控制工程基础考卷带答案复习资料

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1、填空题：(每空 1 分共 2 0 分)1. 对控制系统的基本要求一般可归结为 稳定性，准确性，快速性、O厂玉动控制系统对输入信号的响应，一般都包含两个分量，即一个是瞬态响应 分量，另一个是 响应分量。3. 在闭环控制系统中，通过检测元件将输出量转变成与给定信号进行比较的信号，这个信号称为 O4. 若前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则闭环传递 函数为 O5函数f(t) =演- 6,的拉氏变换式是 o6开环对数频率特性的低频段、中频段、高频段分别表征了系统的 稳 定性，动态特性，抗干扰能力_、 、O207. Bode图中对数相频特性图上的一180线对应于奈奎斯特图中的8

2、. 已知单位反馈系统的开环传递函数为：G(s) =20求出系统在单(0.5s + 1)(0.04s +1)位阶跃输入时的稳态误差为 O9. 闭环系统稳定的充要条件是所有的闭环极点均位于s平面的 半平面。10. 设单位反馈控制系统的开环传递函数为g(s) = M，当系统作用有xi(t)=s +12cos(2t - 45。)输入信号时，求系统的稳态输出为 o11. 已知传递函数为G(s) = k，则其对数幅频特性L(S)在零分贝点处的频率S 2数值为 O12在系统开环对数频率特性曲线上，低频段部分主要由 环节和决定。13. 惯性环节的传递函数二，它的幅频特性的数学式是,它的相Ts +1频特性的数学

3、式是 O14. 已知系统的单位阶跃响应为=(t) = 1+ te e-，则系统的脉冲脉冲响应为一、填空题（每空1分，共20分）：1稳定性，准确性，快速性；2稳态；3反馈；4GQ.） ； 5 F（s） = -1 G （s） H （s）s + 66稳定性，动态特性，抗干扰能力；7负实轴；8 19 右半平面；10 竺cos（2一55.3）215。111 w =K ;12 积分，比例；13，-arctanT+TM14 一 e -2t + 2e -, t 0二、判断题：（每小题1分，共10分）1. 在对数相频特性图中，L（3 ）0范围内开环对数相频特性曲线由下而上 穿过-180。线时为正穿越。（）2.

4、奈奎斯特稳定判据只能判断线性定常系统的稳定性，不能判断相对稳定性。（）3. 最大超调量Mp与系统的阻尼比Z和固有频率3 n有关。（）4. 闭环传递函数中积分环节的个数决定了系统的类型。（）5. Mason（梅逊公式）公式适用于线性和非线性定常系统。（）6. 物理本质不同的系统，可以有相同的数学模型。（）7. 叠加定理可以用在非线性系统。（）8. 传递函数是复数s域的系统数学模型，它仅取决于系统本身的结构及参数， 与系统的输入形式无关。（）9. 对于二阶系统，实际的工程常常设计成欠阻尼状态，且阻尼比Z以选择在0.41.0为宜。（）10. 一般系统的相位裕度应当在30度至60度之间，而幅值裕度应当

5、大于 6dB。（）1错误；2正确；3错误；4错误；5错误；6正确；7错误；8正确；9错 误；10正确。基本概念：第一章：1 .对控制系统的基本要求一般可以归纳为：稳定性、快速性和准确性。其中稳 定性的要求是系统工作的必要条件。随动系统对响应快速性要求较高。2 .开环与闭环系统的定义。分别举例说明3 .对自动控制系统，按反馈情况可以分为哪些？按输出变化规律可分为哪些？ 第二章1 .控制系统的数学模型有哪些表达方式？各自有何特点？2 .微分方程的定义，如何由微分方程推导到传递函数3 .传递函数的定义：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入 量的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。4 .

6、传递函数的分子反映了系统同外界的联系，传递函数的分母反映了系统本身 与外界无关的固有特性；5. 线性控制系统一般可由典型的环节所组成，这些典型环节分别为：比例环节， 惯性环节，微分环节，积分环节，振荡环节，延时环节。这些典型环节的传递 函数分别是什么？6 .线性定常系统的稳定性取决于系统的结构和参数，与系统的输入信号无关。7 .下列哪些属于系统传递函数方框图的结构要素有：函数方框，相加点，分支 点第三章：时域分析1 .我们常说的典型输入信号有哪些？2 .时间响应的概念：时间响应是指系统在输入信号作用下，系统输出随时间变 化的函数关系3 .时间响应分析是由零输入响应和零状态响应所组成的。不特别指

7、明，时间响 应都是指零状态响应4 .瞬态过程、稳态过程的含义。5. 一阶惯性环节的传递函数为G(s)=，其中T的含义是什么？二阶振荡环Ts +1节的传递函数为G(s) = $ *言, +必2，其中 和&分别是什么？ nn6. 二阶系统响应的性能指标有哪些？它们的计算公式分别是什么？第四章：频域分析1 .频率响应的概念：系统对输入为谐波时的稳态响应称为频率响应2. 频率特性的表示法:Nyquist图(极坐标图，又称为幅相频率特性图)；Bode图(对数坐标图，又称为对数频率特性图)3. 典型环节的Bode图第五章：1 .系统稳定的充要条件为：系统的全部特征根都具有负实部；反之，若特征根 中只要有一

8、个或一个以上的正实部，则系统必不稳定。2. 稳定性的判据有那些：Routh判据，Nyquist判据，Bode判据。其中Nyquist稳定性判据是通过开环传递函数来判定闭环系统的稳定性3. 系统的相对稳定性可以用相位裕度和幅值裕度、来表示，是如何定义的？(书 134,135 页)第六章1. PID控制器中的P、I、D分别指按偏差的比例、积分、微分进行控制。PI,PD,PID属于什么性质的校正，各有何特点？书154, 155, 156页 2.相位超前校正若G (s) = K以尘也,av 1 ,最大相位超前角c c (aTs +1)3.相位滞后校正装置的传递函数为G (s)二孕尘，P 1，最大滞后角

9、为 c(pTs +1)p-1 p +1一，填空(10*1分=10分)1、(控制的基本方式有哪些？)根据系统是否存在反馈，可将系统分为开环控 制系统和闭环控制系统两大类。开环控制没有反馈，闭环系统有反馈。2、反馈控制系统的基本组成：给定元件，测量元件，比较元件，放大元件，执 行元件，校正元件。3、按系统的数学描述分类：线性系统、非线性系统，按系统的传递信号的性质 分类：连续系统、离散系统。4、对控制系统的性能要求：稳定性、快速性、准确性。5、已知 f(t)=8t2+3t+2,求 f(t-2)的拉普拉斯变换 f ( t - 2 )二6、数学模型：描述系统动态特性及各变量之间关系的数学表达式,分为动

10、态数 学模型和静态数学模型。7、建立控制系统数学模型的方法分为：分析法、实验法。8、对于非线性微分方程的线性化处理一般有两种方法：1.直接略去非线性因素,2. 切线法或微小偏差法。9、信号流图是一种表示一组联立线性代数方程的图。是由节点和支路组成的信 号传递网络。10、常用的脉冲输入试验信号有单位脉冲函数，单位阶跃函数，单位斜坡函数，单位加速度函数，正弦函数等。11、根据极点分布情况，二阶系统分类如下：欠阻尼二阶系统、无阻尼二阶系统、临界阻尼二阶系统、过阻尼二阶系统。二，名词解释（3*4分二12分）1、传递函数：单输入单输出线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与其输入量的拉氏变换之比。

11、用G（s）=C（s）/R（s）表示。2、时域响应：控制系统在外加作用（输入）激励下，其输出量随时间变化函数关系。任一稳态时域响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成。3、最小相位系统：若系统的开环传递函数G（s）在右半s平面内既无极点也无零点，则称为最小相位系统。在最小相位系统中，对数相频一一对应幅 频。4、主导极点：若极点所决定的瞬态分量不仅持续时间最长，而且其初始幅值也 大，充分体现了它在系统响应中的主导作用，故称其为系统的主导极点。5、闭环频率特性：（略）三，问答题（3*8分二24分）1，开环与闭环控制系统的优点与缺点？答：闭环控制系统的优点是采用了反馈，系统中真正起到调节的作用是偏差信号。所

12、 以，闭环系统的响应对外部干扰和内部系统的参数变化不敏感。对于给定的控制对象， 有可能采用不太精密且成本较低的元件构成精密的控制系统，在开环情况下是不可能 做到的。从稳定的角度出发，开环控制比较容易建立。闭环系统中，稳定性很难建立， 因为闭环系统可能出现超调误差，从而导致系统做等幅振荡或变幅振荡。2, 建立元件或系统的微分方程可依据以下步骤进行？答：1.确立系统或者元件的输入量、输出量。2.按照信号的传递顺序，从系统的输入 端开始，依据运动规律，列各环节的动态微分方程。3.消去所列各微分方程组中间变 量，得系统的输入量、输出量之间关系的微分方程。4.整理得到微分方程。3, 比较时域分析与频率特

13、性分析的优缺点？答：时域分析法是种直接分析法，它根据所描述系统的微分方程或传递函数，求出系 统的输出量随时间的规律，并由此来确定系统的性能。但不能对高阶系统进行分析， 且求解复杂。频率特性分析与此不同的是它不是通过系统的闭环极点和零点来分析系统的性能，而 是通过系统对正弦函数的稳态响应来分析系统性能，它将传递函数从复域引到频域中 进行分析。利用频率特性分析不必求解微分方程就可估算出系统的性能，从而简单、 迅速地判断某些环节或参数对系统性能的影响，并能指明改进系统性能的方向。4, 传递函数的零、极点和放大系数对系统性能的影响有哪些？答：1，极点决定系统固有运动属性。2,极点的位置决定模态的敛散性

14、，即决定稳定 性、快速性。3,零点决定运动控制比重弟直基基础数决定了系统稳态传递性能。一、填空题（每空1分，共20分）1. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响 应过程。3. 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。4. I型系统G（s）=在单位阶跃输入下，稳态误差为0，在单位加速度s（s + 2）输入下，稳态误差为8。5. 频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特

15、性包括幅频和相频两种特性。6. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原 来的工作状态，这样的系统是（渐进）稳定的系统。7. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参 数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。8. 系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递 函数有关。9. 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。10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以CDc （截止频率）附近 的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和，快速性；而低频段主 要表明系统的稳态性能。11. 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、快速性和精确或准确性。自动控制工程基础一、单项选择题：1. 某二阶系统阻尼比为0 ,则系统阶跃响应为 A.发散振荡B.单调衰减C.衰减振荡D.等幅振荡2. 一