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

（）

A1阶；B2阶；C3阶；D4阶。

2.控制系统可以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，KH&满足什么条件，回路是负反馈？（）

AKi>0,K2>0BKI<0,K2<0

CKI>0,K2<0DKIVO,K2=0

4.通过直接观测，下列闭环传递函数所示的系统稳定的一种是（）

10(s+5)

①（S）=

A-41+S；

19+1

①(s)=

(s十1)(『-4).

B9

…10(5+5)

①⑸=-V----

Cs+4s+3；

10

①(s)=

(5+3)2(5+1)

D

G（s）=-------------

5.己知系统开环传递函数为s（s+l）（s+2）f其高频段日勺相位角为（）

A0°；B一90°；C-180°；D一270°。

6.在控制系统下列性能指标中，表达迅速性的一种是（）

A振荡次数；B延迟时间；C超调量；D相位裕量。

7.某经典环节H勺输入输出关系曲线是一条通过坐标原点日勺直线，那么该经典环节是

()

A比例环节：B振荡环节：C微分环节；D积分环节。

8.控制系统的超调审与下列哪个原因有关？()

A稳态误差；B稳定性；C系统阻尼；D开环增益。

9.假如二阶系统的无阻尼固有频率为8Hz,阻尼比为0.5,容许误差为2%,那么，该系统

对单位阶跃输入的响应具有R勺过渡过程时间为()

A0.5s；BIs；C2.5s；D5s。

10.从线性系统H勺频率特性来看，下列说法对的的是()

A相对于输入信号而言,输出信号的幅值和相位都没有变化;

B相对于输入信号而言,输出信号的幅值增大相位滞后;

C相对于输入信号而言,输出信号的幅值和相位均有变化，变化规律取决于系统口勺构

造和参数;

D相对于输入信号而言,输出信号的幅值变化但相位不变。

11.在下列各项中，能描述系统动态特性的是()

A精度；B稳态误差;C开环截止频率;D稳定裕量。

12.如图所示系统H勺阶次是()

K上)A一阶；B二阶;C三阶；D四阶。

y(.t)

13.有一种经典环节，其谕出信号在相位上比输入信号超前

90°,这种经典环节是()

题12图

A微分环节；B比例环节;

C积分环节;D惯性环节。

14.如图所示的回路是负反馈回路的条件是

()

AK1>0,K2>0；BK)>0,K2<0；

CKiVO,K2<0；DK1>O,K2=OO

15.通过直接观测，下列闭环传递函数所示II勺系统稳定的一种是（）

小/、10(5+5)

①(s)=-------------①⑸二

(s+1)(5+2)(s+3)；B

32

(s+IXs-4)；口中“)s-3s+5+1o

16.在控制系统下列性能指标中，描述系统平稳性的一种是（）

A幅值裕量；B谐振频率：C稳态误差；D振荡次数。

17.假如二阶系统H勺无阻尼固有频率为12Hz,阻尼比为0.5,容许误差为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（）

A0.5s；BIs；C2s；D3s。

18.有关线性系统的本质，下列说法对的的是（）

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，那么下列说法对的的是（）

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$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.下列有关频率特性的说法中，对的的是（）

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频率特性并不反应系统的运动特性。

21.下列体现式描述线性定常系统H勺是()

27.有关惯性环节，对的的描述是)

A输出信号与输入信号形状完全相似且没有滞后；

B输出信号无限靠近输入信号日勺形状且没有滞后；

C输出信号与输入信号形状不一样且有滞后；

D输出信号与输入信号形状相似且有滞后。

28.有关开环放大系数K,下列说法对的日勺是（）

AK越大，稳态误差越小；BK越大，闭环稳定性越好；

CK越大，系统响应越慢；DK越大，系统响应越平稳。

29.某校正装置欧JBode图如图所示，该校正装置是（）

AP校正装置；BPID校正装置；CPD校正装置；DPI校正装置。

30.从系统的频率特性来看，反应系统复现输入信号能力H勺是（）

A零频值；B低频段；C中频段：D高频段。

二、多选题

31.有关线性系统，下列说法对的的有（）

A线性系统U勺本质特性是满足叠加原理；

B线性系统口勺输入与输出成线性关系；

C描述线性系统口勺微分方程中，各项系数均与系统均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.有关传递函数，下列说法对的日勺有（）

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它不仅与系统的构造和参数有关，还与输入作用的形式有关；

D它可以有系统的微分方程转换得到；

E它是系统动态特性日勺内部描述。

33.有关二阶系统对单位阶跃信号的响应，下列说法对时有（）

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平面日勺虚轴上时，没有超调最；

D当两个极点都在s平面口勺第二、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H勺振荡。

34.对于频率特性，下列说法对的的有（）

A是系统单位脉冲响应函数的J富利叶变换；

B是系统对频率日勺响应；

C是系统输出H勺稳态分量对输入H勺正弦信号的频率为关系；

D频率特性并不反应系统的运动特性；

E频率特性取决于系统口勺构造和参数。

35时于图所示的系统，如下传递函数对的日勺有

耳⑸二G丫2(5)二G-2

而；内

API+GG”.BRMI+GG”2；

r,(5)=Gfi2H2Y2(S)=G2

CSGGHH

R2()~\-}2}2DR2(S)~\-G}G2H}H2

R?⑸二G】G2

3132333435

ACBDBEACECD

36.下列有关传递函数的说法，对的的有()

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构造和参数有关，并且与输入信号有关；

C传递函数总是具有sH勺有理真分式形式；

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II勺量纲取决于输入信号和输出信号的量纲。

37.根据如图所示的一.阶系统对单位阶跃输入B勺响应曲线，卜列结论对的J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.下列经典环节中，有相位滞后时有（）

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。

39.根据开环对数频率特性，下列说法对的附有

A开环增益K和系统型号y决定系统日勺低频特性;

B中频段斜率为-20dB/dec且穿越频率d高，则系统响应速度快；

C高频段U勺对数幅频值越小，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H勺特性是控制系统设计日勺根据。

40.对于最小相位系统，下列说法对H勺H勺有（）

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口勺相位角；

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II勺右半面没有极点但可以有零点。

41.在控制系统日勺性能中，表达相对稳定性的J有（）

A超调晟；B增益裕最；C相位裕量；D峰值时间；E开环截止频率。

42.有关反馈，下列说法对的的有（）

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，可提高系统日勺控制精度；

D加入反馈后，可克制干扰信号引起的误差；

E加入反馈后，可提高系统响应的迅速性。

43.丕会引起系统输出信号相位滞后日勺经典环节有（）

A惯性环节：R振荡环节：C积分环节：D微分环节：F.比例环节。

44.在如图所示的系统中，下列传递函数对的的有)

题44图

B(s)c(\c(\iu\Xo(s)_Gl(S\G2(.v)

A丽=G(S)G2(S)”")；B用荷-1-s)；

x0(s)=G|(S)G2(S)x〃(s)=G2(S)

1

cE(s)1+G](S)G2(S)H(S)；口O(s)+G(s)G2(s)H⑸；

6(s)_H(S)G2(S)

E5(7)-1+G,(5)G2(5)77(5)

45.下列各项中，能作为系统数学模型使用口勺有()

A微分方程B方柩图；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

四、判断阐明题

58.开环传递函数就是开环控制系统口勺传递函数。

59.在图示的控制系统中，被控制量是水箱输出的热水流

量。

题59图

60.控制系统校正日勺目日勺重要是改善其稳定性。

61.传递函数是系统日勺输出信号与输入信号在零初始条件下口勺拉氏变换之比，因此外界作用

形式将影响传递函数的形式。

62.闭环控制具有克制干扰引起控制误差的能力。

63.假如系统闭环特性多项式日勺系数都是负数，那么该系统一定不稳定。

64.根据如图所示H勺无源网络建立系统日勺动态模型是三阶

肛

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日勺响应。

67.线性系统日勺输出信号与输入信号间具有确定的比例关

题64图

系。

68.一般状况下，微分方程是根据系统的物理原理建立起来的，因此它反应了系统的内部特

性。

69.在用劳斯判据判断系统的稳定性时要检查必要和充足条件。

70.控制系统的时域性能指标和频域性能指标是不有

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？假如是闭环控制，那么其反馈量

是什么？被控制量是什么？

73.在如图所示附液位控制系统中，“浮球”起什么作用？“气动阀门”程谢■嬖作用？

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，请指出参照输入信号和控制信号各是什么？负教

转矩ML起什么作用？

76.什么是时间响应？

77.控制系统稳定的充足必要条件是什么？

78.稳态误差与哪蟹设晶关？题75图

六、综合题

79.己知某控制系统即恃性方程为力+2s，+31+4$+3=0,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“，)=1-2e~+*',试求系统口勺传递函

数和脉冲响应。

81.已知系统在单位阶跃作用下，零初始条件时的输出为乙")=1+26一’，试求该系统日勺闭

环传递函数。

Gk(s)=---------

82.某单位反馈系统日勺开环传递函数为s(l+01s),试绘制其奈奎斯特轨迹，并判

断闭环系统“勺稳定性。

G(s)“(s)=

83.控制系统的开环传递函数为s(s+0.4)(s+6s+16),试绘制其BO加图,

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.在图所示日勺系统中，当Ki取何值时该系统稳定？

n(0

«)4)---1_________10________c(t)

-K--0*(0.1J+1X0.21+1)(0.55+1)

——1取

八［“/十外15)

题84图

题85图

85.已知系统R勺框图如下，假如输入信号和扰动信号分别为r⑴=2+0.5t和n⑴=0.1义1(0。求

该系统的稳态误差。

G/,G)=-7

86.已知系统口勺闭环传递函数为s+1,当

输入信号为r(t)=2sin!0ilbj＞求其稳态响应。

87.单位反馈系统II勺构造如图所示，试求使系统稳

定时K、。值。

88.控制系统的开环传递函数为

〜、口,、100(5+4)

G(S)H(5)=---------;---------

S(S+1)(5~+25+4),

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内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

M〃=ekxlOO%

数。(计算中也许用到向公式:

71

90.已知系统构造如图所示。若r(t)=l(t)+t,n(t)=0.01X|(t),

题90图

求系统U勺稳态误差。

s+58

(5)=

Gk2

91.某单位反馈系统H勺开环传递函数为1-5,试绘制其奈奎斯特轨迹，并判断闭

环系统口勺稳定性。

640(5+4)

G(s)"(s)=

s(s+2)(/+8s+64),试绘制Bode图，并

92.控制系统日勺开环传递函数为

在Bode图上标出相位裕量和增益裕量(标明正、负，但不需求值)。

=10

C(s),当K取何值时

题93图

94.已知系统构造如图所示。（1）当K尸0时，请确定系统在单位速度输入时日勺稳态误差。（2）

当€=0.6时，试确定K/的值及在单位速度输入时的稳态误差。

题94图

控制工程基础练习题答案

一、单项选择题

12345678910

BACDDBACBC

11121314151617181920

CBABADACDB

21222324252627282930

CDCABDBABA

二、多选题（每题2分，共10分）

1112131415

ACBDBEACECD

3637383940

ACDEBDBCEABCDAC

4142434445

BCACDDEADEABDE

三、名词解释

46.控制器与控制对象之间既有顺向作用乂有反向联络口勺控制过程。

47.使传递函数的分母多项式值为勺s时值。

48.控制系统阶跃响应的最大值与稳态值之差除以稳态值，反应了系统响应振荡的剧烈程

度。

49.稳定性是指系统处在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川的条件下对手零初始条件的时间响应。

51.使传递函数分子多项式为。的s的值。

52.系统在谐波信号作用下，当输入信号日勺频率从0-8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.乂称为调整时间，是指系统口勺响应抵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立面右半面没有零点、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、判断阐明题

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I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构造和参数决定，与输入信号的形式无关。

62.对时。

闭环控制系统的控制作用是根据误差产生H勺，并力图不停地运用误差来消除误差。

63.错误。

系统闭环特性多项式的系数都是负数，满足系统稳定的必要条件：假如劳斯表的第一列

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，因此，该系统是二阶H勺。

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。

稳态响应是指在经典输入信号作用下，当I趋近于无穷大时，系统输出信号的体现形式）。

67.错误。

线性系统是满足叠加原理日勺系统，静态欧I线性系统的输出信号与输入信号间具有碓定的

线性关系，动态日勺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U勺输出与输入间的关系，即只描述了动态

系统的外部特性。

69.对卧J。

在用劳斯判据判断系统的稳定性时，首先应检查闭环特性多项式n勺系数与否同符号，假

如相似，则阐明满足必要条件，；然后再检查劳斯表第一列的系数有无符号变化，假如没有,

则阐明系统没有闭环右极点，控制系统稳定。

70.错误。

控制系统H勺性能归根决底取决于控制系统的构造和参数，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应，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；反馈审是调整器转速“，被控制量是泰汽机日勺转速力。

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。

75.参照输入信号是见，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H勺充足必要条件是：控制系统的所有闭环极点位于s平面H勺右半面。

78.稳态误差不仅与系统的构造参数有关，并且与外作用II勺形式、作用点、大小等有关。

六、综合题

79.列Routh表如下:

33

4

3

Routh表第一列的元素有两次符号变化，因此原系统在虚轴右侧有两个极点。

A(s)=-

8().单位阶跃输入时，有一依题意

23s+21

C(.v)=-----------1---------=--------------------------

ss+2s+1($+1)(S+2)s

G(s)=8=——

R(s)(s+l)(s+2)

-14

依)=L-[G(s)]=『--------1---------

s+1s+2

81.

:.U(s)=-

而、益宅+2

根据传递函数的定义有:

X0(s)5+3

&（$）=

U(s)s+1

82.系统开环频率特性可表达为

1

Gk(J①)=

7<y(l+0.1/7y)

当3=0时，\G（jco）\--0.1/—8,

nycptstOf

相位角为一90。；

当（l+8时，|G依必=0,相位角

w

x

<180

X为・。。系统开环奈奎斯特轨迹

J

2

5

n

E

_

如右图所示。

系统开环没有右极点，而奈奎斯特

-1-0.9-08-0705・04-0.3-0.2-0.1轨迹没有包围点（T,j0）,因此

R&alAxiB

闭环系统稳定。

83.系统开环传递函数可规范化为

800X2X(-4-1)250X(-+1)

G(s)H(s)=2—=------------1--------------

c<1"3yss~3s

5(—+1)(—+—+1)^(—+1)(—+—+1)

0.41680.4168

可见，系统开环由5个经典环节构成：比例环节K=250、积分环节、转折频率为u)i=0.4Hz

的惯性环节、转折频率为CO2=2HZII勺微分环节和转折频率为CO3=4HZ的振荡环节。

/+17/+80s+(1000(+100)

由系统H勺闭环传递函数可列Routh表如下

180

171000^+100

1260—10()()K]

51170

s°lOOOKi+lOO0

由Routh判据可知，系统稳定口勺充足必要条件为：Routh表第一列元素同号，即

r1260-1000%

<17>0

II000/CI+100>0

解得一0.1VKV1.26。

85.

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Ki=10。稳态速度误差系数为K、，=IO,因此由输入信号引起的

稳态误差为0.05。

由扰动引起的误差只能根据定义计算。

扰动引起口勺输出所有是误差，即

10

纥(s)=-C(s)=xN(s)

s(s+().ls)+10

limsxE(5)=lim(-s---------------x—)=-0.1

因此,—。-。5(1+0.15)+10s

根据叠加原理，系统总『、J稳态误差为

0.05-0.1=-0.05

86.输入信号是谐波信号，可以运用频率特性的概念计算稳态输出。

系统U勺幅频特性为：

A(G)=.01x0.01

VI+100

相频特性为:

y/(co)=-arctg\O%—84.29

因此，系统时稳态响应为：

xo(r)=0.02sin(10f-84.29°)

87.由图可得到系统闭环特性多项式为

O.OLZ+OZ^+S+K

可见，要使系统稳定，必有。

劳斯表如下：

c30.011

§2()&K

\,().2。1否().()1K

sK

0.2J—0.01。

由>0,得Kv20。因此，c>0,0vK<20n

88.系统开环传递函数可规范化为

100x(-+l)

G(s)H⑸=----------------

s(s+l)(=+：+l)

2-2

可见，系统开环由5个经典环节构成：比例环节K=100、积分环节、转折频率为⑼=lHz的

惯性环节、转折频率为(o-=4Hz的微分环节和转折频率为G)3=2HZ的振荡环节。

20lgK=40,系统开环Bode图如下。

3I战

89.由图可知，该系统为欠阻尼二阶系统，且Mp=3()%,%=0.心。

根据所给计算公式计算得到：

系统的阻尼比为4=0.358

无阻尼固有频率为3产33.65Hz

G(s)=—纽——="

因此，系统传递函数为s(s+2g”)XJ+24.1)

90.

该系统是二阶日勺，且各项系数为正，故而该系统是稳定的I。

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Ki=200。稳态速度误差系数为K、=200,因此由输入信号引起

的稳态误差为1/200=0.005o

由扰动引起的1误差只能根据定义计算。

扰动引起口勺输出所有是误差，即

200

E(5)=-C(s)=xN(s)

ns(s+0.55)+200

200x%

=limsxE(s)=lim(-5)=-0.01

£->05->0

因此,s(l+().5s)+2(X)

根据叠加原理，系统总的稳态误差为

0.005-0.01=-0.005

91.系统开环频率特性可表达为

、769+58

GUM—―-

\+（0~