控制工程基础练习题

控制工程基础练习题

一、单项选择题

I.图示系统的阶

（）

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，KLK2满足什么条件，同路是负反馈？（）

AKl>0,K2>0BKl<0,K2<0

CK1>O,K2<0DKl<0,K2=O

4.通过直接观测，下列闭环传递函数所示的系统稳定H勺•种是（）

10(s+5)

①(s)=

A5-4s-+S；

S+1

①(s)=

(5+1)(52-4).

B*

10(s+5)

①⑸二

C$3+45+3

10

①(s)=

D(5+3)~(5+1)

5.已知系统开环传递函数为，其高频段的相位角为（）

A0°；B-90°；C-180°；D-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.某经典环节日勺输入输出关系曲线是一条通过坐标原点的直线，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.控制系统打勺超调量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日勺过渡过程时间为（）

A0.5s；BIs；C2.5s；D5s°

10.从线性系统的频率特性来看，下列说法对欧IH勺是（）

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的构

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口勺是（）

A精度：B稳态误差；C开环截止频率；D稳定裕量。

12.如图所示系统的I阶次是（）

A一阶；B二阶；C三阶；D四阶。

K上）

y（.t）

13.有一种经典环节，其输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.如图所示口勺I可路是负反馈I可路口勺条件是

（）

AKl>0,K2>0；BKl>0,K2<0；

CKl<0,K2<0；DKl>0,K2=0<.

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()

10(5+5)1

①(s)=①（S）=

(s+l)(s+2)(s+3)；B

AS?+2；

,s+35+10

①⑸=-------------①(s)=

C(s+D(s-4)；s'—3s~+5+1o

D

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U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日勺过渡过程时间为（）

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，那么下列说法对口勺的是1）

A两个极点都位于虚轴上，且响应是等幅振荡H勺；

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.下列有关频率特性H勺说法中，对的的是（）

A是系统对频率II勺响应：

B是系统单位脉冲响应函数的富利叶变换；

C是系统输出口勺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的是（）

Ac(t)+tc(t)=r,B2^«)+4c(f)=厅(。：

Qc(t)+ac(t)+bc(t)=cr(t\其中。也c为常数；口贸，)=—(，)

22.有关传递函数，对J勺的说法是)

A传递函数可以用于描述线性时变系统;

B不一样属性口勺物理系统的传递函数形式也不一样;

C传递函数可以描述动态系统II勺内部特性;

D传递函数是系统单位脉冲响应函数II勺拉氏变换。

23.在图所示回路中，已知Kl<0,K2>(),哪个回路是负反馈回路？()

24.直接观测判断下列系统H勺稳定性，稳定的一种是)

s+1

①(s)=“、10"+5)

(s+l)(?+4).B①⑸=7^777；

A

“、10(5+5)〜、io

C①⑴=77^；D①吁£5…］。

25.假如一阶系统的时间常数为0.02s,容许误差为2%,那么，该系统对单位脉冲轴入的

响应具有日勺过渡过程时间为)

A0.06s；B0.08s；CO.Is；D0.12s。

26.在控制系统下列性能指标中，可以描述系统迅速性H勺一种是)

A振荡次数；B最大超调量：C增益裕量；D开环截止频率。

27.有关惯性环节，对H勺口勺描述是)

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的形状且没有滞后；

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FI勺的是（）

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。

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，反应系统更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、多选题

31.有关线性系统，下列说法对日勺口勺有（）

A线性系统H勺木质特性是满足叠加原理；

B线性系统U勺输入与输出成线性关系；

C描述线性系统的微分方程中，各项系数均与系统内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它是系统动态特性的内部描述。

33.有关二阶系统对单位阶跃信号日勺响应，下列说法对的有（）

A二阶系统的J时间响应都是二次函数；

B当两个极点都在s平面H勺负实轴上时，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II勺第二、三象限时，响应是等幅振荡；

E当阻尼比在（0,1）内时，响应是有振幅衰减日勺振荡。

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H勺富利叶变换；

B是系统对频率的响应；

C是系统输出日勺稳态分量对输入日勺正弦信号的频率的关系；

D频率特性并不反应系统日勺运动特性；

E频率特性取决于系统的构造和参数。

35.对于图所示的系统，如下传递函数对的的有

匕⑸aY2(S)G,G2

A而S1+GG水也B"⑶-1+GG”用2；

1⑸=GG%L($)=G]

C~RAs)~X-Gfi.H.H.

D西「I-GC/IH?；

%(s)=GO

E耳荷-1-60兄生

Yi(s)

Y2(S)R2(S)

+

题35图

3132333435

ACBDBEACECD

36.下列有关传递函数的说法，对II勺口勺有（）

A传递函数是在零初始条件卜.定义日勺；

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sift有理真分式形式；

D传递函数是系统单位脉冲响应函数日勺拉氏变换；

E传递函数H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

二阶系统对单位阶跃输入为响应曲线，下列结论对的的有

A超调量为18%；B稳态响应为2.0（）；C上升

时间0.8s；D超调量为0.09；E延迟时间0.8s。

38.下列经典式节中，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；

39.根据开环对数频率特性，下列说法对的的有

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3c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日勺根据。

40.对于最小相位系统，下列说法对的的有（）

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I相位角：

D最小相位系统具有最小欧I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，表达相对稳定性的有（）

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.有关反馈，下列说法对口勺口勺有（）

A加入反馈后，必须校验系统的稳定性；

B加入反馈后，可提高系统日勺相对稳定性；

C加入反馈后，可提高系统H勺控制精度：

D加入反馈后，可克制干扰信号引起口勺误差；

E加入反馈后，可提高系统响应的迅速性。

43.不会引起系统输出信号相位滞后的经典环节有（）

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，下列传递函数对时的有（）

题44图

8⑸X0(s)=6G)G2(S)

=G,(5)G2(5)77(5)

BX,(s)1-G[SS(J).

A两()G2()H

X<s)_GG)G2(S)X,(s)=G?")

cE(s)-]+G(S)G2(M$)；DQ(s)-1+GG)G2(S)〃(S)；

8(s)二"一⑼⑸

ED(s)~l+G,(5)G2(5)/7(5)

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

判断阐明题

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，被控制最是水箱输出的热水流量。

60.控制系统校正的目的重要是改善其稳定性。

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，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H勺输出信号与输入信号间具有确定的）比例关系。

四、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。

五、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。

六、70.控制系统的时域性能指标和频域性能指标是不有关的。

七、简答题

71.什么是稳态加速度误差？

72.瓦特发明口勺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在图所示日勺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

载转矩ML起什么作用？

76.什么是时间响应？

77.控制系统稳定的充足必要条件是什么？

78.稳态误差与哪些原因有关？

79.已知某控制系统的特性方程为，其在虚轴右侧II勺极点有多少个？

80已知在零初始条件下，系统H勺单位阶跃响应为，试求系统H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，试求该系统日勺闭环传递函数。

82.某单位反馈系统的|开讲传递函数为，试绘制其奈奎斯特轨迹，并判断闭环系统口勺稳定

性。

83.控制系统U勺开环传递函数为，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I向系统中，当K1取何值时该系统稳定？

C⑸

题84图

85.已知系统的框图如下，假如输入信号和扰动

信号分别为r(t)=2+0.5t和n(t)=0.1X1⑴。求该系统的稳态误差。

86.已知系统H勺闭环传递函数为，当输入信号为r(t)=2sinl0t时，求其稳态响应。

87.单位反馈系统的构造如图所示，试求使系统稳定的K、g值。

88.控制系统的开环传递函数为

试绘制Bode图，在Bode匆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。(计算中也许用到H勺公式：，)

90.已知系统构造如图所示。若r⑴=1⑴+t,n⑴=0.01X1(1),求系统的稳态误差。

91.某单位反馈系统的开环传递函数为，试绘制其奈奎斯特物迹，并判断闭环系统的稳定

性。

92.控制系统的开环传递函数为，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H勺系统中，，当K取何值时该系统稳定？

94.已知系统构造如图所示。(1)当Kf=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Kf的值及在单位速度输入时日勺稳态误差。

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12131415

题2分，共10

分）

11

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又有反向联络的控制过程。

47.使传递函数的分母多项式值为0的sH勺值。

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用日勺条件下对非零初始条件H勺时间响应。

51.使传递函数分子多项式为0H勺sH勺值。

52.系统在谐波信号作用下，当输入信号的频率从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，控制系统输出信号口勺拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比值叫做系统日勺

传递函数。

56.又称为调整时间，是指系统的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o

系统地被控制量是水叼温度，热水日勺流量是扰动信号。

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构造和参数决定，与输入信号的形式无关。

62.对H勺。

闭环控制系统"勺控制作用是根据误差产生的，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，满足系统稳定日勺必要条件；假如劳斯表日勺第一列

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。

稳态响应是指在经典输入信号作用下，当t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I向线性关系。

68.错误。

用微分方程来描述动态系统时，只描述了系统口勺输巴与输入间的关系，即只描述了动态

系统的外部特性。

69.对U勺。

在用劳斯判据判断系统日勺稳定性时，首先应检查闭环特性多项式日勺系数与否同符号，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。

控制系统的性能归根决底取决于控制系统日勺构造和参数，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日勺性能。

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日勺稳态误差。

72.是闭环控制；反馈品是调整器转速，被控制量是蒸汽机H勺转速。

73.“浮球”用于测量液面位置以用作反馈。“气动阀门”是系统的I执行机构，控制流入H勺水

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.控制系统稳定的充足必要条件是：控制系统U勺所有闭环极点位于s平面的右半面。

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

六、综合题

79.歹URouth表如下:

133

324

13

_2

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。

8().单位阶跃输入时，有，依题意

213s+21

------J-----=----------------

5+2S+1(S+1)(5+2)S

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

--14

AQ)=L[G(S)]二厂----+------

5+1S+2

81.

,/4(7)=1-w(r),

:.U(s)=-

2

而簿⑸M+

根据传递函数的定义有:

X,,⑸_s+3

G<s)=

U(S)5+1

82.系统开环频率特性可表达为

I

G式"。)=

J69(1+O.1J69)

当3=0时相位角为一90°；

当3f+8时,|G(j3)1=0,相位角为-180°。系统开环奈夸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(-1/0),因此闭环系统稳定。

83.系统开环传递函数可规范化为

80。x2x(」+])250x(—+1)

G(s)H(s)=04x16-----1——=----------J——

s(2++变+1)$(2+1)二+变+1)

0.480.4168

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31=0.4HZ

的惯性环节、转折频率为32=2HZ的微分环节和转折频率为G)3=4HZ日勺振荡环节。

/+17./+80s+(]000%+100)

由系统U勺闭环传递函数可列Routh表如下

180

2171000Ki+l()0

1260-10()(%

5117o

S°IOOOKI+IOO0

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

r1260-1000X

<17>o

II000KI+100>0

解得一O.lvKvl.26。

85.

该系统是二阶的，且各项系数为正，故而该系统是稳定日勺。

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Kl=10。稳态速度误差系数为Kv=10,因此由输入信号引起口勺

稳态误差为0.05。

由扰动引起的误差只能根据定义计算。

扰动引起时输出所有是误差，即

10

纥(s)=—以$)=xNQ)

5(5+0.15)+10

因此,

根据整加原理，系统总的稳态误差为

0.05-0.1=-0.05

86.愉入信号是谐波信号，可以运用频率特性的概念计算稔态输出。

系统U勺幅频特性为：

A(⑼=^=2J=B0.01

VI+IOO

相频特性为：

咳3)=—arctg\0»-84.29"

因此，系统的稳态响应为：

jt/r)=0.02sin(10r-84.29°)

87.由图可得到系统闭环特性多项式为

0.01/+023+s+K

可见，要使系统稳定，必有。

劳斯表如下：

3().011

10.2JK

1.0.2J-0.01K

’。。&

sK

由>0,得K<20C因此，&>0,0<K<20C。

88.系统开环传递函数可规范化为

100x(-+!)

G(s)“(s)=-----------/---------

尔+修+/)

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31=IHz

的惯性环节、转折频率为32=4HZ的微分环节和转折频率为G)3=2HZ的振荡环节。

201gK=40,系统开环Bode图如卜。

89.由图可知，该系统为欠阻尼二阶系统，且Mp=30%,lp=0.ls。

根据所给计算公式计算得到：

系统的阻尼比为90.358

无阻尼固有频率为con=33.65Hz

因此，系统传递函数为

90.

该系统是二阶口勺，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Kl=200。稳态速度误差系数为Kv=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I误差只能根据定义计算。

扰动引起的输出所有是误差，即

2(X)

En(s)=