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控制工程基础期末试卷

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控制工程基础
本科生考试试题
考试课程 控制工程基础 （A卷） 2006 年 6月 14日

1. 设有一个系统如图1所示，k1=1000N/m, k2=2000N/m, D=10N/(m/s)，当系统受到输入信
号ttxisin5)( 的作用时，试求系统的稳态输出)(txo。(15分)

i
x

o
x
1
K

2
K
D

图1
2. 设一单位反馈系统的开环传递函数为

)11.0(100)(ss
sG
现有三种串联校正装置，均为最小相位的，它们的对数幅频特性渐近线如图2所示。
若要使系统的稳态误差不变，而减小超调量，加快系统的动态响应速度，应选取哪种校正装
置？系统的相角裕量约增加多少？(10分)

31.6189.615.56＋20w (rad/s)
L
(
w
)
(
d
B
)
0
(a)
0.4
2
-14
-20
w (rad/s)
L
(
w

)

(
d
B
)
0

0.4214-20w (rad/s)L(w) (dB)0
(b) (c)
图2
3. 对任意二阶环节进行校正，如图3，如果使用PD控制器， KP, KD均为实数，是否可以实
现闭环极点的任意配置？试证明之。(15分)
+
-
pd
KKs

22
n2n

K
ssww

图3
4. 一个未知传递函数的被控系统，先未经校正，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环
系统的单位阶跃响应如图4所示。
问：(1) 系统的开环低频增益K0是多少？(5分)
(2) 如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似闭环传递函数；(5
分)

（3）如果采用PI形式的串联校正()Ic1KGss，KI在什么范围内时，对原开环系统
相位裕量的改变约在5.7~0之间？(5分)

1
7/8

0.55

25msO
t
图4
5．已知计算机控制系统如图所示，采用数字比例控制()DzK，其中K>0。设采样周期
T=1s

+
-
()
Dz

1Tses
1

1s
+

+

()
Ns

()
i
Xs

()

o
Xz

T
T
T

图5
（1）试求系统的闭环脉冲传递函数()()()ociXzGzXz； (5分)
（2）试判断系统稳定的K值范围； (5分)
（3）当系统干扰()1()ntt时，试求系统由干扰引起的稳态误差。 (5分)
6．针对本学期直流电动机位置伺服系统教学实验，基本原理图见图6，其中，电枢控制式
直流电动机电枢电阻为1.7Ω，电感为3.7mH，反电势系数Ce为0.213V/(rad/s)，力矩系
数Cm为0.213Nm/A，等效到电动机轴上的总转动惯量为392
×10-6Nms2，设R2=470KΩ，α=0.9，速度调节器传递函数为6，电流调节器传递函数为
ss0007.0
1002.0
，功放Kpwm=1，霍尔电流传感器传递函数为2V/A，β=0.8，测速机传递系数为

24V/1000rpm，数字电位计传递系数为0.243V/rad，
（1）以upi作为输入，以x作为输出，画出系统对应的方块图，并注出每个方块输入输
出端的量纲表达；(12分)
（2）对于图6所示系统，电流调节器如果采用P校正或PI校正，该位置伺服系统型次
是否改变？速度调节器采用P校正或PI校正，该位置伺服系统型次是否改变？试说明之；
(5分)
（3）试改变位置环校正形式或参数，使当输入斜坡信号时，引起的位置误差为零； (5
分)
（4）电位器β值起什么作用？(3分)

（5）在实验时，如何测试VK值？试说明其根据。(5分)

+
-
+

-

R2
100K
470K

100K
47K

+10V

47K

24K

2mm螺距
+10V
200mm直线电位计

x

+
U
i

+

速度

调节器
电流

调节器

U
g
1

U
g
4

U
g
2

U
g
3

M

U
g
1

Ug2Ug3U
g
4

TG

霍尔
电流
传感器

PWM
控制

24K
0.01u

pi
u

pf
u
pfx
u
vi
u

R1

图6
参考答案：A卷

1. 解：()()()1015.001.021211sskkDskkDsksXsXio
然后通过频率特性求出 ()()14.89sin025.0ttxo
2. 解：选择(a)，相角裕量约增加35°。

3. 解： 该题闭环极点能实现任意配置。
4. 解：（1）00718KK，07K
(2) ()()1025.087ssXsXio
（3）要求()Icarctan0, 5.7Kw，()I0, 0.140K，()I0, 4K。
5．解：（1）系统的开环脉冲传递函数
101111111()(1)(1)11(1)1(1)()1111GGzzZsszZsszzzzzezzeeze

























1101011111111()()11()1(1)()(1)(1)ceKKGGzzeGzeKGGzKzeKezeKeKezeKKe



















（2）特征方程为 110zeKKe
特征根为11zeKKe 欲使系统稳定，需满足条件 111zeKKe
使系统稳定的K值范围为02.16K
（3）若()1()ntt，则()1zNzz
误差脉冲传递函数
10111111()11()1()(1)eGzeKGGzKzezezeKe












误差为111()()()()(1)[(1)]ezzeEzGzNzzzeKe
利用终值定理可以求出系统的稳态误差：
11111()()lim[(1)()]lim[](1)11zzzzeezEzzeKeK









6．解：（1）

E
+
+
++

f
K
e
C
M

C
1
Js
1

a
RLs

2
0.5*
1Ts

()iGs
()ncGs

fz
M

pwm
K
1
s

2

2

2

pf
K
1
1xT

()pGs
+
-
U

（2） 不影响主回路纯积分环节个数，型次均不变。
（3） 保证系统稳定的前提下，改变位置环校正形式由P校正改为PI校正即可。
（4） β用于调节速度环反馈深度，改变反馈校正参数，使系统动态特性更好，同时防止
出现饱和非线性。

（5） 将位置环打开，使位置环处于开环状态，输入电压piU＝－0.5V左右, 测速机输
出不饱和情况下，测量数字电位计波形如图所示。记其斜率，位置环的速度品质系数
输入电压斜率/VK
。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）

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《控制工程基础》期末复习题及答案_81251553585744438

《控制工程基础》期末复习题及答案_81251553585744438

《控制工程基础》期末复习题一、选择题1、采用负反馈形式连接后，则 ( )A 、一定能使闭环系统稳定；B 、系统动态性能一定会提高；C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。

2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。

A 、增加开环极点；B 、在积分环节外加单位负反馈；C 、增加开环零点；D 、引入串联超前校正装置。

3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( )A 、稳定；B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升；C 、临界稳定；D 、右半平面闭环极点数2=Z 。

4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( )A 、 型别2<v ；B 、系统不稳定；C 、 输入幅值过大；D 、闭环传递函数中有一个积分环节。

5、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是( )A 、主反馈口符号为“-” ；B 、除r K 外的其他参数变化时；C 、非单位反馈系统；D 、根轨迹方程（标准形式）为1)()(+=s H s G 。

6、开环频域性能指标中的相角裕度γ对应时域性能指标( ) 。

A 、超调%σB 、稳态误差ss eC 、调整时间s tD 、峰值时间p t7、已知开环幅频特性如图2所示， 则图中不稳定的系统是( )。

系统① 系统② 系统③图2A 、系统①B 、系统②C 、系统③D 、都不稳定8、若某最小相位系统的相角裕度0γ>，则下列说法正确的是 ( )。

A 、不稳定；B 、只有当幅值裕度1g k >时才稳定；C 、稳定；D 、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。

9、若某串联校正装置的传递函数为1011001s s ++，则该校正装置属于( )。

A 、超前校正 B 、滞后校正 C 、滞后-超前校正 D 、不能判断10、下列串联校正装置的传递函数中，能在1c ω=处提供最大相位超前角的是：A 、 1011s s ++B 、1010.11s s ++C 、210.51s s ++D 、0.11101s s ++ 11、关于传递函数，错误的说法是 ( )A 传递函数只适用于线性定常系统；B 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响；C 传递函数一般是为复变量s 的真分式；D 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。

控制工程基础期末复习题(带答案的)

控制工程基础期末复习题(带答案的)

一、填空题(部分可能模糊的已给出参考答案)：1. 对时域函数进行拉氏变换：)(1t = 、t = 、at e -= 、sin tω= 。

2. 自动控制系统对输入信号的响应，一般都包含两个分量，即一个是瞬态响应分量，另一个是稳态 _响应分量。

3. 在闭环控制系统中，通过检测元件将输出量转变成与给定信号进行比较的信号，这个信号称为_____反馈___。

4. 若前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则闭环传递函数为___ __5. 函数f(t)=的拉氏变换式是 。

6. Bode 图中对数相频特性图上的－180°线对应于奈奎斯特图中的__负实轴_________。

7. 闭环系统稳定的充要条件是所有的闭环极点均位于s 平面的 右半平面 半平面。

8. 已知传递函数为2()k G s s=，则其对数幅频特性L （ω）在零分贝点处的频率数值为ω=9. 在系统开环对数频率特性曲线上，低频段部分主要由 积分 环节和 比例 决定。

10. 惯性环节的传递函数11+Ts ，它的幅频特性的数学式是 ,它的相频特性的数学式是 ωT arctan - 。

11. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在 初始条件为零 的条件下，系统输出量的拉氏变换与 输入量的拉氏变换 之比。

12. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从 初始 状态到 最终或稳定 状态的响应过程。

13. 判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为 负实根或负实部的复数根 ，即系统的特征根必须全部在 复平面的左半平面 是系统稳定的充要条件。

14. I 型系统G s K s s ()()=+2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态误差为 ∞ 。

(参考教材P89)15. 频率响应是系统对 正弦输入 稳态响应，频率特性包括 幅频和相频 两种特性。

16. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是 (渐进)稳定的 系统。

控制工程基础期末试卷

控制工程基础期末试卷

控制工程基础期末试卷（复习专用）
一、填空题
1、、控制的基本方式有开环控制和闭环控制。

开环控制：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统，称为开环控制系统。

闭环控制：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统，称为闭环控制系统。

2、对控制系统的性能要求稳定性、快速性、准确性。

稳定性：指系统重新恢复稳态的能力。

稳定是控制系统正常工作的先决条件。

快速性：指稳定系统响应的动态过程的时间长短。

准确性：指控制系统进入稳态后，跟踪给定信号或纠正扰动信号影响的准确度。

3、典型环节的传递函数比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节、延迟环节。

4、方框图的基本连接形式：串联连接、并联连接、反馈连接。

5、任一系统的时间响应都是由瞬态响应和稳态响应两部分组成。

瞬态响应：系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程称为瞬态响应。

稳态响应：时间趋于无穷大时，系统的输出状态称为稳态响应。

瞬态响应反映了系统动态性能，而稳态响应偏离系统希望值的程度可用来衡量系统的精确程
度。

6、时域性能指标延迟时间t d、上升时间t r、峰值时间t p 、调节时间t s 、最大超调量M p、稳态误差e ss。

7、常用的典型输入信号有：单位阶跃信号、脉冲信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、正弦信号。

控制工程基础期末试题

控制工程基础期末试题

控制工程基础期末试题（C）一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，，共20分)1.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量σp( )A.增加B.减小C.不变D.不定2.运算放大器具有_____的优点。

( )A.输入阻抗高，输出阻抗低B.输入阻抗低，输出阻抗高C.输入阻抗高，输出阻抗高D.输入、输出阻抗都低3.在伯德图中反映系统抗高频干扰能力的是( )A.低频段B.中频段C.高频段D.无法反映4.设开环系统频率特性G(jω)= ,当ω=1rad/s时，其频率特性幅值M(1)=( )A. B.4 C. D.25.设开环传递函数G(s)H(s)= ,α>0,K>0，随着K增大，闭环系统( )A.相对稳定性变差，快速性不变B.相对稳定性变好，快速性不变C.相对稳定性不变，快速性变好D.相对稳定性变差，快速性变差6. 进行串联超前校正后，校正前的穿越频率ωc与校正后的穿越频率ω′c的关系，通常是( )A.ωc=ω′cB.ωc>ω′cC.ωc<ω′cD.ωc与ω′c无关7.比例环节的频率特性相位移θ(ω)=( )A.90°B.-90°C.0°D.-180°8.PI控制规律指的是( )A.比例、微分B.比例、积分C.积分、微分D.比例、积分、微分9.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的( )A.充分条件B.必要条件C.充分必要条件D.以上都不是10.随动系统中常用的输入信号是斜坡函数和( )A.阶跃函数B.脉冲函数C.正弦函数D.抛物线函数二、填空题(每小题2分，共20分)1.根据控制系统元件的特性，控制系统可分为______ 控制系统、______控制系统。

2.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和______。

3.信号流图中，节点可以把所有____的信号叠加，并把叠加后的信号传送到所有的____。