控制工程基础练习题

控制工程基础练习题控制工程基础练习题 一 单项选择题 1 图示系统的阶次是 A 1 阶 B 2 阶 C 3 阶 D 4 阶 2 控制系统能够正常工作的首要条件是 A 稳定 B 精度高 C 响应快 D 抗干扰能力 强 3 在图中 K1 K2满足什么条件 回路是负反馈 A K1 0 K2 0 B K1 0 K20 K2 0 D K10 K2 0 B K1 0 K2 0 C K1 0 K20 K2 0 15 通过直接观察 下列闭环传递函数所表示的系统稳定的 一个是 A 3 2 1 5 10 sss s s B 2 1 2 s s C 4 1 3 ss s s D 13 10 23 sss s s 16 在控制系统下列性能指标中 描述系统平稳性的一个是 A 幅值裕量 B 谐振频率 C 稳态误差 D 振荡次数 17 如果二阶系统的无阻尼固有频率为 12Hz 阻尼比为 0 5 允许误差为 5 那么 该系 统对单位阶跃输入的响应具有的过渡过程时间为 A 0 5s B 1s C 2s D 3s 18 关于线性系统的本质 下列说法正确的是 A 线性系统的输入与输出成线性关系 B 可以用传递函数描述 C 满足叠加原理 D 各项系数均与时间无关 19 二阶系统的阻尼比位 0 75 受到单位阶跃输入作用 那么下列说法正确的是 A 两个极点都位于虚轴上 且响应是等幅振荡的 B 两个极点都位于原点 且响应迅速衰减到 0 C 两个极点都位于 s 平面右半面 且响应是发散的 D 两个极点都位于 s 平面左半面 且响应几乎没有超调量 20 下列关于频率特性的说法中 正确的是 A 是系统对频率的响应 B 是系统单位脉冲响应函数的富利叶变换 C 是系统输出的稳态分量对输入的正弦信号的频率的关系 D 频率特性并不反映系统的运动特性 21 下列表达式描述线性定常系统的是 A 2 tttctc B 4 2tr ttctc C 为常数其中cbatrctbctcatc D 2 trtc 22 关于传递函数 正确的说法是 A 传递函数可以用于描述线性时变系统 B 不同属性的物理系统的传递函数形式也不同 C 传递函数可以描述动态系统的内部特性 D 传递函数是系统单位脉冲响应函数的拉氏变换 23 在图所示回路中 已知 K10 哪个回路是负反馈回路 A B K1 K2 题 14 图 K1 K2 K1 K2 K1 K2 K1 K2 C D 题 23 图 24 直接观察判断下列系统的稳定性 稳定的一个是 A 4 1 1 2 ss s s B sss s s 23 4 5 10 C 34 5 10 3 ss s s D 12 10 23 sss s 25 如果一阶系统的时间常数为 0 02s 允许误差为 2 那么 该系统对单位脉冲输入的 响应具有的过渡过程时间为 A 0 06s B 0 08s C 0 1s D 0 12s 26 在控制系统下列性能指标中 可以描述系统快速性的一个是 A 振荡次数 B 最大超调量 C 增益裕量 D 开环截止频率 27 关于惯性环节 正确的描述是 A 输出信号与输入信号形状完全相同且没有滞后 B 输出信号无限接近输入信号的形状且没有滞后 C 输出信号与输入信号形状不同且有滞后 D 输出信号与输入信号形状相同且有滞后 28 关于开环放大系数 K 下列说法正确的是 A K 越大 稳态误差越小 B K 越大 闭环稳定性越好 C K 越大 系统响应越慢 D K 越大 系统响应越平稳 29 某校正装置的 Bode 图如图所示 该校正装置是 题 29 图 A P 校正装置 B PID 校正装置 C PD 校正装置 D PI 校正装置 30 从系统的频率特性来看 反映系统复现输入信号能力的是 A 零频值 B 低频段 C 中频段 D 高频段 二 多项选择题 31 关于线性系统 下列说法正确的有 A 线性系统的本质特征是满足叠加原理 B 线性系统的输入与输出成线性关系 C 描述线性系统的微分方程中 各项系数均与系统的输入输出信号及其导数无关 D 描述线性系统的微分方程中 各项系数均与时间无关 E 线性系统都可以用传递函数描述 32 关于传递函数 下列说法正确的有 A 它是输出信号与输入信号之比 B 它是以复变数 s 为自变量的有理真分式 C 它不仅与系统的结构和参数有关 还与输入作用的形式有关 1 T11 T2 90 90 D 它可以有系统的微分方程转换得到 E 它是系统动态特性的内部描述 33 关于二阶系统对单位阶跃信号的响应 下列说法正确有 A 二阶系统的时间响应都是二次函数 B 当两个极点都在 s 平面的负实轴上时 没有超调量 C 当两个极点都在 s 平面的虚轴上时 没有超调量 D 当两个极点都在 s 平面的第二 三象限时 响应是等幅振荡 E 当阻尼比在 0 1 内时 响应是有振幅衰减的振荡 34 对于频率特性 下列说法正确的有 A 是系统单位脉冲响应函数的富利叶变换 B 是系统对频率的响应 C 是系统输出的稳态分量对输入的正弦信号的频率的关系 D 频率特性并不反映系统的运动特性 E 频率特性取决于系统的结构和参数 35 对于图所示的系统 以下传递函数正确的有 A 2121 1 1 1 1 HHGG G sR sY B 2121 21 1 2 1 HHGG GG sR sY C 2121 221 2 1 1 HHGG HGG sR sY D 2121 2 2 2 1 HHGG G sR sY E 2121 21 1 2 1 HHGG GG sR sR 3132333435 A C B DB EA C EC D 36 下列关于传递函数的说法 正确的有 A 传递函数是在零初始条件下定义的 B 传递函数不仅与系统结构和参数有关 而且与输入信号有关 C 传递函数总是具有 s 的有理真分式形式 D 传递函数是系统单位脉冲响应函数的拉氏变换 E 传递函数的量纲取决于输入信号和输出信号的量纲 37 根据如图所示的二阶系统对单位阶跃输入的响应曲线 下列结论正确的有 A 超调量为 18 B 稳态响应为 2 00 C 上 升时间 0 8s D 超调量为 0 09 E 延迟时间 0 8s 38 下列典型环节中 有相位滞后的有 A 微分环节 B 积分环节 C 惯性环节 D 比例环节 E 延迟环节 G1 G2 R1 s H1H2 R2 s Y2 s Y1 s 题 35 图 题 37 图 39 根据开环对数频率特性 下列说法正确的有 A 开环增益 K 和系统型号 决定系统的低频特性 B 中频段斜率为 20dB dec 且穿越频率 c高 则系统响应速度快 C 高频段的对数幅频值越小 则系统抗高频干扰的能力越强 D 根据对数频率特性图可以判断控制系统的稳定性 E 三频段的特性是控制系统设计的依据 40 对于最小相位系统 下列说法正确的有 A 最小相位系统的对数幅频特性图与相频特性图有唯一的对应关系 B 最小相位系统是稳定的 C 最小相位系统具有最小的相位角 D 最小相位系统具有最小的稳态误差 E 最小相位系统在 s 平面的右半面没有极点但可以有零点 41 在控制系统的性能中 表示相对稳定性的有 A 超调量 B 增益裕量 C 相位裕量 D 峰值时间 E 开环截止频率 42 关于反馈 下列说法正确的有 A 加入反馈后 必须校验系统的稳定性 B 加入反馈后 可提高系统的相对稳定性 C 加入反馈后 可提高系统的控制精度 D 加入反馈后 可抑制干扰信号引起的误差 E 加入反馈后 可提高系统响应的快速性 43 不会引起系统输出信号相位滞后的典型环节有 A 惯性环节 B 振荡环节 C 积分环节 D 微分环节 E 比例环节 44 在如图所示的系统中 下列传递函数正确的有 题 44 图 A 21 sHsGsG sE sB B 1 21 210 sHsGsG sGsG sX sX i C 1 21 21 sHsGsG sGsG sE sXo D 1 21 2 sHsGsG sG sD sXo E 1 21 2 sHsGsG sGsH sD sB 45 下列各项中 能作为系统数学模型使用的有 A 微分方程 B 方框图 C 稳态误差 D 传递函数 E 频率特性 三 名词解释 46 闭环控制 47 极点 48 超调量 49 稳定性 50 零输入响应 51 零点 52 频率特性 53 零状态响应 54 稳定裕量 55 传递函数 56 过渡过程时间 57 最小相位系统 G1 s G2 s H s Xi s E s Xo s B s D s 四 判断说明题 58 开环传递函数就是开环控制系统的传递函数 59 在图示的控制系统中 被控制量是水箱输出的热水流 量 60 控制系统校正的目的主要是改善其稳定性 61 传递函数是系统的输出信号与输入信号在零初始条件 下的拉氏变换之比 所以外界作用形式将影响传递函数的 形式 62 闭环控制具有抑制干扰引起控制误差的能力 63 如果系统闭环特征多项式的系数都是负数 那么该系统一定不稳定 64 根据如图所示的无源网络建立系统的动态模型是三 阶的 65 稳态响应是稳定系统的响应 66 稳态响应就是系统对输入信号的响应 67 线性系统的输出信号与输入信号间具有确定的比例关 系 68 通常情况下 微分方程是根据系统的物理原理建立起 来的 因此它反映了系统的内部特性 69 在用劳斯判据判断系统的稳定性时要检查必要和充分 条件 70 控制系统的时域性能指标和频域性能指标是不相 关的 五 简答题 71 什么是稳态加速度误差 72 瓦特发明的离心调速器原理如图所示 它是开环 控制还是闭环控制 如果是闭环控制 那么其反馈量 是什么 被控制量是什么 73 在如图所示的液位控制系统中 浮球 起什么 作用 气动阀门 起什么作用 74 什么是稳态速度误差 75 在图所示的直流电机闭环控制系统中 请指出参 考输入信号和控制信号各是什么 负载转矩 ML起什 么作用 76 什么是时间响应 77 控制系统稳定的充分必要条件是什么 78 稳态误差与哪些因素有关 六 综合题 79 已知某控制系统的特征方程为 03432 234 ssss 其在虚轴右侧的极点有多 少个 80 已知在零初始条件下 系统的单位阶跃响应为 tt eetc 2 21 试求系统的传递 函数和脉冲响应 题 59 图 题 72 图 题 64 图 题 73 图 浮球 题 75 图 81 已知系统在单位阶跃作用下 零初始条件时的输出为 t o etx 21 试求该系统的 闭环传递函数 82 某单位反馈系统的开环传递函数为 1 01 1 ss sGk 试绘制其奈奎斯特轨迹 并 判断闭环系统的稳定性 83 控制系统的开环传递函数为 166 4 0 2 800 2 ssss s sHsG 试绘制其 Bode 图 在 Bode 图上标出相位裕量和增益裕量 标明正 负 但不需求值 84 在图所示的系统中 当 K1取何值时该系统稳定 85 已知系统的框图如下 如果输入信号和扰 动信号分别为 r t 2 0 5t 和 n t 0 1 1 t 求该系统的稳态误差 86 已知系统的闭环传递函数为1 1 0 s sGb 当输入信号为 r t 2sin10t 时 求其稳态 响应 87 单位反馈系统的结构如图所示 试求使系统稳 定的 K 值 88 控制系统的开环传递函数为 42 1 4 100 2 ssss s sHsG 试绘制 Bode 图 在 Bode 图上标出相位裕量和增益裕量 标明正 负 但不需求值 89 已知具有单位负反馈的二阶系统的单位阶跃响应曲线如图所示 试求系统的开环传递 函数 计算中可能用到的公式 100 2 1 eM p 2 1 n p t 90 已知系统结构如图所示 若 r t 1 t t n t 0 01 1 t 求系统的稳态误差 91 某单位反馈系统的开环传递函数为 2 1 58 s s sGk 试 绘制其奈奎斯特轨迹 并判断闭环系统的稳定性 92 控制系统的开环传递函数为 648 2 4 640 2 ssss s sHsG 试绘制 Bode 图 并在 Bode 图上标出相位裕量和增益裕量 标明正 负 但不需求值 93 在图所示的系统中 10 5 0 2 2 n n n ss sG 其中 当 K 取何值 题 84 图 题 85 图 题 87 图 题 90 图 时该系统稳定 94 已知系统结构如图所示 1 当 Kf 0 时 请确定系统在单位速度输入时的稳态误差 2 当 0 6 时 试确定 Kf的值及在单位速度输入时的稳态误差 控制工程基础练习题答案控制工程基础练习题答案 一 单项选择题 12345678910 BACDDBACBC 11121314151617181920 CBABADACDB 21222324252627282930 CDCABDBABA 二 多项选择题 每小题 2 分 共 10 分 1112131415 A C B DB EA C EC D 3637383940 A C D EB DB C EA B C DA C 4142434445 B C A C DD EA D EA B D E 三 名词解释 46 控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程 47 使传递函数的分母多项式值为 0 的 s 的值 48 控制系统阶跃响应的最大值与稳态值之差除以稳态值 反映了系统响应振荡的剧烈程 度 49 稳定性是指系统处于平衡状态时受到扰动作用后 恢复原有平衡状态的能力 50 零输入响应是指控制系统在无输入作用的条件下对非零初始条件的时间响应 G s K s R s C s 题 93 图 Kfs 2 1 ss 10 R s C s 题 94 图 51 使传递函数分子多项式为 0 的 s 的值 52 系统在谐波信号作用下 当输入信号的频率从 0 变化时 系统稳态响应与输入信 号的复数比 53 控制系统在零初始条件下对输入信号的时间响应 54 控制系统在幅值和相位上偏离临界稳定值的大小 55 零初始条件下 控制系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比值叫做系统 的传递函数 56 又称为调整时间 是指系统的响应到达并保持在终值的一定误差范围内 如 2 5 等 所需的最小时间 57 当系统传递函数在 s 平面右半面没有零点 极点时 其相位最小 具有最小相位传递 函数的系统就是最小相位系统 四 判断说明题 58 错误 开环传递函数时闭环控制系统的反馈信号的拉氏变换与控制信号的拉氏变换之比 59 错误 系统地被控制量是水的温度 热水的流量是扰动信号 60 错误 控制系统校正的目的是改善系统的稳态和动态性能 包括改善稳定性 61 错误 传递函数由控制系统的结构和参数决定 与输入信号的形式无关 62 正确 闭环控制系统的控制作用是根据误差产生的 并力图不断地利用误差来消除误差 63 错误 系统闭环特征多项式的系数都是负数 满足系统稳定的必要条件 如果劳斯表的第一 列也都为负 则该闭环系统稳定 64 错误 由于 C2 C3是并联的 并非独立的储能元件 所以 该系统是二阶的 65 错误 稳态响应是指当时间 t 趋近于无穷大时 稳定系统的时间响应 66 错误 稳态响应是指在典型输入信号作用下 当 t 趋近于无穷大时 系统输出信号的表现形 式 67 错误 线性系统是满足叠加原理的系统 静态的线性系统的输出信号与输入信号间具有确定 的线性关系 动态的线性系统的输出信号与输入信号间不具有确定的线性关系 68 错误 用微分方程来描述动态系统时 只描述了系统的输出与输入间的关系 即只描述了动 态系统的外部特性 69 正确 在用劳斯判据判断系统的稳定性时 首先应检查闭环特征多项式的系数是否同符号 如果相同 则说明满足必要条件 然后再检查劳斯表第一列的系数有无符号改变 如果没 有 则说明系统没有闭环右极点 控制系统稳定 70 错误 控制系统的性能归根决底取决于控制系统的结构和参数 时域性能指标和频域性能指 标都是控制系统内在品质的反映 因此 都可以用来评价控制系统的性能 五 简答题 71 稳态加速度误差是指系统受到加速度输入信号作用时被控制量的稳态误差 72 是闭环控制 反馈量是调节器转速 被控制量是蒸汽机的转速 n 73 浮球 用于测量液面位置以用作反馈 气动阀门 是系统的执行机构 控制流入的 水的流量 74 稳态速度误差是指系统受到斜坡输入信号作用时被控制量的稳态误差 75 参考输入信号是 ue 控制信号是 u ue uf 负载转矩是干扰信号 76 时间响应是指控制系统在输入作用下在时间域内的变化规律 77 控制系统稳定的充分必要条件是 控制系统的全部闭环极点位于 s 平面的右半面 78 稳态误差不仅与系统的结构参数有关 而且与外作用的形式 作用点 大小等有关 六 综合题 79 列 Routh 表如下 3 2 31 42 331 0 1 2 3 4 s s s s s Routh 表第一列的元素有两次符号改变 因此原系统在虚轴右侧有两个极点 80 单位阶跃输入时 有 s sR 1 依题意 sss s sss sC 1 2 1 23 1 1 2 21 2 1 23 ss s sR sC sG tt ee ss LsGLtk 211 4 2 4 1 1 81 s sU tutu 1 1 而 1 21 ss sXo 根据传递函数的定义有 1 3 s s sU sX sG o b 82 系统开环频率特性可表示为 1 01 1 jj jGk 当 0 时 G j 0 1 相位角为 90 当 时 G j 0 相位角 为 180 系统开环奈奎斯特轨迹 如右图所示 系统开环没有右极点 而奈奎斯 特轨迹没有包围点 1 j0 因 此闭环系统稳定 1 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 10 2 1 5 1 0 5 0 0 5 1 1 5 2 nyquist of 1 0 1s2 s Real Axis Imaginary Axis 83 系统开环传递函数可规范化为 1 8 3 16 1 4 0 1 2 250 1 8 3 16 1 4 0 1 2 2 164 0 800 22 sss s s sss s s sHsG 可见 系统开环由 5 个典型环节构成 比例环节 K 250 积分环节 转折频率为 1 0 4Hz 的惯性环节 转折频率为 2 2Hz 的微分环节和转折频率为 3 4Hz 的振荡环节 20lgK 48 系统开环 Bode 图如下 84 系统闭环特征多项式为 1001000 8017 1 23 Ksss 由系统的闭环传递函数可列 Routh 表如下 3 s 1 80 2 s 17 1000K1 100 1 s 17 10001260 1 K 0 0 s 1000K1 100 0 由 Routh 判据可知 系统稳定的充分必要条件为 Routh 表第一列元素同号 即 17 10001260 1 K 0 1000K1 100 0 解得 0 1 K0 得 K0 0 K 20 88 系统开环传递函数可规范化为 1 22 1 1 4 100 2 2 ss ss s sHsG 可见 系统开环由 5 个典型环节构成 比例环节 K 100 积分环节 转折频率为 1 1Hz 的惯性环节 转折频率为 2 4Hz 的微分环节和转折频率为 3 2Hz 的振荡环节 20lgK 40 系统开环 Bode 图如下 89 由图可知 该系统为欠阻尼二阶系统 且 Mp 30 tp 0 1s 根据所给计算公式计算得到 系统的阻尼比为 0 358 无阻尼固有频率为 n 33 65Hz 因此 系统传递函数为 1 24 3 1132 2 2 ssss sG n n 90 该系统是二阶的 且各项系数为正 故而该系统是稳定的 对于输入信号引起的稳态误差 可以用稳态误差系数计算 系统为 I 型 开环增益为 K1 200 稳态速度误差系数为 Kv 200 所以由输入信号引 起的稳态误差为 1 200 0 005 由扰动引起的误差只能根据定义计算 扰动引起的输出全部是误差 即 200 5 0 200 sN sss sCsEn 所以 01 0 01 0 200 5 01 200 l