2015控制工程基础复习资料解读

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一、填空题

1.?控制系统由?控制对象 和 控制器????两部分组成。

2.?对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面:稳定性、快速性和准确性。?

3.?建立系统数学模型的方法有 机理法 和 辨识法 两种。

4.?经典控制理论采用的数学模型主要以传递函数、为基础;现代控制理论采用的数学模型主要以为????状态空间方程??基础。?

5.?I型系统在单位阶跃输入下,稳态误差为?0?,在单位加速度输入下,稳态误差为?∞?。

6.某线性定常系统的单位斜坡响应为其单位阶跃响应为

7.在初始条件为零时,系统 输出量的拉式变换 与输入量的拉式变换 之比称为线性系统(或元件)的传递函数。

8.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?大于6dB或大于2????。?

9.离散信号的数学表达式为

10. 判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为 负实根或负实部的复数根 ,即系统的特征根必须全部在 复平面的左半平面 是系统稳定的充要条件。

11 频率响应是系统对正弦输入稳态响应,频率特性包括 幅频和相频 两种特性。

12. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号,则称此系统为离散(数字)控制系统,其输入、输出关系常用差分方程来描述。

13.若线性系统的输入信号为,输出信号为,则系统的传递函数

14.环节串联时总的传递函数等于各环节传递函数的 乘积 。

15.某系统单位脉冲响应函数为,则系统传递函数为

16、系统稳定的充要条件是:系统的全部特征根都具有负实部。

17、对广义系统,按反馈情况可分为 开环系统 、 闭环系统 。

18 线性控制系统最重要的特性是可以应用___叠加__原理,而非线性控制系统则不能。

19.反馈控制系统是根据输入量和__反馈量__的偏差进行调节的控制系统。

20.在单位斜坡输入信号作用下,0型系统的稳态误差ess=_____。

21.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和__反馈 _连接。

22.函数te-at的拉氏变换为

23.线性定常系统在正弦信号输入时,稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__相频特性__。

24.积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线,直线的斜率为__-20__dB/dec。

25.二阶系统的阻尼比ξ为 _ 0_ 时,响应曲线为等幅振荡。

26.在单位斜坡输入信号作用下,Ⅱ型系统的稳态误差ess=__0__。

27.单位斜坡函数t的拉氏变换为

28. 设系统的频率特性G(jω)=R(ω)+jI(ω),则幅频特性|G(jω)|=

29. 分析稳态误差时,将系统分为0型系统、I型系统、II型系统…,这是按开环传递函数的__积分__环节数来分类的。

30. 用频域法分析控制系统时,最常用的典型输入信号是_正弦函数_。

31.二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为

32.G(s)=的环节称为___惯性__环节。

33.系统输出量的实际值与_输出量的希望值__之间的偏差称为误差。

34.二阶系统的典型传递函数是

35.设系统的频率特性为,则称为 实频特性 。

34.用频率法研究控制系统时,采用的图示法分为乃奎斯特 图示法和__对数坐标_图示法。

35.二阶系统的阻尼系数ξ=__0.707____时,为最佳阻尼系数。这时系统的平稳性与快速性都较理想。

36.,其拉氏变换为

37.变换

38.反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。

39. 根轨迹起始于开环极点;终止于开环零点

二、选择题

1、关于反馈的说法,正确的是( D )

A.反馈实质上就是信号的并联 B.反馈都是人为加入的

C.正反馈就是输入信号与反馈相加 D.反馈就是输出以不同方式作用于系统

2、关于系统模型的说法,正确的是( B )

A.每个系统只有一种数据模型 B.动态模型在一定条件下可简化为静态模型

C.动态模型比静态模型好 D.静态模型比动态模型好

3、某环节的传递函数为,则该环节为( B )

A. 惯性环节 B. 积分环节

C.微分环节 D.比例环节

4、系统的传递函数( A )

A.与外界无关 B.反映了系统、输出、输入三者之间的关系

C.完全反映了系统的动态特性 D. 与系统的初始状态有关

5、二阶欠阻尼系统的上升时间为( C )

A.阶跃响应曲线第一次达到稳定值的98%的时间 B.阶跃响应曲线达到稳定值的时间

C.阶跃响应曲线第一次达到稳定值的时间 D.阶跃响应曲线达到稳定值的98%的时间

6、一阶系统的传递函数为;其单位阶跃响应为( B )

(A);(B);(C);(D)

7、系统的单位脉冲响应函数为,则系统的传递函数为( A )

A. B.

C. D.

8、以下系统中,属于最小相位系统的是( B )

A. B.

C. D.

9、一个线性系统稳定与否取决于( A )

A.系统的结构和参数 B.系统的输入

C.系统的干扰 D.系统的初始状态

10、一个系统稳定的充要条件是( C )

A.系统的全部极点都在[S]平面的右半平面内 B.系统的全部极点都在[S]平面的上半平面内

C.系统的全部极点都在[S]平面的左半平面内 D.系统的全部极点都在[S]平面的下半平面内

11.脉冲函数的拉氏变换为( C)

A. 0 B. ∞;

C.常数; D.变量

12.与开环控制相比较闭环控制的特征是系统有 ( D )

A.执行元件   B.放大元件 C.控制器 D.反馈元件

13.单位斜坡信号的拉氏变换是 ( B )

A.   B. C. D.

14.系统开环传递函数为,此系统为 型系统。 ( B )

A.0 B.I C. II D. III

15 .下面关于微分环节的控制作用描述中正确的是: ( D)

(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

16.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? ( D )

(A) 阶次 (B) 振荡频率 (C) 阻尼比 (D) 输入信号类型

17.二阶振荡系统幅值衰减的快慢取决于: (C )

(A) (B) (C) 特征根实部绝对值 (D) 特征根虚部的分布情况

18.系统输出的拉氏变换完全取决于: ( B)

(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

19.相位滞后校正环节相当于: ( A )

(A)低通滤波器  (B)高通滤波器 (C)带通滤波器  (D) 带阻滤波器

20. PI控制类似于: (C)

(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

21.某单位反馈系统的闭环传递函数为,则输入时稳态输出的幅值为: (D )

(A)  (B) (C)2 (D)1

22.拉氏变换将时间函数变换成 (D )

A.正弦函数 B.单位阶跃函数

C.单位脉冲函数 D.复变函数

23.微分环节的频率特性相位移θ(ω)= ( A )

A.90° B. -90°

C. 0° D. -180°

24、正弦函数sin的拉氏变换是 ( B )

A. B.

C. D.

25.比例环节的频率特性相位移θ(ω)= (C)

A.90° B.-90° C.0° D.-180°

26.一阶系统的阶跃响应, (D ) A.当时间常数T较大时有振荡 B.当时间常数T较小时有振荡

C.有振荡 D.无振荡

27.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 (C)

A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是

28.时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 (D )

A.脉冲函数 B.斜坡函数

C.抛物线函数 D.阶跃函数

29.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零,则可得到系统的 ( B )

A.代数方程 B.特征方程

C.差分方程 D.状态方程

30.线性系统和非线性系统的根本区别在于 ( C )

A.线性系统有外加输入,非线性系统无外加输入。

B.线性系统无外加输入,非线性系统有外加输入。

C.线性系统满足迭加原理,非线性系统不满足迭加原理。

D.线性系统不满足迭加原理,非线性系统满足迭加原理。

31. 时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 (D )

A.脉冲函数 B.斜坡函数

C.抛物线函数 D.阶跃函数

32.设控制系统的开环传递函数为G(s)=,该系统为 ( B )

A.0型系统 B.I型系统

C.II型系统 D.III型系统

33.采用负反馈连接时,如前向通道的传递函数为G(s),反馈通道的传递函数为H(s),则其等效传递函数为 ( C )

A. B.

C. D.

34. 一阶系统G(s)=的时间常数T越大,则系统的输出响应达到稳态值的时间

( A )

A.越长 B.越短

C.不变 D.不定

35.拉氏变换将时间函数变换成 (D )

A.正弦函数 B.单位阶跃函数

C.单位脉冲函数 D.复变函数

36.若某系统的传递函数为G(s)=,则其频率特性的实部R(ω)是 ( A )

A. B.-

C. D.-

37.传递函数反映了系统的动态性能,它与下列哪项因素有关? ( C )

A.输入信号 B.初始条件

C.系统的结构参数 D.输入信号和初始条件

38. 系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 ( C )

A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是

39. 有一线性系统,其输入分别为u1(t)和u2(t)时,输出分别为y1(t)和y2(t)。当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数),输出应为 ( B )

A. a1y1(t)+y2(t) B. a1y1(t)+a2y2(t)

C. a1y1(t)-a2y2(t) D. y1(t)+a2y2(t)

40.I型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 ( B )

A. -40(dB/dec) B. -20(dB/dec)

C. 0(dB/dec) D. +20(dB/dec)

41.余弦函数cos的拉氏变换是 ( C )

A. B.

C. D.

42.设积分环节的传递函数为G(s)=,则其频率特性幅值M()= ( C )

A. B.

C. D.

43.奈奎斯特稳定性判据是利用系统的(? C )来判据闭环系统稳定性的一个判别准则。

A.开环幅值频率特性 B.开环相角频率特性

C.开环幅相频率特性 D.闭环幅相频率特性

44. 系统的传递函数 (? C )

A.与输入信号有关

B.与输出信号有关

C.完全由系统的结构和参数决定

D.既由系统的结构和参数决定,也与输入信号有关

45. 一阶系统的阶跃响应, (? D ) A.当时间常数T较大时有振荡 B.当时间常数T较小时有振荡

C.有振荡 D.无振荡

三、简答

1、什么是反馈?为什么要进行反馈控制?

答:反馈是指人们为了达到一定的目的,有意加入的反馈,闭环控制系统的工作是基于系统的实际输出与输入间的偏差之上的,在系统存在扰动的情况下,这种偏差就会出现。进行适当的反馈控制正好能检测出这种偏差,并力图减小这种偏差,而最终使得偏差为零,事实上,反馈控制仅仅需为无法预计的扰动设计,因为对可以预知的扰动,总可以在系统中加以校正。

2、什么是系统?什么是线性系统?

答:系统是由相互联系,相互作用的若干部分构成而且有一定的目的或一定的运动规律的一个整体;当系统的数学模型能用线性微分方程描述时,系统称为线性系统。

3、系统稳定性的定义是什么?

答:系统的稳定性是指系统在初始状态的作用下,由它引起的系统的时间响应随时间的推移,逐渐衰减并趋向与零的能力。若随时间的推移,系统能回到平衡位置,则系统是稳定的;若随时间的推移,系统偏离平衡位置愈来愈远,则系统是不稳定的。

4、相位超前校正与相位滞后校正在应用方面有何不同?

答:

5、系统稳定性:

答:指控制系统在任何足够小的初始偏差的作用下,其过渡过程随着时间的推移,是否具有逐渐恢复原平衡状态的性能。

6、根轨迹定义:

答:指系统增益从0趋向于无穷大连续变化时,闭环系统的特征方程的根在复平面上的轨迹。

7、控制工程系统中的瞬态响应指标包括哪些?

8、 简述建立系统微分方程的步骤是什么?(提示答案,不完整)

答:(1)确定系统和各元件的输入量和输出量。(2)列写它们的微分方程。(3)消去中间变量。(4)将该方程整理成标准形式

四、化简图示方框图,并确定其闭环传递函数

1、

答案:(2分)

2、系统结构图如下图所示,求(15分)

?

3、如下图所示,将方框图化简,并求出其传递函数。

?

提示答案

五、劳斯-赫尔维茨稳定判据

1、设系统特征方程为

试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。

解:用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a4=1,a3=5,a2=2,a1=4,a0=3均大于零,

且有

所以,此系统是不稳定的。

2、设系统特征方程为

试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。

解:(1)用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a3=2,a2=4,a1=6,a0=1均大于零,且有

所以,此系统是稳定的。

3、 系统的特征方程为

试用劳斯判据判断系统的稳定性。

解 计算劳斯表中各元素的数值,并排列成下表

系统是不稳定的。

六、对数幅频特性曲线

1、设系统开环传递函数如下,试绘制系统的对数幅频特性曲线。

解:提示答案

系统对数幅频特性曲线如下所示。

2、设系统开环传递函数如下,试绘制系统的对数幅频特性曲线。

解:提示答案

七、计算题

1、已知单位反馈系统的闭环传递函数,试求系统的相位裕量。(10分)

解:系统的开环传递函数为

,解得

2、系统在静止平衡状态下,加入输入信号,测得响应为,试求系统的传递函数。

3、某单位反馈的电液反馈伺服系统,其开环传递函数为:

G(S)=10(0.4S+1)/S2(0.04S+1)(0.2S+1)

试分别求出该系统的单位阶跃、等速、等加速输入时的稳态误差。

解:系统静态误差系数 KP=lim G(S)

s--0

Kv=limsG(S)

s--0

Ka=limS2 G(S)

s--0

位置稳态误差 essp = 1/(1+ KP)

速度稳态误差 essv =1/ Kv

加速度稳态误差 essa=1/ Ka

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