燕山大學(xué)控制工程基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)試卷

1、科目控制工程基礎(chǔ)班級(jí)機(jī)電控制工程 班姓名學(xué)號(hào)時(shí)間燕山大學(xué)試卷 密 封 線 共 8 頁(yè) 第 1 頁(yè) 題號(hào)總分分?jǐn)?shù)一. 填空（選擇）題（10分，每空0.5分）1. 控制論所具有的三個(gè)要素有： 、 與 。2. 反饋控制原理是 。3. 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求一般有 、 、 。4. 系統(tǒng)的輸出信號(hào)對(duì)控制作用的影響 。(A) 開(kāi)環(huán)有 (B) 閉環(huán)有 (C) 都沒(méi)有 (D) 都有5. 一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，在瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)的輸出量與 、 和 有關(guān)。6. 對(duì)數(shù)判據(jù)是利用 的頻率特性來(lái)判別 。7. 下圖所示a，b系統(tǒng) 。 (a) (b)(A) a穩(wěn)定、b穩(wěn)定 (B) a穩(wěn)定、b不穩(wěn)定 (C) a不穩(wěn)定、b穩(wěn)定 (

2、D) a不穩(wěn)定、b不穩(wěn)定8. 若保持n不變而增大值，則會(huì)使二階振蕩系統(tǒng)的超調(diào)量Mp 。9. 一階慣性系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間與 有關(guān)。10. 若系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)都位于s平面的左半部，這種系統(tǒng)稱為 。反之，若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)具有位于s平面右半部的極點(diǎn)或零點(diǎn)，則系統(tǒng)稱為 。11. 自動(dòng)控制是在沒(méi)有人直接參與的情況下利用 使被控對(duì)象在一定精度范圍內(nèi)按照 變化。二. 簡(jiǎn)答題（10分，每題2分）1. 動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要包括哪些種類？獲取系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有哪些方法？2. 頻率特性的物理意義，頻率特性與頻率響應(yīng)有何區(qū)別？頻率響應(yīng)是否只包含穩(wěn)態(tài)響應(yīng)？3. 什么是相對(duì)穩(wěn)定性？如何描述系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性？4. 控制

3、系統(tǒng)綜合與校正的實(shí)質(zhì)是什么？在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標(biāo)有哪些？5. 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析和頻域分析各有什么特點(diǎn)？它們之間的聯(lián)系與區(qū)別是什么？燕山大學(xué)試卷 密 封 線 共 8 頁(yè) 第 2 頁(yè) 三. 畫出圖1、2的等效函數(shù)方框圖，并求出傳遞函數(shù)（10分）。 圖1圖2 通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥使pL=1(t)，油缸活塞的直徑為d。四. 計(jì)算題一（10分）圖3某控制系統(tǒng)如圖3所示，已知K125，試求：(1) 系統(tǒng)階次，類型；(2) 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)；(3) 閉環(huán)傳遞函數(shù)，閉環(huán)零、極點(diǎn)；(4) 自然振蕩頻率n，阻尼比，阻尼振蕩頻率d；(5) 調(diào)整時(shí)間ts(=2%)，最大超調(diào)量p%；(6) 輸入信號(hào)時(shí)，系

4、統(tǒng)的輸出終值c()、輸出最大值cmax；五. 計(jì)算題二（10分）通過(guò)過(guò)程控制，機(jī)器人可以讓工具或焊接沿如圖4a所示的預(yù)測(cè)路線運(yùn)行。在圖4b所示的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，選擇最簡(jiǎn)單的a、b、c的值，使閉環(huán)系統(tǒng)沿圖4a所示的運(yùn)行路線運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差不超過(guò)0.05。a) b)圖4燕山大學(xué)試卷 密 封 線 共 8 頁(yè) 第 3 頁(yè) 六. 計(jì)算題三（10分）設(shè)控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為(1) 繪制系統(tǒng)的伯德圖，并求相角裕度。(2) 采用傳遞函數(shù)為的串聯(lián)校正裝置，試求校正后系統(tǒng)的相角裕度，并討論校正后系統(tǒng)的性能有何改進(jìn)。燕山大學(xué)試卷 密 封 線 共 8 頁(yè) 第 4 頁(yè) 燕山大學(xué)試卷 密 封 線 共 8 頁(yè) 第 5 頁(yè)

5、 燕山大學(xué)試卷 密 封 線 共 8 頁(yè) 第 6 頁(yè) 燕山大學(xué)試卷 密 封 線 共 8 頁(yè) 第 7 頁(yè) 燕山大學(xué)試卷 密 封 線 共 8 頁(yè) 第 8 頁(yè) 燕山大學(xué)試題標(biāo)準(zhǔn)答案院(系): 機(jī)械工程學(xué)院 教研室: 機(jī)電控制工程 考核課程： 控制工程基礎(chǔ) 07-08 學(xué)年 （春、秋） 季學(xué)期考核類型：閉卷 開(kāi)卷 涂卡 考核專業(yè)年級(jí)： 05機(jī)電控制工程1-2班命題教師： 高英杰 答題教師： 高英杰 一. 填空（選擇）題（10分，每空0.5分）1. 控制論所具有的三個(gè)要素有： 信息 、 反饋 與 控制 。2. 反饋控制原理是 檢測(cè)偏差用以糾正偏差 。3. 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求一般有 穩(wěn)定性 、 快速性 、

6、 準(zhǔn)確性 。4. 系統(tǒng)的輸出信號(hào)對(duì)控制作用的影響 B 。(A) 開(kāi)環(huán)有 (B) 閉環(huán)有 (C) 都沒(méi)有 (D) 都有5. 一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，在瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)的輸出量與 系統(tǒng)的類型 、 結(jié)構(gòu)參數(shù) 和 輸入量的形式 有關(guān)。6. 對(duì)數(shù)判據(jù)是利用 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 的頻率特性來(lái)判別 閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定 。7. 下圖所示a，b系統(tǒng) A 。 (a) (b)(A) a穩(wěn)定、b穩(wěn)定 (B) a穩(wěn)定、b不穩(wěn)定 (C) a不穩(wěn)定、b穩(wěn)定 (D) a不穩(wěn)定、b不穩(wěn)定8. 若保持n不變而增大值，則會(huì)使二階振蕩系統(tǒng)的超調(diào)量Mp 減小 。9. 一階慣性系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間與 慣性時(shí)間常數(shù) 有關(guān)。10. 若系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)

7、都位于s平面的左半部，這種系統(tǒng)稱為 最小相位系統(tǒng) 。反之，若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)具有位于s平面右半部的極點(diǎn)或零點(diǎn)，則系統(tǒng)稱為 非最小相位系統(tǒng) 。11. 自動(dòng)控制是在沒(méi)有人直接參與的情況下利用 控制裝置 使被控對(duì)象在一定精度范圍內(nèi)按照 給定的規(guī)律 變化。二. 簡(jiǎn)答題（10分，每題2分）1. 動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要包括哪些種類？獲取系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有哪些方法？動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要包括微分方程、傳遞函數(shù)、方框圖。獲取系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法主要有機(jī)理分析方法和實(shí)驗(yàn)辨識(shí)方法。2. 頻率特性的物理意義，頻率特性與頻率響應(yīng)有何區(qū)別？頻率響應(yīng)是否只包含穩(wěn)態(tài)響應(yīng)？輸出與輸入正弦信號(hào)的幅值比和相位差隨輸入頻率的變化規(guī)律

8、，稱為頻率特性。頻率響應(yīng)是指控制系統(tǒng)或元件對(duì)正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)正弦輸出響應(yīng)。頻率響應(yīng)一般只包含穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。3. 什么是相對(duì)穩(wěn)定性？如何描述系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性？相對(duì)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)距臨界點(diǎn)的穩(wěn)定性裕度。一般用相角裕度和幅值裕度來(lái)表征。4. 控制系統(tǒng)綜合與校正的實(shí)質(zhì)是什么？在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標(biāo)有哪些？校正的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)引入校正裝置的零、極點(diǎn)，來(lái)改變整個(gè)系統(tǒng)的零、極點(diǎn)分布，從而改變系統(tǒng)的頻率特性或根軌跡的形狀，使系統(tǒng)頻率特性的低、中、高頻段滿足希望的性能或使系統(tǒng)的根軌跡穿越希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)，即使得系統(tǒng)滿足希望的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)要求。靜態(tài)指標(biāo)有：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差或開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K動(dòng)態(tài)指標(biāo)：時(shí)域指標(biāo)，通

9、常用調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量(或)來(lái)描述；頻域指標(biāo)，一般用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的相角裕度和幅值穿越頻率(剪切頻率)、幅值裕度來(lái)表示。5. 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析和頻域分析各有什么特點(diǎn)？它們之間的聯(lián)系與區(qū)別是什么？時(shí)域法是分析控制系統(tǒng)的直接方法，比較直觀。但對(duì)比較復(fù)雜的高階系統(tǒng)難以直接求解，只適用于三、四階以下的系統(tǒng)。這種方法難于確定如何調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)才能獲得預(yù)期的效果。頻率法在頻率域內(nèi)分析系統(tǒng)，(1)不需求解系統(tǒng)特征方程的根便可判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定及其穩(wěn)定裕度等一系列特性，大大簡(jiǎn)化了運(yùn)算，能準(zhǔn)確而有效地回答控制系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快問(wèn)題；(2)可以用頻率特性分析儀等測(cè)試手段來(lái)精確測(cè)量控制系統(tǒng)的頻率特性作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合的依

10、據(jù)，對(duì)一些復(fù)雜系統(tǒng)或難于列寫微分方程的系統(tǒng)有很大現(xiàn)實(shí)意義；(3)頻率法便于對(duì)系統(tǒng)分析、綜合與校正，以有效地改善控制系統(tǒng)品質(zhì)，達(dá)到預(yù)期的效果，并且可以擴(kuò)展應(yīng)用到某些非線性系統(tǒng)分析中去。所有的分析方法都是對(duì)系統(tǒng)本身固有特性的描述，時(shí)域分析是對(duì)系統(tǒng)在時(shí)間域的描述，而頻率法是利用頻率特性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的描述。三. 畫出圖1、2的等效函數(shù)方框圖，并求出傳遞函數(shù)（10分）。圖11） 2） 3） 圖2 通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥使pL=1(t)，油缸活塞的直徑為d。解：1）系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為：其中：2）四. 計(jì)算題一（10分）圖3解：1） 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：。2） 閉環(huán)傳遞函數(shù)：3） 系統(tǒng)為3階1型系統(tǒng)4） 開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為255） 閉環(huán)極點(diǎn)：因，故，無(wú)零點(diǎn)6）7） (s)，8） 輸入信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的輸出終值c()=5（穩(wěn)態(tài)誤差為零）9） 系統(tǒng)的輸出最大值cmax=5（1+p%）。 五. 計(jì)算題二（10分）通過(guò)過(guò)程控制，機(jī)器人可以讓工具或焊接沿如圖4a所示的預(yù)測(cè)路線運(yùn)行。在圖4b所示的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，選擇最簡(jiǎn)單的a、b、c的值，使閉環(huán)系統(tǒng)沿圖4a所示的運(yùn)行路線運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差不超過(guò)0.05。a) b)圖4解：1）調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：2）系統(tǒng)不加調(diào)節(jié)器時(shí)（即a=1, b=c=0）為1型系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸入信號(hào)為單位斜坡信號(hào)，其穩(wěn)態(tài)誤差為=2（=0.5）。3）為提高穩(wěn)態(tài)精度，通過(guò)a)增加積分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)的