控制工程基础2010试题A卷

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控制工程基础

一、填空题(每空1分,15题共20分)

1.控制系统由控制对象和控制器两部分组成。

2.建立系统数学模型的方法有分析法和实验法两种。

3.按其数学模型是否满足叠加性,控制系统可分为线性系统和非线性系统。4.

随动系统是指在外界作用下,系统的输出能相应于输入在广阔范围内按任意规律变化的系统

5.经典控制理论采用的数学模型主要传递函数以为基础;现代控制理论采用的数学模型主要以为状态空间方程基础。

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Taylor级数,然后去掉高次项以得到线性函数。

7.广义误差平方积分性能指标特点既不允许大的动态误差e(t)长期存在,又不允许大的误差变化率长期存在。

8.校正元件按在系统中的连接方式可分为串联校正、反馈校正和顺馈校正等。

9.系统频率特性指标中的谐振频率是指幅频特性A(ω)出现最大值Amax时的频率。

10.系统传递函数与其单位脉冲响应函数的关系是拉氏反变换。

11.系统稳定的充要条件是闭环系统特征根具有负实部。

12.某线性定常系统的单位斜坡响应为t

)(-

y2

=,0

+

t

e

t

t。其单位阶跃响应为

t

-。

e2

1=

2

13.在工程控制实践中,为使系统有满意的稳定性储备,一般其幅值裕度应满足大

于6dB 或大于2 。

14.最小相位系统是指 传递函数所有零点和极点均在复平面s 的左半平面内 。

15.已知系统开环传递函数为)

1(9)(+=s s s G K ,则系统的固有频率、阻尼比以及单位斜坡输入所引起的稳态误差分别为 3 、 61 、 91 。

二、单项选择题(每题2分,10题共20分)

1.下面关于微分环节的控制作用描述中正确的是: ( D )

(A)使相位滞后 (B)减小系统的阻尼 (C)抗高频干扰 (D)使相位超前

2.稳态误差除了与系统的型别、传递函数有关外,还与下述哪一项有关? ( D )

(A) 阶次 (B) 振荡频率 (C) 阻尼比 (D) 输入信号类型

3.二阶振荡系统幅值衰减的快慢取决于: ( C )

(A) d ω (B)n ξω (C) 特征根实部绝对值 (D) 特征根虚部的分布情况

4.系统输出的拉氏变换完全取决于: ( B )

(A)系统的传递函数的极点位置 (B)系统的初始状态、输入及其传递函数

(C)系统的传递函数 (D)系统的固有特性

5.相位滞后校正环节相当于: ( 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.下图为一阶系统单位脉冲响应曲线,则下列说明正确的是: ( B )

(A) 系统的输出为0,2)(2≥=-t e t t ω (B) 系统的输出为0,)(≥=-t e t t ω

(C) 系统传递函数为)12(1)(+=s s G (D) 系统单位脉冲响应调整时间为2s

7. 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 (D) 相位滞后-超前校正

8.某单位反馈系统的闭环传递函数为)2(1)(+=s s G ,则输入t t r 2sin 2)(=时稳态

输出的幅值为: ( D )

(A )2 (B )2/2 (C )2 (D )1

9.已知下列系统的开环传递函数为)

1)(1)(1)(1()1)(1()(432165++++++=s T s T s T s T s s T s T K s G (所有参数均大于0),则下图中所给幅相曲线中正确的是: ( A )

10.用Nyquist 稳定判据判断上面第9小题所给开环系统所对应的闭环系统的稳定性,所得结论正确的是: ( D )

(A)0=P ,1=Z ;不稳定 (B)0=P ,2=Z ;不稳定

(C)0=P ,1=Z ;稳定 (D) 0=P ,0=Z ;稳定

三、简答题(2题共10分)

1、简述系统开环对数频率特性曲线中三频段分析法及其适用范围。

答: 系统开环对数频率特性曲线可分为低频段、中频段和高频段:低频段通常指幅频特性曲线在第一个转折频率以前的区段(11T <ω),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;中频段通常指幅频特性曲线在系统转折频率附近的

区段(C C ωωω101.0<<),反映了系统的平稳性和快速性;高频段通常指幅频特性曲线在中频段以后的区段(C ωω10>),反映了系统的抗干扰能力。三频段分析法适用范围:单位负反馈的最小相位系统且其闭环稳定。

2、相位超前校正与相位滞后校正在应用方面有何不同?

答:相位超前校正常用于系统稳态特性已经满足,响应速度较快,但动态指标如相角裕量过小,超调量过大,调节时间过长的情况。特点:特点:增大了相位裕度,加大了带宽,从而提高了系统的响应速度,动态过程得到了显著改善,但由于系统的增益和型次不变,稳态精度提高较少。

相位滞后校正利用滞后网络的高频衰减特性,使系统校正后截止频率下降,从而获得足够的相角裕度。特点:可以加大低频段和增益,而对高频段影响不大。对于高精度,而快速性要求不高的系统常采用滞后校正,如恒温控制等。

(为了满足严格的稳态性能要求,在采用无源校正网络时,超前校正要求一定的附加增益,而滞后校正一般不需要附加增益;对于同一系统,采用超前校正系统的带宽大于采用滞后校正时的带宽。当输入端电平噪声较高时,一般不宜选用超前网络补偿。)

四、计算题(4题共30分)

1.(4分)系统传递函数方框图如下所示,求其传递函数,要求写出结果即可。

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