控制工程基础试题A卷标准答案

1、20120712兰州石家庄铁道学院2010-2011学年第1学期2008级本科班期末考试试卷（A）课程名称：控制工程基础 任课教师：刘希太、郑明军 考试时间：120分钟 学 号： 姓 名： 班 级： 考试性质（学生填写）：正常考试（ ）缓考（ ）补考（ ）重修（ ）提前修读( )题 号一二三四五总分满 分2020103020100得 分改卷人注：将所有答案写在后面的答题纸上，最后一页为草稿纸。一、 填空题（每空1分，15题共20分）1 控制系统由 两部分组成。2 建立系统数学模型的方法有 和 两种。3 按其数学模型是否满足 ，控制系统可分为线性系统和非线性系统。4 随动系统是指 。5 经典控制

2、理论采用的数学模型主要 以为基础；现代控制理论采用的数学模型主要以为 基础。6 工程上常用的线性化方法是 。 7 广义误差平方积分性能指标特点 。8 校正元件按在系统中的连接方式可分为串联校正、 和 等。9 系统频率特性指标中的谐振频率是指 。10系统传递函数与其单位脉冲响应函数的关系是 。11系统稳定的充要条件是 。12某线性定常系统的单位斜坡响应为，。其单位阶跃响应为 。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 。14最小相位系统是指 。15已知系统开环传递函数为，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 、 、 。二、单项选择题（每题2

3、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： ( )(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？ ( )(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： ( )(A) (B) (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： ( )(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）低通滤波

4、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： ( )(A) 系统的输出为 (B) 系统的输出为(C) 系统传递函数为 (D) 系统单位脉冲响应调整时间为2s 7. PI控制类似于： （ ）(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，则输入时稳态输出的幅值为: （ ）（A） （B） （C）2 （D）1 9已知下列系统的开环传递函数为 (所有参数均大于0)，则下图中所给幅相曲线中正确的是： （ ） 10用Nyquist稳定判据判断上面第9小题所给开环系

5、统所对应的闭环系统的稳定性，所得结论正确的是： （ ） (A)，；不稳定 (B)，；不稳定(C)，；稳定 (D) ，；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。2、相位超前校正与相位滞后校正在应用方面有何不同？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。 2（6分）已知单位反馈系统开环传函为。利用matlab分别绘制开环系统N氏图、bode图、稳定性图，给出稳定性表示值，并利用单位脉冲响应进行稳定性验证。3（10分）控制系统如图所示，输入信号为，。试分析系统稳定性及误差。4（10分）已知最小相位

6、系统开环对数幅频特性曲线如下图所示。试给出系统开环传递函数，并计算其相位裕量。若上图为校正后的系统对数幅频特性曲线图，而原有系统的开环传递函数为，求串联校正装置的传递函数。五、平时成绩（包括平时作业、期中测验、考勤和实践环节，共20分）。石家庄铁道学院2010-2011学年第1学期2008级本科班期末考试试卷（A）标准答案课程名称：控制工程基础 任课教师：刘希太 考试时间：120分钟 班 级：机械0801,1-6一、填空题（每空1分，15题共20分）1.控制对象和控制器2分析法、实验法3.叠加性4.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. 传递函数、状态空间方程

7、6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反馈校正、顺馈校正9幅频特性A()出现最大值Amax时的频率10拉氏反变换11闭环系统特征根具有负实部1213大于6dB或大于214传递函数所有零点和极点均在复平面s的左半平面内153；二、单项选择题（每题2分，10题共20分）(D) (D)（C）(B)（A） (B) (C) (D)（A）(D）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

8、常指幅频特性曲线在第一个转折频率以前的区段（），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（），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（），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，

9、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）2（6分）只要符合要求即可。参考答案如下：clear,s1=zpk(,0,-2,40); sb1=feedback(s1,1)figure(1)subplot(2,2,1);nyquist(s1),gridsubplot(2,2,2);bode(s1),gridsubplot(2,2,3);margin(s1),gridsubplot(2,2,4); impulse (sb1),gridGm,Pm,Wcg,Wcp=margin(s1)3（10分）解：系统的闭环特征方程： （2分）由劳斯判据可得系统稳定条件： ，均大于零且。（3分）稳态误差分析 系统的开环传递函数为 ，为II型系统，对加速度输入有差。（2分）对输入信号，由叠加原