开本1116《机电控制工程基础》期末复习资料--2012年6月田贞军

第1页共16页电大1116《机电控制工程基础》12年春期期末考试总复习资料机电控制工程基础试题一、填空(每小题3分，共30分)一、填空题1．传递函数的分母就是系统的_特征多项式__，分母多项式的根称为系统的_极点_。2．控制系统按其结构可分为_开环控制系统__、_闭环控制系统__、_复合控制系统_。3．对控制系统的基本要求可归结为_稳定性___、_准确性__和_快速性__。4．单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是__1/s__。5．系统的稳态误差与_系统的结构_和_外输入__有关。6．线性系统的特点是信号具有_齐次性__性和__叠加性_性。7．在零初始条件下，_输出量的拉氏变换__与__输入量的拉氏变换__之比称为线性系统(或元件)的传递函数。8．系统的频率特性是由)(jG描述的，)(jG称为系统的_幅频特性__；)(jG称为系统的_相频特性__。9．根轨迹是根据系统_开环__传递函数中的某个参数为参变量而画出的__闭环极点_根轨迹图。10．根据Nyquist稳定性判据的描述，如果开环是不稳定的，且有P个不稳定极点，那么闭环稳定的条件是：当由0→时，)(jWK的轨迹应该_逆时针_绕（－1，0j）点_P/2_圈。二、选择题(每小题5分，共15分)11．劳斯稳定判据能判断(A)系统的稳定性。A．线性定常系统B．线性时变系统C．非线性系统D．任何系统12．一阶系统的传递函数为5.05.0s，则其时间常数为(C)。A．0．25B．4C．2D．113．PI校正为(A)校正。A．滞后B．超前C．滞后超前D．超前滞后三、判断题(共10分)14．传递函数是物理系统的数学模型，但不能反映物理系统的性质，因而不同的物理系统不能有相同的传递函数。(错)15．某环节的输出量与输人量的关系为)()(tKxty，K是一个常数，则称其为比例环节。(对)16．反馈控制系统是指正反馈。(错)四、计算题(25分)已知一个n阶闭环系统的微分方程为rbrbyayayayayannnn0101)2(2)1(1)(17．写出该系统的闭环传递函数；系统的闭环传递函数：101110()bnnnnbsbGsasasasa18．写出该系统的特征方程；系统的特征方程：11100nnnnasasasa19．当10a，5.01a，25.02a，0ia)2(i，01b，20b，)(1)(ttr时，试评价该二阶系统的如下性能：、n、%、st和)(y。19．各值如下：2222()110.250.51142bGsssss242nn12/0.52n33snts200012()lim()lim()lim20.250.51bsssyYssGssss五、(10分)20．已知系统动态结构图如图1所示，试求从)(sU到)(sY的传递函数及从)(sN到)(sY的传递函数。六、(10分)21．某电网络系统结构如图2所示，Ur为输入，Uc为输出，求该系统的传递函数。机电控制工程基础试题一、填空(每小题3分，共30分)1.在零初始条件下，_输出量的拉氏变换_与__输入量的拉氏变换_之比称为线性系统(或元件)的传递函数。2．三种基本的控制方式有_开环控制闭环控制复合控制_。3．控制系统的稳态误差大小取决于_系统结构参数和____外输入__。5．若二阶系统的阻尼比大于1，则其阶跃响应_不会__出现超调，最佳工程常数为阻尼比等于__0．707__。6．开环传递函数的分母阶次为n，分子阶次为m(n≥m)，则其根轨迹有__n__条分支，其中，m条分支终止于_开环有限零点__，n—m条分支终止于_无穷远__。7．单位脉冲函数的拉氏变换结果为___1_。8．单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则闭环传递函数为__。9．频率特性是线性系统在_正弦__输入信号作用下的（稳态）输出和输入之比。10．实轴上二开环零点间有根轨迹，则它们之间必有_汇合点__点。二、选择题(每小题5分，共15分)1．一阶系统的传递函数为，则其时间常数为(B)。A．0．25B．4C．2D．12．已知线性系统的输入sc(t)，输出y(c)，传递函数G(s)，则正确的关系是(B)。3．PI校正为(A)校正。A．滞后B．超前C．滞后超前D．超前滞后三、判断题(10分)1．劳斯稳定判据能判断线性定常系统的稳定性。(对)2．某二阶系统的特征根为两个具有负实部的共轭复根，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为等幅振荡。(错)3．线性系统稳定，其开环极点一定均位于s平面的左半平面。(错)四、(10分)设某系统可用下列一阶微分方程五、(20分)单位反馈系统的开环传递函数为(1)要求系统稳定，试确定K的取值范围。第2页共16页1)闭环特征方程为：s(s+3)(s+5)十K＝0应用劳斯稳定判据得：0K120(2)令s＝z一1代人上面闭环特征方程，得到新的特征方程为六、(15分)%3.333/)34(%1.03)(pth由%3.33%1212etnp联立求解的28.3333.0n则系统闭环传递函数为5.11072.225.11072)(2222sssssnnn五、(10分)18.单位反馈系统的开环传递函数为)3)(1()(sssKsG(1)要求系统的闭环传递函数；(2)若要求闭环系统稳定，试确定K的取值范围。（1）闭环传递函数为KsssKSRs)3)(1()()(（2）应用劳斯稳定判据得0＜K＜12六、(10分)19.已知系统的特征方程如下，试判别系统的稳定性。0516188)(234sssssD六、根据劳斯稳定判据，得系统稳定。机电控制工程基础试题一、选择题(每小题5分，共15分)1.劳斯稳定判据能判断(A)系统的稳定性。A.线性定常系统B．线性时变系统C.非线性系统D．任何系统2.某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为(B)。A.单调衰减B．单调上升C.等幅振荡D．振荡衰减3．系统的根轨迹(A)。A.起始于开环极点，终止于开环零点B．起始于闭环极点，终止于闭环零点C.起始于闭环零点，终止于闭环极点D．起始于开环零点，终止于开环极点二、判断(共10分)4.积分环节的幅频特性，其幅值与频率成正比关系。(错)5.适合于应用传递函数描述的系统可以是线性系统，也可以是非线性系统。(错)6.I型系统的开环增益为10，系统在单位斜坡输入作用下的稳态误差为∝。(错)三、填空(每小题4分，共40分)7．系统的开环传递函数为)()()(SNSMSG，则闭环特征方程为__0)()(sNsM__。8．对于单位负反馈系统，其开环传递函数为G(s)，则闭环传递函数为___)(1)(sGsG__。9.某单位负反馈系统的开环传递函数为)2(2)(2sssG，则此系统在单位阶跃函数输入下的稳态误差为__0_。10.一阶系统的传递函数为121)(ssG，其时间常数为_2__。11．若二阶系统的阻尼比为0.65，则系统的阶跃响应为_衰减振荡_。12．负反馈结构的系统，其前向通道上的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则该系统的闭环传递函数为__)(/)(1)(sHsGsG__。13．频率特性是线性系统在___正弦信号_输入作用下的稳态响应。14．频率特性包括__幅频__特性和__相频___特性。15．单位脉冲函数的拉氏变换为_1__。16．传递函数)28)(2(2)(sssssG的零点为_（-30），极点为-2，-0.25__。四、(15分)17．已知一阶系统结构图如图1所示。要求：(1)写出系统的闭环传递函数(5分)；(2)要求系统闭环增益2)(K，调节时间sts4.0，试确定参数K1，K2的值(10分)。图117．解：(1)由结构图写出闭环系统传递函数111212211211)(KKsKKKsKsKKsKs(2)令闭环增益212)(KK，得：2K=0.5令调节时间4.03321KKTts，得：151K。五、(10分)18．如图2所示系统，求：(1)该系统的开环传递函数；(2))()()(sRsCsG图218．(1)开环传递函数为：)()()(21sHsGsG(2))()()(1)()()()()(2121sHsGsGsGsGsRsCsG六、(10分)19．对于图3所示的系统，用劳斯稳定判据确定系统稳定时系数K的取值范围。图319．解：列出劳斯表第3页共16页得闭环稳定的充要条件是：0,051514,0452KKKKK由此解得10K。《机电控制工程基础》作业评讲第2次第3章一、简答1.单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是什么？单位斜坡函数的拉氏变换结果是什么？答：单位阶跃函数的拉氏变换为Xr(s)=L[1(t)]=1/s单位斜坡函数的拉氏变换是Xr(s)=L[At]=1/s22．什么是极点和零点？答：高阶系统传递函数一般可以表示为))...()(())...()(()()()(2121nmpspspszszszsKsRsCs（n≥m）式中：－zi（i＝1，…，m）系统闭环传递函数的零点，又称系统零点；－pj（i＝1，…，n）系统闭环传递函数的极点，又称系统极点。3.某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线有什么特点？答：特征根为两个互不相等的实数的二阶系统，则为过阻尼状况。其时域响应必然包含两个衰减的指数项，动态过程呈现非周期性，没有超调和振荡。4．什么叫做二阶系统的临界阻尼？画图说明临界阻尼条件下二阶系统的输出曲线。答：临界阻尼(ζ=1)其时域响应为)1(1tetcntn上式包含一个衰减指数项。c(t)为一无超调的单调上升曲线5．动态性能指标通常有哪几项？如何理解这些指标？答：动态性能指标通常有如下几项：延迟时间dt阶跃响应第一次达到终值)(h的50％所需的时间。上升时间rt阶跃响应从终值的10％上升到终值的90％所需的时间；对有振荡的系统，也可定义为从0到第一次达到终值所需的时间。峰值时间pt阶跃响应越过稳态值)(h达到第一个峰值所需的时间。调节时间st阶跃响到达并保持在终值)(h5％误差带内所需的最短时间；有时也用终值的2％误差带来定义调节时间。超调量％峰值)(pth超出终值)(h的百分比，即％100)()()(hhthp％在上述动态性能指标中，工程上最常用的是调节时间st（描述“快”），超调量％（描述“匀”）以及峰值时间pt。6．劳斯稳定判据能判断什么系统的稳定性？答：劳斯稳定判据能判断线性系统的稳定性。7．一阶系统的阶跃响应有什么特点？当时间t满足什么条件时响应值与稳态值之间的误差将小于5～2%？答：一阶系统的单位阶跃响应曲线是一条由零开始，按指数规律上升并最终趋于1的曲线。当t＝3T或4T时，响应值与稳态值之间的误差将小于5～2%8．在欠阻尼的情况下，二阶系统的单位阶跃响应有什么特点？答：在欠阻尼的情况下，二阶系统的单位阶跃响应的暂态分量为一振幅按指数规律衰减的简谐振荡时间函数。9．阻尼比ζ≤0时的二阶系统有什么特点？答：无阻尼(ζ＝0))(222nnsssC其时域响应为ttcncos1在这种情况下，系统的响应为等幅(不衰减)振荡，当ζ＜0时，特征根将位于复平面的虚轴之右，其时域响应中的e的指数将是正的时间函数，因而tne为发散的，系统是不稳定的。显然，ζ≤0时的二阶系统都是不稳定的10．已知系统闭环传递函数为：1707.025.01)(2sss则系统的ξ、ωn及性能指标σ％、ts（5％）各是多少？答：由标准传递函数得1/ωn2＝0.252ξ/ωn＝0.707解得ωn＝2ξ＝0.707由于ξ＝0.707故σ％＝4.3％ts（5％）＝3/(ξωn)＝3/(0.707x2)＝2.12s