工程控制基础3

一、单项选择题（本题共15小题，每小题2分，共30分。

）1、已知系统特征方程为 3s4+10s3+5s2+s+2=0，则该系统包含正实部特征根的个数为（）。

A、0B、1C、2D、32、劳斯判据用（）来判定系统的稳定性。

A、系统特征方程B、开环传递函数C、系统频率特性的Nyquist图D、系统开环频率特性的Nyquist图3、已知系统特征方程为 s4+s3+4s2+6s+9=0，则该系统（）。

A、稳定B、不稳定C、临界稳定D、无法判断4、延时环节串联在闭环系统的前向通道时，系统稳定性（）。

A、变好B、变坏C、不会改变D、时好时坏5、开环传递函数 G K（s）、闭环传递函数 G B（s）和辅助函数 F（s）=1+G K（s）三者之间的关系为（）。

A、G K（s）绕(-1,j0)点的圈数就是G K（s）绕原点的圈数B、G K（s）绕原点的圈数就是G B（s）绕(-1,j0)点的圈数C、G K（s）绕(-1,j0)点的圈数就是F（s）=1+G K（s）绕原点的圈数D、G K（s）绕原点的圈数就是F（s）=1+G K（s）绕(-1,j0)点的圈数6、已知开环稳定的系统，其开环频率特性的Nyquist图如图所示，则该闭环系统（）。

A、稳定B、不稳定C、临界稳定D、与系统初始状态有关7、设单位反馈系统的开环传递函数为 G K(s)= K/[s(s+1)(s+3)]，则此系统稳定的K值范围为（）。

A、K<0B、K>0C、2>K>0D、12>K>08、对于一阶系统，时间常数越大,则系统（）。

A、系统瞬态过程越长B、系统瞬态过程越短C、稳态误差越小D、稳态误差越大9、系统稳定的充要条件（）。

A、幅值裕度大于0分贝B、相位裕度大于0C、幅值裕度大于0分贝，且相位裕度大于0D、幅值裕度大于0分贝，或相位裕度大于010、以下方法可增加系统相对稳定性的是（）。

A、增加系统的开环增益B、减小系统的开环增益C、增加系统的型次D、减小系统的输入11、以下网络可以作为（）。

第三章 习题及答案传递函数描述其特性，现在用温度计测量盛在容器内的水温。

发现需要时间才能指示出实际水温的98%的数值，试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少?解： 41min, =0.25min T T = 1111()=1-e0.1, =ln 0.9t h t t T -=-T21T22()=0.9=1-e ln 0.1t h t t T -=-，210.9ln2.20.55min 0.1r t t t T T =-===2.已知某系统的微分方程为)(3)(2)(3)(t f t f t y t y +'=+'+''，初始条件2)0( , 1)0(='=--y y ，试求：⑴系统的零输入响应y x (t )；⑵激励f (t ) (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )；⑶激励f (t ) e 3t(t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )。

解：(1) 算子方程为：)()3()()2)(1(t f p t y p p +=++)()e 25e 223()()()( )()e 21e 223()()()( )()e e 2()(2112233)( )2(;0 ,e 3e 4)( 34221e e )( 2x 2222x 212121221x t t y t y t y t t t h t y t t h p p p p p p H t t y A A A A A A A A t y t t t t t t f f t t ttεεεε------------+=+=+-==-=⇒+-+=+++=-=⇒⎩⎨⎧-==⇒⎩⎨⎧--=+=⇒+=∴* )()e4e 5()()()( )()e e ()(e )()( )3(2x 23t t y t y t y t t t h t y ttt t t f f εεε------=+=-==*3.已知某系统的微分方程为)(3)(')(2)(' 3)(" t f t f t y t y t y +=++，当激励)(t f =)(e4t tε-时，系统2的全响应)()e 61e 27e314()(42t t y t t tε-----=。

已知系统框图如下，求该系统的闭环传递函数354254135425412111)()(G G G H G G H G G G H G G G G X X s G io B ⋅+⋅+⋅+⋅+==3541542354121)(G G G H G G H G G G G G ++⋅+=---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 使用温度计对水温进行测量，若水温为恒定值，该温度计能在1分钟时指示出实际温度值的98%。

假定温度计为一个一阶系统，求该系统的时间常数T 。

解：恒定的水温可以视为一个阶跃输入信号，温度计的测量输出可以视为对该阶跃输入信号的响应。

一阶系统的单位阶跃响应的时间函数为：)0(1)(/>-=-t e t x T t o （P82，3.3.2） 根据题意可知：98.01)(/11=-=-=Tt o e t x→02.0/1=-T e →256.050ln 1==T (min) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 下图为某数控机床系统的位置随动系统的方框图，试求：（1）阻尼比ξ及无阻尼固有频率n ω解：由图可知，该系统为一个单位反馈系统，其系统的闭环传递函数为：99)1(191)1(19)(1)()()(1)()(2++=+⋅++⋅=+=+=s s s s s s s G s G s H s G s G s G B 对比二阶系统传递函数的标准形式(P83，3.4.1)2222nn nsωξωω++可得该系统的阻尼比ξ及无阻尼固有频率n ω为：61,3==ξωn （2）该系统的p M ，p t ，s t ，N13611312≈-=-==πξωπωπn d p t (P90，3.4.15) %53%100%1003611/6121/≈⨯=⨯=----πξξπe eM p (P90，3.4.17)若令02.0=∆，84=≈ns t ξω(P91，3.4.22)， 7.3122≈-=πξξN (P91，3.4.25)若令05.0=∆，63=≈ns t ξω(P91，3.4.23)，8.215.12≈-=πξξN (P91，3.4.26)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 要使下图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量等于25%，峰值时间p t 为2秒，试确定K 和f K 的值解：由图可知，该系统的闭环传递函数为：Ks K K s K s K sK s K s H s G s G s G f f B +⋅+=+⋅⋅+⋅=+=222)1(111)()(1)()( 对比二阶系统传递函数的标准形式2222nn n sωξωω++可得该系统的阻尼比ξ及无阻尼固有频率n ω为：2,KK K fn ==ξω由题意， 令：%2521/==--ξξπeM p ，即4ln 12=-ξξπ解得：4.0=ξ令：()24.01122=-=-==K t nd p πξωπωπ 解得：93.2=K再由：293.22f fK K K ==4.0=ξ 解得：467.0=f K----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------单位反馈系统的开环传递函数为)10)(5(2)(+++=s s s K s G K 其输入为单位斜坡输入（单位恒速输入）时，系统的稳态误差02.0=ss e ，求所需的K 值 解：由于系统为单位反馈系统，其稳态偏差与稳态误差相同(P98,3.6.4)，即ss ss e ε= 将)(s G K 写为标准形式)11.0)(12.0(50/)2()(+++=s s s K s G K (P100,3.6.12)当输入为单位斜坡输入时，其稳态偏差为：02.050/)2(1=+=K e ss (P101，P102,表3.6.1)求得所需的K 值为2498~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~·· 3.9 3.10 3.11 3.18。

1、什么是反馈？为什么要进行反馈控制？答：反馈是指人们为了达到一定的目的，有意加入的反馈，闭环控制系统的工作是基于系统的实际输出与输入间的偏差之上的，在系统存在扰动的情况下，这种偏差就会出现。

进行适当的反馈控制正好能检测出这种偏差，并力图减小这种偏差，而最终使得偏差为零，事实上，反馈控制仅仅需为无法预计的扰动设计，因为对可以预知的扰动，总可以在系统中加以校正。

2、什么是系统？什么是线性系统？答：系统是由相互联系，相互作用的若干部分构成而且有一定的目的或一定的运动规律的一个整体；当系统的数学模型能用线性微分方程描述时，系统称为线性系统。

3、系统稳定性的定义是什么？答：系统的稳定性是指系统在初始状态的作用下，由它引起的系统的时间响应随时间的推移，逐渐衰减并趋向与零的能力。

若随时间的推移，系统能回到平衡位置，则系统是稳定的；若随时间的推移，系统偏离平衡位置愈来愈远，则系统是不稳定的。

1．什么是自动控制？就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量(输出量)准确地按照给定的规律(输入量)运行或变化。

2．控制系统的基本要求有哪些？控制系统的基本要求可归结为稳定性；准确性和快速性。

3．什么是自动控制系统？指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。

它一般由控制装置和被控制对象组成4．反馈控制系统是指什么反馈？反馈控制系统是指负反馈。

5．什么是反馈？什么是正反馈？什么是负反馈？反馈信号(或称反馈)：从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这就是反馈信号。

当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。

反之，符号相反抵消输入信号作用时叫负反馈。

6．什么叫做反馈控制系统系统输出全部或部分地返回到输入端，此类系统称为反馈控制系统（或闭环控制系统）。

7．控制系统按其结构可分为哪3类？控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。