燕山大學控制工程基礎標準試卷

1、科目控制工程基礎班級機電控制工程 班姓名學號時間燕山大學試卷 密 封 線 共 8 頁 第 1 頁 題號總分分數(shù)一. 填空（選擇）題（10分，每空0.5分）1. 控制論所具有的三個要素有： 、 與 。2. 反饋控制原理是 。3. 對控制系統(tǒng)的基本要求一般有 、 、 。4. 系統(tǒng)的輸出信號對控制作用的影響 。(A) 開環(huán)有 (B) 閉環(huán)有 (C) 都沒有 (D) 都有5. 一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，在瞬態(tài)過程結束后，系統(tǒng)的輸出量與 、 和 有關。6. 對數(shù)判據是利用 的頻率特性來判別 。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，則會使二階振蕩系統(tǒng)的超調量Mp 。9. 一階慣性系統(tǒng)的調整時間與 有關。10. 若系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點和零點都位于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平面右半部的極點或零點，則系統(tǒng)稱為 。11. 自動控制是在沒有人直接參與的情況下利用 使被控對象在一定精度范圍內按照 變化。二. 簡答題（10分，每題2分）1. 動力學系統(tǒng)的數(shù)學模型主要包括哪些種類？獲取系統(tǒng)的數(shù)學模型有哪些方法？2. 頻率特性的物理意義，頻率特性與頻率響應有何區(qū)別？頻率響應是否只包含穩(wěn)態(tài)響應？3. 什么是相對穩(wěn)定性？如何描述系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性？4. 控制

3、系統(tǒng)綜合與校正的實質是什么？在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標有哪些？5. 控制系統(tǒng)的時域分析和頻域分析各有什么特點？它們之間的聯(lián)系與區(qū)別是什么？燕山大學試卷 密 封 線 共 8 頁 第 2 頁 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 通過調節(jié)節(jié)流閥使pL=1(t)，油缸活塞的直徑為d。四. 計算題一（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) 開環(huán)傳遞函數(shù)，開環(huán)放大倍數(shù)；(3) 閉環(huán)傳遞函數(shù)，閉環(huán)零、極點；(4) 自然振蕩頻率n，阻尼比，阻尼振蕩頻率d；(5) 調整時間ts(=2%)，最大超調量p%；(6) 輸入信號時，系

4、統(tǒng)的輸出終值c()、輸出最大值cmax；五. 計算題二（10分）通過過程控制，機器人可以讓工具或焊接沿如圖4a所示的預測路線運行。在圖4b所示的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，選擇最簡單的a、b、c的值，使閉環(huán)系統(tǒng)沿圖4a所示的運行路線運行時的穩(wěn)態(tài)誤差不超過0.05。a) b)圖4燕山大學試卷 密 封 線 共 8 頁 第 3 頁 六. 計算題三（10分）設控制系統(tǒng)的開環(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。燕山大學試卷 密 封 線 共 8 頁 第 4 頁 燕山大學試卷 密 封 線 共 8 頁 第 5 頁

5、 燕山大學試卷 密 封 線 共 8 頁 第 6 頁 燕山大學試卷 密 封 線 共 8 頁 第 7 頁 燕山大學試卷 密 封 線 共 8 頁 第 8 頁 燕山大學試題標準答案院(系): 機械工程學院 教研室: 機電控制工程 考核課程： 控制工程基礎 07-08 學年 （春、秋） 季學期考核類型：閉卷 開卷 涂卡 考核專業(yè)年級： 05機電控制工程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要素有： 信息 、 反饋 與 控制 。2. 反饋控制原理是 檢測偏差用以糾正偏差 。3. 對控制系統(tǒng)的基本要求一般有 穩(wěn)定性 、 快速性 、

6、 準確性 。4. 系統(tǒng)的輸出信號對控制作用的影響 B 。(A) 開環(huán)有 (B) 閉環(huán)有 (C) 都沒有 (D) 都有5. 一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，在瞬態(tài)過程結束后，系統(tǒng)的輸出量與 系統(tǒng)的類型 、 結構參數(shù) 和 輸入量的形式 有關。6. 對數(shù)判據是利用 開環(huán)傳遞函數(shù) 的頻率特性來判別 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，則會使二階振蕩系統(tǒng)的超調量Mp 減小 。9. 一階慣性系統(tǒng)的調整時間與 慣性時間常數(shù) 有關。10. 若系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點和零點

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平面右半部的極點或零點，則系統(tǒng)稱為 非最小相位系統(tǒng) 。11. 自動控制是在沒有人直接參與的情況下利用 控制裝置 使被控對象在一定精度范圍內按照 給定的規(guī)律 變化。二. 簡答題（10分，每題2分）1. 動力學系統(tǒng)的數(shù)學模型主要包括哪些種類？獲取系統(tǒng)的數(shù)學模型有哪些方法？動力學系統(tǒng)的數(shù)學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)學模型的方法主要有機理分析方法和實驗辨識方法。2. 頻率特性的物理意義，頻率特性與頻率響應有何區(qū)別？頻率響應是否只包含穩(wěn)態(tài)響應？輸出與輸入正弦信號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。頻率響應是指控制系統(tǒng)或元件對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)正弦輸出響應。頻率響應一般只包含穩(wěn)態(tài)響應。3. 什么是相對穩(wěn)定性？如何描述系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性？相對穩(wěn)定性是指系統(tǒng)距臨界點的穩(wěn)定性裕度。一般用相角裕度和幅值裕度來表征。4. 控制系統(tǒng)綜合與校正的實質是什么？在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標有哪些？校正的實質就是通過引入校正裝置的零、極點，來改變整個系統(tǒng)的零、極點分布，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)主導極點，即使得系統(tǒng)滿足希望的動、靜態(tài)性能指標要求。靜態(tài)指標有：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差或開環(huán)放大倍數(shù)K動態(tài)指標：時域指標，通

9、常用調節(jié)時間和超調量(或)來描述；頻域指標，一般用開環(huán)系統(tǒng)的相角裕度和幅值穿越頻率(剪切頻率)、幅值裕度來表示。5. 控制系統(tǒng)的時域分析和頻域分析各有什么特點？它們之間的聯(lián)系與區(qū)別是什么？時域法是分析控制系統(tǒng)的直接方法，比較直觀。但對比較復雜的高階系統(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整系統(tǒng)結構或參數(shù)才能獲得預期的效果。頻率法在頻率域內分析系統(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，大大簡化了運算，能準確而有效地回答控制系統(tǒng)的穩(wěn)、準、快問題；(2)可以用頻率特性分析儀等測試手段來精確測量控制系統(tǒng)的頻率特性作為系統(tǒng)設計與綜合的依

10、據，對一些復雜系統(tǒng)或難于列寫微分方程的系統(tǒng)有很大現(xiàn)實意義；(3)頻率法便于對系統(tǒng)分析、綜合與校正，以有效地改善控制系統(tǒng)品質，達到預期的效果，并且可以擴展應用到某些非線性系統(tǒng)分析中去。所有的分析方法都是對系統(tǒng)本身固有特性的描述，時域分析是對系統(tǒng)在時間域的描述，而頻率法是利用頻率特性對系統(tǒng)進行的描述。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 通過調節(jié)節(jié)流閥使pL=1(t)，油缸活塞的直徑為d。解：1）系統(tǒng)可以簡化為：其中：2）四. 計算題一（10分）圖3解：1） 系統(tǒng)的開環(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） 開環(huán)放大倍數(shù)為255） 閉環(huán)極點：因，故，無零點6）7） (s)，8） 輸入信號時，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. 計算題二（10分）通過過程控制，機器人可以讓工具或焊接沿如圖4a所示的預測路線運行。在圖4b所示的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，選擇最簡單的a、b、c的值，使閉環(huán)系統(tǒng)沿圖4a所示的運行路線運行時的穩(wěn)態(tài)誤差不超過0.05。a) b)圖4解：1）調節(jié)器的傳遞函數(shù)為：2）系統(tǒng)不加調節(jié)器時（即a=1, b=c=0）為1型系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸入信號為單位斜坡信號，其穩(wěn)態(tài)誤差為=2（=0.5）。3）為提高穩(wěn)態(tài)精度，通過a)增加積分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)的