控制工程基础复习题答案修

1、?限制工程根底?期末复习题答案一、选择题1、设有一弹簧、质量、阻尼器机械系统,如下图,以外力 f(t)为输入量,位移 y(t)为输出量的运动微分方程式可以对图中系统进行描述,那么这个微分方程的阶次是：(2)(1)1 阶；(2)2 阶；(3)3 阶；(4)4 阶2、一阶系统的传递函数为二一;其单位阶跃响应为(2)5s1tttt(1)1-e5；(2)3-3e5；(3)5-5e5；(4)3-e5(1)欠阻尼；(2)过阻尼；(3)临界阻尼；(4)无阻尼4、以下开环传递函数所表示的系统,属于最小相位系统的是(3).小 s-11-Tss1,八 s2(1)；(2)(T0);(3);(4)(5s1)(2s-1

2、)1T1s(2s1)(3s1)s(s-3)(s-2)15、系统频率特性为,当输入为 x(t)=sin2t 时,系统的稳态输出为(4)5j11一、1一1(1) sin(2t+tg5o)；(2)tsin(2t+tg5.)；.一 11-1(3) sin(2t-tg5o)；(4),-sin(2t-tg5),25,21-2t-tc(t)=1-2e+e,系统的传递函数为(1).3、道系统输出的拉氏变换为Y(s)=-2s20.2nsn2,那么系统处于(16、在零初始条件下,系统的单位阶跃响应为(1) G(s)=3s2(s1)(s2)(2) G(s)=s2(s1)(s2)(3)G(s)=3s1(s1)(s2)

3、(4)G(s)=3s(s1)(s2)7、在零初始条件下,系统的单位阶跃响应为c(t)=1-2ee4,系统的脉冲响应为(1).word范文(1)k(t)=4er-e(2)k(t)=4e-e-3kt=4e2e,4kt=4eJ-et8、系统结构图如题图所示.试求局部反应 2 参加前后系统的静态速度误差系数和静态加速度误差系数.3(1)Kv=0.5,Ka=0.5；(2)Kv=0,Ka=0.5；(3)K=0.5,(=0；(4)?=0,Ka=0；,29、道系统输出的拉氏变换为 Ys=T,那么系统处于3s-n1欠阻尼；2过阻尼；3临界阻尼；4无阻尼10、设有一 RLC 电路系统,如下图,以 Urt为输入量,

4、Uct为输出量的运动微分方程式可以对系统进行描述,那么这个微分方程的阶次是：1一,s22s311、F(s)=,其原函数的终值f(t)=(3s(s25s4)t二(1)0;(2)8；(3)0.75；(4)312、一阶系统的传递函数为二一；其单位阶跃响应为25s1t；(3)5-5e5；(4)3-e13、系统的微分方程模型word范文(1)1 阶(2)2 阶(3)3 阶(4)4 阶t(1)1-e5；(2)t3-3e5y(3)(t)十 2y(t)+y(t)+5y(t)+3/y(T)di=5u(t)十 2u(t)人0,八06y.其中 u(t)是输入量,y(t)是输出量.求系统的传递函数模型G(S)=Y(S

5、)/U(S)为(1)G(s)=s42Tss5s.1G(S)二)5s114、某一系统的速度误差为零,那么该系统的开环传递函数可能是(1)；(2)sd；(3)K；(4)-K；Ts1s(sa)(sb)s(sa)s(sa)15、根据以下几个系统的特征方程,可以判断肯定不稳定的系统为(1)as3+bs2+cs+d=0；(2)s4+as3+bs2cs+d=0；(3)as4+bs3+cs2+ds+e=0；其中a、b、c、d、e均为不等于零的正数.(1)图 1 是仓库大门自动限制系统原理示意图.试说明系统自动限制大门开闭的工作原理,并画出系统方框图.一施大雅一上斑(),下)刁建下门开关图 2-1解：当合上开门

6、开关时,电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压,偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,将大门向上提起.与此同时,和大门连在一起的电刷也向上移动,直到桥式测量电路到达平衡,电动机停止转动,大门到达开启位置.反之,当合上关门开关时,电动机带动绞盘使大门关闭,从而可以实现大门远距离开闭自动限制.系统方框图如图解 1-2 所示.回住南回干图解图解1-2仓库大门限制系统方框图仓库大门限制系统方框图word范文(2)、如下图为限制系统的原理图.(1)指出系统的限制对象、被控量、给定量及主要干扰.(1)G(sr+2容：,+3(2)(2)画出系统的原理结构图,并指出各个组成元件的根本

7、职能.(3)说明如何改变系统的给定量输入.(4)判断对于给定量输入及主要干扰是否有静差.解：支杆匚_上三7供水图 2-2(1)限制对象：水池水量；被限制量：水位；给定量：电位器 E 右侧电位主要干扰：出水量的变化(2)原理结构图：H0:要求水位,Ei:设定电位；Ef:反应电位；E:电位差；V:进水流量；H:蓄水水位;(3)改变和电机相连的触头位置可以改变给定量输入.(4)对给定量输入和主要干扰都是无静差.(3)题图为工业炉温自动限制系统的工作原理图.分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图.word范文船定电压图 2-3解：加热炉采用电加热方式运行,加热器所产生的热量与

8、调压器电压 Uc的平方成正比,Uc增高,炉温就上升,Uc的上下由调压器滑动触点的位置所限制,该触点由可逆转的直流电动机驱动.炉子的实际温度用热电偶测量,输出电压 uf.Uf作为系统的反应电压与给定电压 Ur进行比拟,得出偏差电压Ue,经电压放大器、功率放大器放大成 Ua后,作为限制电动机的电枢电压.在正常情况下,炉温等于某个期望值 TC,热电偶的车出电压 Uf正好等于给定电压U.此时,Ue=Ur-Uf=0,故 Ui=Ua=0,可逆电动机不转动,调压器的滑动触点停留在某个适宜的位置上,使 Uc保持一定的数值.这时,炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量,形成稳定的热平衡状态,温度保持恒定.当炉

9、膛温度TC 由于某种原因忽然下降(例如炉门翻开造成的热量流失),那么出现以下的限制过程：限制的结果是使炉膛温度上升,直至TC 的实际值等于期望值为止.TT口CYTUfYTUeTUiTUaT8TUcTT口C系统中,加热炉是被控对象,炉温是被控量,给定量是由给定电位器设定的电压 Ur(表征炉温的希望值).系统方框图见图解 1-3.图解图解1-3炉温限制系统方框图炉温限制系统方框图二、计算题(1)求如下图电路网络的传递函数.其中,U0为输出电压,Ui(t)为输入电压,R1 和R2 为电阻,C1 和 C2 为电容.word范文1-ipi(t)dt=Rii二:Ci、解M(t)Uo(t)=Rii2(t)1

10、Uo(t)=丁fii(t)+i2(t)dt+ii(t)+i2(t)R2C2消去中间变量 ii 和 i2,得i0298一200K00i49K00298200K0(3)利用 Mason 公式求如下图传递函数 C(s)/R(s)RR2CC2d2u0(t)dt2(RiCiR2c2吟臂U0=RiR2CiC2d(t)dt2(RiCiR2c2RG,TUi(2)系统的特征方程为32+20s+i5s+2s+K=0,试确定参数 K 的变化范围以使系统是稳定的.解：列劳斯表:SS4320i49i52Ci图 1word范文解：图中有 2 条前向通路,3 个回路,有 1 对互不接触回路P1=G1G2G3,1=1,P2=

11、G4G3,2=1L1,L1-G1G2H1,L2-G3H2,L3-G2H3,=1(L1+L2+L3)+L1L2,试确定参数 K1,K2的值.1G卜G-+8-A|G31C.)KI-,T回一那么有出.R1.*G1G2G3-G4G3(1G1G2H1)R(s)1G1G2H1G3H2G2H3G1G2G3H1H2(4)、一阶系统结构图如题图所示.要求系统闭环增益K=2,调节时间 ts15oRcKlword范文时间ts.解：依题,系统闭环传递函数(BODIffl),并求系统的相位裕量判断闭环系统的稳定性.(5)、单位反应系统的开环传递函数G(s)=s(s+5),求单位阶跃响应h(t)和调节中(s)=2s5s4

12、(s1)(s4)11(s-)(s-)TiC(s)-：,(s)R(s)=s(s1)(s4)ss-1C0=lims(s)R(s)=lim二 1(s1)(s4)C1=|im(s1)ij(s)R(s)=limQs(s4)Ti=1T2=0.25C24=lim(s4)(s)R(s)=limsus.s(s1)4.t14th(t)=1-ee33T2ts=IT1=3.3Tl=3.3.T1(6)、开环传递函数为G(s)=10s(s1)(s5),画出对数幅频特性的折线图word范文可算出相位裕量 21 度.闭环系统稳定如果直接给出结果,并且正确,可以给总分值(8)、系统的开环传递函数为K(0.5s1)2_s(0.1

13、s1)(0.02s1)其中 K 分别为 10 和 180,分别判断闭环系统的稳定性.假设稳定,求出相位稳定裕量.K0.5s1解：开环传递函数：Q(s)=?,幅频特性单调下降,转折频率分别为：s20.1s10.02s12,10,50;在区间2,10内计算如下：解:1-K2K1K2Q(s)=-20(7)试求如下图系统总的稳态误差,r(t)=t,n(t)=1(t)201g180=20lg 五+40lg2 得%=5rad/s,并在区间2,10内,解有效.word范文r=180+P 侬=arctg2.5-arctg0.5-arctg0.1=35.9 一,所以闭环系统稳定.10当 K=180 时 bode

14、 图如下：在区间10,50内计算如下：201g10=40lg2+20lg+40lg*得Q=30rad/s,解在区间10,50内.210r=n+P 侬0,所以闭环系统不稳定10 分9、要求系统为一阶无静差,且要求 Kv=300/s,wc=10rad/s,=50 度.求期望的开环传递函数解：系统为一阶无静差系统,Kv=300/s,c=10rad/s,=50首先,根据系统的动态要求,即由 8c和设计开环特性中频段的形状,即简化模型.1.一首先求出闭环幅频特性峰值为：M 广-=1.33 分sin、M1再求中频段的长度 h:h=一=7.76 分M-1一32h_3一_,再由=1.77,3=1.77c=17.7rad/s,2=一=2.3rad/sCh1hC然后根据稳定指标要求,即 Kv=300/s,决定不考虑鼻的影响的时候,开环传递函数为:c3000.43s1Qs 二s13s10.056s1考虑到1