贵州理工控制工程基础期末题库

专业好文档第 1 页 共 27 页机电控制工程基础期末考试总复习资料机电控制工程基础 试题一、填空(每小题 3 分，共 30 分) 一、填空题1传递函数的分母就是系统的_特征多项式_，分母多项式的根称为系统的_极点_。2控制系统按其结构可分为_开环控制系统_、_闭环控制系统_、_复合控制系统_。3对控制系统的基本要求可归结为_稳定性_、_准确性_和_快速性_。4单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是_1/s_。5系统的稳态误差与_ 系统的结构_和_外输入 _有关。6线性系统的特点是信号具有_齐次性_性和_叠加性_性。7在零初始条件下，_输出量的拉氏变换_与_输入量的拉氏变换_之比称为线性系统(或元件)的传递函数。8系统的频率特性是由 描述的，)(jG称为系统的_幅频特性_； 称为系统)(jGj的_相频特性_。9根轨迹是根据系统_开环_传递函数中的某个参数为参变量而画出的_闭环极点_根轨迹图。10根据 Nyquist 稳定性判据的描述，如果开环是不稳定的，且有 P 个不稳定极点，那么闭环稳定的条件是：当 由 0 时， 的轨迹应该_)(jWK逆时针_绕（1， ）点_ P/2_圈。0j二、选择题(每小题 5 分，共 15 分)11劳斯稳定判据能判断( A )系统的稳定性。A线性定常系统 B线性时变系统 C非线性系统 D任何系统12一阶系统的传递函数为 ，则其时间常5.0s数为( C )。A025 B4 C2 D113PI 校正为( A )校正。A滞后 B超前 C滞后超前 D超前滞后三、判断题(共 10 分)14传递函数是物理系统的数学模型，但不能反映物理系统的性质，因而不同的物理系统不能有相同的传递函数。( 错 )15某环节的输出量与输人量的关系为，K 是一个常数，则称其为比例环节。( txty对 )16反馈控制系统是指正反馈。( 错 )四、计算题(25 分)已知一个 n 阶闭环系统的微分方程为 rbyayayan 0101)2()1()( 17写出该系统的闭环传递函数；系统的闭环传递函数： 1010()bnbsGsaa18写出该系统的特征方程；系统的特征方程： 1n19当 ， ， ，05.2.0ia， ， ， 时，试评价该二)2(i1b2)(1tr阶系统的如下性能： 、 、 、 和 。n%s)(y19各值如下：22()0.5.14bGss24nn1/.3snts20001()lim()li()lim.5.1bsssyYGs五、(10 分) 20已知系统动态结构图如图 1 所示，试求从到 的传递函数及从 到 的传递函数。)(U)(NY六、(10 分) 21某电网络系统结构如图 2 所示， 为输入，Ur为输出，求该系统的传递函数。Uc专业好文档第 2 页 共 27 页机电控制工程基础 试题 一、填空(每小题 3 分，共 30 分)1. 在零初始条件下，_输出量的拉氏变换 _与_ 输入量的拉氏变换_之比称为线性系统(或元件)的传递函数。2三种基本的控制方式有_开环控制 闭环控制 复合控制_。3控制系统的稳态误差大小取决于_系统结构参数 和_外输入_。5若二阶系统的阻尼比大于 1，则其阶跃响应_不会_出现超调，最佳工程常数为阻尼比等于_0707 _。6开环传递函数的分母阶次为 n，分子阶次为m(nm)，则其根轨迹有_ n _条分支，其中，m 条分支终止于_开环有限零点_，nm 条分支终止于_无穷远_。7单位脉冲函数的拉氏变换结果为_1_。8单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s)，则闭环传递函数为_ _。9频率特性是线性系统在_正弦_输入信号作用下的（稳态）输出和输入之比。10实轴上二开环零点间有根轨迹，则它们之间必有_汇合点_点。二、选择题(每小题 5 分，共 15 分)1一阶系统的传递函数为 ，则其时间常数为( B )。A025 B4 C2 D12已知线性系统的输入 sc(t)，输出 y(c)，传递函数 G(s)，则正确的关系是( B )。3PI 校正为( A )校正。A滞后 B超前 C滞后超前 D超前滞后三、判断题(10 分)1劳斯稳定判据能判断线性定常系统的稳定性。(对 )2某二阶系统的特征根为两个具有负实部的共轭复根，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为等幅振荡。( 错 )3线性系统稳定，其开环极点一定均位于 s 平面的左半平面。( 错 )四、(10 分)设某系统可用下列一阶微分方程五、(20 分)单位反馈系统的开环传递函数为(1)要求系统稳定，试确定 K 的取值范围。(2)要求系统特征根的实部不大于一 1，试确定增益 K 的取值范围。(1)闭环特征方程为：s(s+3)(s+5)十 K0应用劳斯稳定判据得：0K120(2)令 sz 一 1 代人上面闭环特征方程，得到新的特征方程为六、(15 分)机电控制工程基础 试题一、填空(每小题 3 分，共 30 分) 1极点 n 2反馈控制系统(或闭环控制系统) 3闭环极点 左半 4阻尼比 无阻尼自振荡角频率 5全部为正数 6n nm 7正弦输入 8解析法 实验法 9输出量的拉氏变换 输入量的拉氏变换 10最小相位1传递函数阶次为 n 的分母多项式的根被称为系统的_，共有_个。2系统输出全部或部分地返回到输入端，此类系统称为_。专业好文档第 3 页 共 27 页3线性系统稳定，其_均应在 s 平面的_平面。4二阶闭环系统传递函数标准型为，其中 称为系统的)2(22nns_， 为_。5用劳斯表判断连续系统的稳定性，要求它的第一列系数_系统才能稳定。6开环传递函数的分母阶次为 n，分子阶次为m(nm)，则其根轨迹有一条分支，和_条独立渐近线。7频率响应是系统在_信号下的稳态响应。 8建立控制系统数学模型的主要方法有_法和_法。 9在零初始条件下，_与_之比称为线性系统(或元件)的传递函数。 10系统的对数幅频特性和相频指性有一一对应关系，则它必是_系绕。二、选择题(每小题 5 分，共 15 分)1某二阶系统的特征根为两个纯虚根，则该系统的单位阶跃响应为(B )。A单调上升 B等幅振荡 C衰减振荡 D振荡发散2传递函数 G(s)=1/s 表示(B )环节。A微分 B积分 C比例 D滞后3系统的稳定性取决于(C)。A系统干扰的类型 B系统干扰点的位置 C系统闭环极点的分布 D系统的输入三、判断题(10 分)1劳斯稳定判据只能判断线性定常系统的稳定性，不可以判断相对稳定性。(错 )2闭环传递函数中积分环节的个数决定了系统的类型。( 错 )3实际的物理系统都是非线性的系统。( 对 )四、(10 分)如图所示的电网络系统，其中 ui 为输入电压，uo 为输出电压，试写出此系统的微分方程和传递函数表达式。五、(20 分)设系统的特征方程为： 为使06523Kss系统稳定，求 K 的取值范围。应用劳斯稳定判据得：0K30六、(15 分)已知系统闭环传递函数为：,求系统的 、 及性能指标170.25.)(ssn、 。%)(t机电控制工程基础 试题一、填空(每小题 3 分，共 30 分) 1.极点 零点 2.闭环极点 左半 3.系统结构参数 无关 4.小 5.全部为正数 6. n m nm 7.1 8.解析法 实验法 9.输出量的拉氏变换 输人量的拉氏变换 10.分离点1.传递函数分母多项式的根被称为系统的_，分子多项式的根被称为系统的_.2.线性系统稳定，其_均应在 s平面的_平面。3传递函数只与_有关，与输出量、输人量_。4.惯性环节的惯性时间常数越_，系统快速性越好。5.用劳斯表判断系统的稳定性，要求它的第一列系数_，系统才能稳定。6.开环传递函数的分母阶次为 n，分子阶次为m（nm）则其根轨迹有_条分支，其中_条分支终止于开环有限零点，_条分支终止于无穷远。7.单位脉冲函数拉氏变换结果为_。8建立控制系统数学模型的主要方法有_法和_法。9.在零初始条件下，_与_之比称为线性系统(或元件)的传专业好文档第 4 页 共 27 页递函数。10.实轴上二开环极点间有根轨迹，则它们之间必有_点。二、选择题（每小题 5 分，共 15 分）1劳斯稳定判据能判断（A）系统的稳定性。A线性定常系统 B线性时变系统 C非线性系统 D任何系统2某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为（B） 。 A单调衰减 B单调上升 C等顿振荡 D振荡衰减3.系统的根轨迹（A） 。A.起始于开环极点，终止于开环零点 B.起始于闭环极点，终止于闭环零点C.起始于闭环零点，终止于闭环极点 D.起始于开环零点，终止于开环极点三、判断题(10 分)1二阶系统的超调量越大，则系统的快速性越差。( 错 )2系统的传递函数和系统结构及外输人有关。( 错 )3系统稳态误差不仪与系统的结构参数有关，与输人无关。( 错 )四、(15 分)某单位负反愤系统的闭环传递函数为，试求系统的开环传递函数，并5(21(0)ss说明该系统是否稳定。该系统的闭环10)5(2)1()sG极点均位于 s 平面的左半平面，所级系统稳定。五、(15 分)巳知单位负反馈系统的开环传递函数为，为保证该系统稳定，试确定 K 的)15.0()(sKs取值范圈。应用劳斯稳定判据得：0K3六、(15 分)由实验侧得各最小相位系统的对数幅频特性如下图所示，试分别确定各系统的传递亩数。对于图 a： 对于图 b：)1(0sG)1(0)(ssG机电控制工程基础 试题一、选择题（每小题 5 分，共 15 分）1.一阶系统的传递函数为 ，则其时间常数2.0s为（ B） 。A. 0.25 B. 4 C. 2 D. 12.已知线性系统的输入 sc(t)，输出 y(c)，传递函数 G(s)，则正确的关系是( B )。3.PI 校正为( A )校正。A滞后 B超前 C滞后超前 D超前滞后二、判断题(10 分)4.（ 错 ）一个动态环节的传递函数乘以 1/s，说明对该环节串联了一个徽分环节。5.（ 正 ）某二阶系统的调节时间和其特征根的虚部大小有关。虚部数值越大，动分节时间越短。6.（ 错）一个线性定常系统是稳定的，则其闭环零点位于 s 平面的左半平面。三、填空(每小题 4 分，共 40 分) 7.G(s) H(s) 8. 9.单位圆 负实轴 10.系统)1HG1结构参数 外输人 11.-0.5 0 -1 -0.4 12.差13.2 9014. 高频 相频 15. 开环控制 复合控制 16.07.负反饮结构的系统，其前向通道.上的传递函数为 G(s)，反馈通道的传递 H(s)，则该系统的开环传递函数为_，闭环传递函数为_。8.单位阶跃函数的拉氏变换结果是_。9.在 Bode 中，对数幅频特性图中的零分贝线对应于奈奎斯特图中的_，对数相频特性图中的-180 0线对应于奈奎斯特图中的_。10.线性系统的稳态误差取决于_和_。专业好文档第 5 页 共 27 页11.传递函数召 的零点为)25(1)(ssG_，极点为_。12.惯性环节的时间常数越大，系统的快速性越_。13.微分环节的传递函数为 2s，则它的幅频特性的数学表达式是_，相频特性的数学表达式是_。14.频率特性包括_特性和_特性。15.三种基本的控制方式有_、闭环控制和_。16.某单位负反箭系统的开环传递函数为，则此系统在单位位阶跃输人下的稳)2()sG态误差为_。四、(15 分)17.典型的二阶系统的单位阶跃响应曲线如下图1 所示，试确定系统的闭环传递函数。17.解 由系统阶跃响应曲线有 %3./)4(1.03pth由 .21etnp联立求解的 830n则系统闭环传递函数为 5.172.2)(2sssn五、(10 分)18.单位反馈系统的开环传递函数为 3(1)(sKG(1)要求系统的闭环传递函数；(2)若要求闭环系统稳定，试确定 K 的取值范围。（1）闭环传递函数为KsSRs)3(1)(（2）应用劳斯稳定判据得0K12六、(10 分)19.已知系统的特征方程如下，试判别系统的稳定性。 05168)(234sssD六、根据劳斯稳定判据，得系统稳定。机电控制工程基础 试题一、选择题(每小题 5 分，共 15 分)1. 劳斯稳定判据能判断(A )系统的稳定性。A.线性定常系统 B线性时变系统 C.非线性系统 D任何系统2. 某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为(B )。A.单调衰减 B单调上升 C.等幅振荡 D振荡衰减3系统的根轨迹( A)。A.起始于开环极点，终止于开环零点 B起始于闭环极点，终止于闭环零点C.起始于闭环零点，终止于闭环极点 D起始于开环零点，终止于开环极点二、判断(共 10 分)4. 积分环节的幅频特性，其幅值与频率成正比关系。 ( 错 )5. 适合于应用传递函数描述的系统可以是线性系统，也可以是非线性系统。 ( 错 )6. I 型系统的开环增益为 10，系统在单位斜坡输入作用下的稳态误差为。 ( 错)三、填空(每小题 4 分，共 40 分)7系统的开环传递函数为 ，则闭环(SNMG特征方程为_ _。0)(sNM8对于单位负反馈系统，其开环传递函数为G(s)，则闭环传递函数为_ _。)(1s9. 某单位负反馈系统的开环传递函数为，则此系统在单位阶跃函数输入下的稳)2(sG态误差为_0 _。10. 一阶系统的传递函数为 ，其时间12)(sG常数为_2_。11若二阶系统的阻尼比为 0.65，则系统的阶跃响应为_衰减振荡专业好文档第 6 页 共 27 页_。12负反馈结构的系统，其前向通道上的传递函数为 G(s)，反馈通道的传递函数为 H(s)，则该系统的闭环传递函数为_ _。/)(1sG13频率特性是线性系统在_正弦信号_输入作用下的稳态响应。14频率特性包括_幅频_特性和_相频_特性。15单位脉冲函数的拉氏变换为_1_。16传递函数 的零点为_ （-3 0） ，)28()(ssG极点为 -2， -0.25_。四、(15 分)17已知一阶系统结构图如图 1 所示。要求：(1)写出系统的闭环传递函数(5 分)；(2)要求系统闭环增益 ，调节时间2)(K，试确定参数 K1， K2的值(10 分)。sts4.0图 117解：(1)由结构图写出闭环系统传递函数 11212)( Ksss(2)令闭环增益 ，得： =0.5)(2令调节时间 ，得：4.0321Tts。15K五、(10 分)18如图 2 所示系统，求：(1)该系统的开环传递函数；(2) )(sRCG图 218(1)开环传递函数为： )()(1sHGs(2) )(1)(2sRCG六、(10 分)19对于图 3 所示的系统，用劳斯稳定判据确定系统稳定时系数 K 的取值范围。图 319解：列出劳斯表得闭环稳定的充要条件是： 0,514,052KK由此解得 。机电控制工程基础作业评讲第 2 次第 3 章一、简答 1. 单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是什么？单位斜坡函数的拉氏变换结果是什么？答：单位阶跃函数的拉氏变换为Xr(s)=L1(t)=1/s单位斜坡函数的拉氏变换是Xr(s)=LAt=1/s22什么是极点和零点？答：高阶系统传递函数一般可以表示为).()(21nmpspszzKRCs （nm）式中：z i（i1，m）系统闭环传递函数的零点，又称系统零点；p j（i1，n）系统闭环传递函数的极点，又称系统极点。3. 某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线有什么特点？答：特征根为两个互不相等的实数的二阶系统，则为过阻尼状况。其时域响应必然包含两个衰减的指数项，动态过程呈现非周期性，没有超调和振荡。4什么叫做二阶系统的临界阻尼？画图说明临界阻尼条件下二阶系统的输出曲线。答：临界阻尼(=1)其时域响应为)1(tetcntn上式包含一个衰减指数项。专业好文档第 7 页 共 27 页c(t)为一无超调的单调上升曲线5动态性能指标通常有哪几项？如何理解这些指标？答：动态性能指标通常有如下几项：延迟时间 阶跃响应第一次达到终值 的dt )(h50所需的时间。上升时间 阶跃响应从终值的 10上升到终值r的 90所需的时间；对有振荡的系统，也可定义为从 0 到第一次达到终值所需的时间。峰值时间 阶跃响应越过稳态值 达到第一pt )(h个峰值所需的时间。调节时间 阶跃响到达并保持在终值 st 5误差带内所需的最短时间；有时也用终值的 误2差带来定义调节时间。超调量 峰值 超出终值 的百分比，)(pth)(h即 10)(htp在上述动态性能指标中，工程上最常用的是调节时间 （描述 “快” ） ，超调量 （描述“匀” ）st以及峰值时间 。 pt6劳斯稳定判据能判断什么系统的稳定性？答：劳斯稳定判据能判断线性系统的稳定性。7一阶系统的阶跃响应有什么特点？当时间 t满足什么条件时响应值与稳态值之间的误差将小于52%？答：一阶系统的单位阶跃响应曲线是一条由零开始，按指数规律上升并最终趋于 1 的曲线。当 t3T 或 4T 时，响应值与稳态值之间的误差将小于 52%8在欠阻尼的情况下，二阶系统的单位阶跃响应有什么特点？答：在欠阻尼的情况下，二阶系统的单位阶跃响应的暂态分量为一振幅按指数规律衰减的简谐振荡时间函数。9阻尼比 0 时的二阶系统有什么特点？答：无阻尼(0)(2nsC其时域响应为 ttcnos1在这种情况下，系统的响应为等幅(不衰减)振荡，当 0 时，特征根将位于复平面的虚轴之右，其时域响应中的 e 的指数将是正的时间函数，因而为发散的，系统是不稳定的。tne显然，0 时的二阶系统都是不稳定的10已知系统闭环传递函数为： 170.25.)(ss则系统的 、n 及性能指标 、ts（5）各是多少？答：由标准传递函数得1/n 20.25 2/n0.707解得 n2 0.707由于 0.707故 4.3ts（5）3/(n)3/(0.707x2)2.12s三、已知一个 n 阶闭环系统的微分方程为 rbyayayan 0101)2()1()( 1. 写出该系统的闭环传递函数；2. 写出该系统的特征方程；3. 当 ， ， ，10a5.2.ai， ， ， 时，试评价该二)2(i1b2)(tr阶系统的如下性能： 、 、 、 和 。n%s)(y涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是高阶系统的阶跃响应。解： 1系统的闭环传递函数： 1010()bnnbsGsaa2系统的特征方程： 110ns3各值如下：22()0.5.14bss24nn1/.专业好文档第 8 页 共 27 页3snts20001()lim()li()lim.5.1bsssyYGs四、某单位负反馈系统的闭环传递函数为，试求系统的开环传递函数，)5(2)1(ss并说明该系统是否稳定。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是控制系统的稳定性分析。解：系统的开环传递函数系统的闭环传递函数为 )5(2)1(0ss特征方程式为 05)2(1s即 7823s劳斯行列表为1 178 10201s0100由于劳斯阵的每一列系数符号都大于 0，故该系统稳定。五、有一系统传递函数 ，其中kKs2Kk4。求该系统的超调量和调整时间；涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是二阶系统的动态性能指标的计算。掌握二阶系统标准形式的传递函数和动态性能指标的计算公式。解：系统的闭环传递函数为kKs24k与二阶系统标准形式的传递函数 22ns对比得：(1) 固有频率 4k(2) 阻尼比 由 得 12n25.0n(3) 超调 %471%)/(2ne(4) 调整时间 stns635六、已知单位反馈系统开环传函为，求系统的 、n 及性能指标)1.0()sG、ts（5） 。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是二阶系统的动态性能指标的计算。掌握二阶系统标准形式的传递函数和动态性能指标的计算公式。解：系统闭环传递函数为：10)(2ssGB与二阶传递函数的标准形式 相n2比较，可知： 100， 10，所以 ，n2n210n，系统为欠阻尼状态5.0所以，单位阶跃响应的性能指标为：10.821/%e(5%） 0.6sstn3七、 系统的特征方程为，试用劳斯判据判断系05422345 s统的稳定性。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是劳斯稳定判据。掌握劳斯稳定判据计算方法。解 计算劳斯表中各元素的数值，并排列成下表 532091540345ss由上表可以看出，第一列各数值的符号改变了两次，由2 变成1，又由1 改变成9。因此该系统有两个正实部的根，系统是不稳定的。八、某典型二阶系统的单位阶跃响应如图所示。试确定系统的闭环传递函数。专业好文档第 9 页 共 27 页涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是欠阻尼二阶系统的动态性能指标。掌握欠阻尼二阶系统的动态性能指标的基本知识，会分析欠阻尼时二阶系统的单位阶跃响应。解：首先明显看出，在单位阶跃作用下响应的稳态值为 2，故此系统的增益不是 1，而是 2。系统模型为 22)(nss然后由响应的 、 及相应公式，即可换算出%pt、 。n%251025.)(cts2pt由公式得： 5%21/enpt联立求解得 ，所以有71.40系统的闭环传递函数 95.23.1.40.2)( 22 sss九、某系统开环传递函数为 ，分别求 )(sr(t)l，t 和( )时的稳态误差。2t涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是典型输入下系统的稳态误差。解：由开环传函数为 )1()sG知它是开环放大系统 的 I 型单位反馈系统，kK其稳态误差系统可查表 31得到： ， ，pkv0a相应得位置误差为 0，速度误差为 1，加速度误差为机电控制工程基础作业评讲第 3 次第 4 章二、已知某系统的开环传递函数为，式中 0，)()()( 21pszKsDNHsGgggK 0。试求其根轨迹的分离点和会合点。1zp2涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是根轨迹的分离点和会和点。在有根轨迹的实轴上，存在着两个开环极点时，必然有一个分离点 a。同样，在有根轨迹的实轴