控制工程基础(自测题A) - 图文

控制工程基础（自测题 A）

一、单项选择题（每小题1分，共10分）

1. 图示系统的阶次是 （ ） A 1阶； B 2阶； C 3阶； D 4阶。

2. 控制系统能够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，K1、K2满足什么条件，回路是负反馈？ （ ）

A K1>0，K2>0 B K1<0，K2<0 C K1>0，K2<0 D K1<0，K2=0

4. 通过直接观察，下列闭环传递函数所表示的系统稳定的一个是 （ ）

A

?(s)?题1图

10(s?5)s3?4s2?s；

?(s)?s?1(s?1)(s2?4)；

B C D

5. 已知系统开环传递函数为

－ －K1 － －K2 题3图 ?(s)?10(s?5)s3?4s?3；

10?(s)?(s?3)2(s?1)。

G(s)?1s(s?1)(s?2)，其

高频段的相位角为 （ ）

A 0°； B －90°； C －180°； D －270°。

6. 在控制系统下列性能指标中，表示快速性的一个是 （ ） A 振荡次数； B 延迟时间； C超调量； D 相位裕量。

7. 某典型环节的输入输出关系曲线是一条经过坐标原点的直线，那么该典型环节是 （ ）

A 比例环节； B 振荡环节； C 微分环节； D 积分环节。

8. 控制系统的超调量与下列哪个因素有关？ （ ）

A 稳态误差； B 稳定性； C 系统阻尼； D 开环增益。

9. 如果二阶系统的无阻尼固有频率为8Hz，阻尼比为0.5，允许误差为2%，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 （ ）

A 0.5s； B 1s； C 2.5s； D 5s。

10. 从线性系统的频率特性来看，下列说法正确的是 （ ）

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都有变化，变化规律取决于系统的结构和参数；

D 相对于输入信号而言，输出信号的幅值改变但相位不变。

二、多项选择题（每小题2分，共10分）

11. 关于线性系统，下列说法正确的有 （ ）

A 线性系统的本质特征是满足叠加原理； B 线性系统的输入与输出成线性关系；

C 描述线性系统的微分方程中，各项系数均与系统的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。

12. 关于传递函数，下列说法正确的有 （ ）

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 它不仅与系统的结构和参数有关，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。

13. 关于二阶系统对单位阶跃信号的响应，下列说法正确有 （ ）

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平面的虚轴上时，没有超调量；

D 当两个极点都在s平面的第二、三象限时，响应是等幅振荡； E 当阻尼比在（0，1）内时，响应是有振幅衰减的振荡。

14. 对于频率特性，下列说法正确的有 （ ）

A 是系统单位脉冲响应函数的富利叶变换； B 是系统对频率的响应；

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 频率特性并不反映系统的运动特性； E 频率特性取决于系统的结构和参数。 15. 对于图所示的系统，以下传递函数正确的有

Y1(s)G1Y2(s)G1G2??A R1(s)1?G1G2H1H2； B R1(s)1?G1G2H1H2；

Y1(s)G1G2H2Y2(s)G2??C R2(s)1?G1G2H1H2； D R2(s)1?G1G2H1H2； R2(s)G1G2?E R1(s)1?G1G2H1H2。

三、名词解释（每小题2分，共10分）

R1(s) G1 Y1(s) 16. 闭环控制

17. 极点 － 18. 超调量 H2 H1 19. 稳定性

－ 20. 零输入响应

G2 Y2(s) R2(s)

四、判断说＋ 题15图 明题

（每小题3分，共15分，判断正误1分，解 释说明2分。）

21. 开环传递函数就是开环控制系统的传递函数。 22. 在图示的控制系统中，被控制量是水箱输出的热水流量。

23. 控制系统校正的目的主要是改善其稳定性。 24. 传递函数是系统的输出信号与输入信号在零初始题22图 条件下的拉氏变换之比，所以外界作用形式将影响传递函数的形式。

25. 闭环控制具有抑制干扰引起控制误差的能力。

＋

五、简答题（每小题3分，共15分）

26. 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？如果是闭环控制，那么其反馈量是什么？被控制量是什么？ 27. 什么是根轨迹？

28. 什么是稳态加速度误差？

29. 简要说明三频段中的中频段对控制系统的性能有什么影响？

30. 超前校正对控制系统的性能有什么影响？

六、综合题（共6小题，共40分）

31. 已知某控制系统的特征方程为

题26图

极点有多少个？（5分）

?tx(t)?1?2eo32. 已知系统在单位阶跃作用下，零初始条件时的输出为，试求该系统的闭

s4?2s3?3s2?4s?3?0，其在虚轴右侧的

环传递函数。（5分）

33. 某单位反馈系统的开环传递函数为

断闭环系统的稳定性。（5分）

Gk(s)?1s(1?0.1s)，试绘制其奈奎斯特轨迹，并判

G(s)H(s)?34. 控制系统的开环传递函数为

在Bode图上标出相位裕量和增益裕量（标明正、负，但不需求值）。（7分） 35. 在图所示的系统中，当K1取何值时该系统稳定？ （8分）

题35图 36. 已知系统的框图如下

如果输入信号和扰动信号分

题36图 别为r(t)=2+0.5t和n(t)=0.1×1(t)。 （10分） 求该系统的稳态误差。

800(s?2)s(s?0.4)(s2?6s?16)，试绘制其Bode图，

+ + －

控制工程基础（自测题A）

参考答案与评分标准

一、单项选择题（每小题1分，共10分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B A C D D B A C B C 二、多项选择题（每小题2分，共10分） 11 12 13 A C B D B E 14 A C E 15 C D 三、名词解释（每小题2分，共10分）

16. 控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程（2分）。 17. 使传递函数的分母多项式值为0的s的值（2分）。 18. 控制系统阶跃响应的最大值与稳态值之差除以稳态值，反映了系统响应振荡的剧烈程度（2分）。

19. 稳定性是指系统处于平衡状态时受到扰动作用后，恢复原有平衡状态的能力。（2分） 20. 零输入响应是指控制系统在无输入作用的条件下对非零初始条件的时间响应。（2分）

四、判断说明题（每小题3分，共15分） 21. 错误。（1分）

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。（2分）

22. 错误。（1分）

系统地被控制量是水的温度（1分），热水的流量是扰动信号（1分）。 23. 错误。（1分）

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。（2分） 24. 错误。（1分）

传递函数由控制系统的结构和参数决定，与输入信号的形式无关。（2分） 25. 正确。（1分）

闭环控制系统的控制作用是根据误差产生的，并力图不断地利用误差来消除误差。（2分）

五、简答题（每小题3分，共15分）

?（各1分）26. 是闭环控制；反馈量是调节器转速??，被控制量是蒸汽机的转速n。

27. 根轨迹是指系统某参数变化时其闭环特征根在s平面上所形成的轨迹。（3分） 28. 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。（3分） 29. 中频段与系统动态性能和稳定性有关（1分）。此段特性主要反映了闭环系统的动态性能。希望此段中的斜率为-20Db/dec，并且截止频率大，这样系统响应速度快，动态过程中的超调量小、过渡过程时间短（2分）。

30. 超前校正装置对系统的影响是：减小超调量；提高系统响应的快速性，改善动态性能；使系统开环增益有所降低；降低系统抗高频干扰的能力。（每对1点给1分，对3点即可给3分。）

六、综合题（共6小题，共40分）

31．列Routh表如下：

s41s32334s213s1?2s03 （3分）

Routh表第一列的元素有两次符号改变（1分），因此原系统在虚轴右侧有两个极点（1分）。

32.

?u(t)?1?u(t),?U(s)?1s （1分）

而

Xo(s)?12?ss?1 （1分） Xo(s)s?3?U(s)s?1 （3分）

根据传递函数的定义有：

Gb(s)?33．系统开环频率特性可表示为

Gk(j?)?1j?(1?0.1j?) （1分）

nyquist of 1/(0.1s2+s)21.510.50-0.5-1-1.5当ω=0时，|G(jω)| →+/－∞, 相位角为－180°；

当ω→+∞时，|G(jω)|=0，相位角为90°。系统开环奈奎斯特轨迹如右图所示。（2分，只要求找到这两个特殊点并正确确定走向即可给全分）

系统开环没有右极点（1分），而奈奎斯特轨迹没有包围点（-1，j0），因此闭环系统稳定（1分）。 34．系统开环传递函数可规范化为

-0.3-0.2-0.10Imaginary Axis-2-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5Real Axis-0.4 （1分）

可见，系统开环由5个典型环节构成：比例环节K=250、积分环节、转折频率为ω1=0.4Hz的惯性环节、转折频率为ω2=2Hz的微分环节和转折频率为ω3=4Hz的振荡环节。 （1分）

20lgK=48，系统开环Bode图如下： （注意：图形部分给分标准如下：

? 对数幅频特性图中，各段渐进线斜率标注正确，给1分；渐进线斜率标注正确，给1

分；

? 5个环节的相频特性曲线及总相位的变化趋势正确，给2分；

? 相位裕量和增益裕量的位置标注及正负判断均正确，给1分。由于作图误差的原因，导

致相位裕量和增益裕量的位置有差异，只要不影响对概念理解和判断，仍应给分。）

800ss?2?(?1)250?(?1)0.4?1622G(s)H(s)??ss23sss23ss(?1)(??1)s(?1)(??1)0.41680.4168

35．系统闭环特征多项式为

s3?17s2?80s?(1000K1?100) （3分）

由系统的闭环传递函数可列Routh表如下 s 1 80 s 17 1000K1+100

231260?1000K1117 s 0

0 s 1000K1+100 0 （3分）

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

1260?1000K117 >0

1000K1+100>0 （2分）

解得 －0.1

该系统是二阶的，且各项系数为正，故而该系统是稳定的。（2分） 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K1=10。稳态速度误差系数为Kv=10，所以由输入信号引起的稳态误差为0.05。（3分）

由扰动引起的误差只能根据定义计算。 扰动引起的输出全部是误差，即

En(s)??C(s)??10?N(s)s(s?0.1s)?10 （2分） 100.1?)??0.1s(1?0.1s)?10s（2分）

所以，

根据叠加原理，系统总的稳态误差为

essn?lims?E(s)?lim(?ss?0s?00.05－0.1=－0.05 (1分)

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