)；B、 如果閉環(huán)系統(tǒng)無零點(diǎn)，且閉環(huán)極點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)極點(diǎn)，則時間響應(yīng)一定是衰減振蕩的；C 、 超調(diào)量僅取決于閉環(huán)復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點(diǎn)的衰減率