控制工程基础XXXX试题A卷

1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tetty2)(，0t。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。215．已知系统开环传递函数为)1(9)(sssGK，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)d(B)n(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0,2)(2tett(B)系统的输出为0,)(tett(C)系统传递函数为)12(1)(ssG(D)系统单位脉冲响应调整时间为2s7.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38．某单位反馈系统的闭环传递函数为)2(1)(ssG，则输入ttr2sin2)(时稳态输出的幅值为:（）（A）2（B）2/2（C）2（D）19．已知下列系统的开环传递函数为)1)(1)(1)(1()1)(1()(432165sTsTsTsTssTsTKsG(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小题所给开环系统所对应的闭环系统的稳定性，所得结论正确的是：（）(A)0P，1Z；不稳定(B)0P，2Z；不稳定(C)0P，1Z；稳定(D)0P，0Z；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。)(1sG)(sR)(sC)(2sG)(3sG)(4sG)(1sH)(2sH)(3sH)(5sG42．（6分）已知单位反馈系统开环传函为)15.0(20)(sssG。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221)(1)(ttttr，0t。试分析系统稳定性及误差。4．（10分）已知最小相位系统开环对数幅频特性曲线如下图所示。⑴试给出系统开环传递函数)(sG，并计算其相位裕量。⑵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20)1.01(100)(sssG，求串联校正装置的传递函数)(sGc。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）。4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(ω)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12．te22113．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15．3；61；91二、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：低频段通常指幅频特性曲线在第一个转折频率以前的区段（11T），其特性由积分环节和开环增益4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（CC101.0），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（C10），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，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）)()()()()()()()()()()()(1)()()()()()(15432134323254321sHsGsGsGsGsGsHsGsGsHsGsGsGsGsGsGsGsG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),grid4subplot(2,2,2);bode(s1),gridsubplot(2,2,3);margin(s1),gridsubplot(2,2,4);impulse(sb1),grid[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(s1)3．（10分）解：⑴系统的闭环特征方程：01123mmmKKsKKssT（2分）由劳斯判据可得系统稳定条件：mT，1K，mK，均大于零且mT。（3分）⑵稳态误差分析系统的开环传递函数为)1()1()(21sTssKKsGmmK，为II型系统，对加速度输入有差。（2分）对输入信号221)(1)(ttttr，0t，由叠加原理可得统在上述信号作用下的稳态误差为：mssKKe11。（3分）增大PD控制器的增益K1，可以减小对于加速度信号的跟踪误差。4．（10分）①12221(1)(1)4()1(1)(1)100KKsKTsWssTsss。（2分）120lg40lg|40k，所以100K。2100(0.251)()(0.011)KsWsss。（2分）法一---近拟计算:21004()1251ccccA（2分）0110009.662501.0tan2525.0tan180180)25(180（2分）(法二---较准确计算:由图知当100时有：4dBA05.15241lg201)10001.0(1001)10025.0(100lg20)100(22268.174005.151lg100lglg100lgcc011022.6768.1701.0tan68.1725.0tan)68.17(180)②2100(10.1)sWs前＝,2100(0.251)(0.011)sWss后＝,得:0.251(0.011)(0.11)sWssc＝2分）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）。c1100)(40dBdB05.15