控制工程试题A卷

1石家庄铁道学院2008-2009学年第1学期2006级本科班期末考试试卷（A）课程名称：控制工程任课教师：刘希太考试时间：120分钟学号：姓名：班级：机0604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，12题共20分）1．控制系统由两部分组成。2．经典控制理论采用数学模型以为基础；现代控制理论数学模型以为基础。3．某线性定常系统的单位斜坡响应为tettyt3sin3)(2，则其单位脉冲响应为。4．对siny，在0点邻域对函数进行线性化处理可得线性方程为。5．最小相位系统是指。6．一单位负反馈系统的阶跃响应曲线如右图所示，则系统的闭环传递函数为。7．频率特性的三种求法分别是、和。8．简言之系统的频率特性是指。9．在工程控制实践中，为使系统有满意的稳定性储备，一般其相位裕度应满足。10．频率特性特征量主要有零频幅值、、和谐振频率。11．已知系统开环传递函数为)4(16)(sssGK，则系统的固有频率、阻尼系数、最大超调量以及单位斜坡输入所引起的稳态误差分别为、、、。2)(0tx)(txi2.18200.8第6题图212．已知系统开环传递函数为)6)(1)(2.1(50)(ssssGk，由在matlab中建立该系统零极点模型的函数语句是，判定该系统的稳定性裕度，返回对应的幅值、相位裕量和交界/剪切频率值的语句是。二、单项选择题（每题2分，10题共20分）1．描述控制系统单位阶跃响应过程平稳性的指标是：()(A)峰值时间(B)超调量(C)调节时间(D)稳态误差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)输入信号类型(B)阶次(C)阻尼比(D)振荡频率3．适合应用传递函数描述的系统是：()（A）单输入、单输出的定常系统（B）单输入、单输出的线性时变系统（C）单输入、单输出的线性定常系统（D）非线性系统4．采用负反馈形式连接后：()(A)一定能使闭环系统稳定(B)系统动态性能一定会提高(C)一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除(D)需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能5．已知系统的传递函数为1)sKesTs（，其幅频特性应为：()（A）(1)KeT（B）1KeT（C）221KT（D）221KeT6．已知某系统的开环频率特性N氏曲线如右图所示，则该系统为：()(A)0型系统(B)Ι型系统(C)Ⅱ型系统(D)无法确定37.开环稳定的系统，若闭环亦稳定，则开环波特图中c和g应满足的关系为：()(A)cg(B)c=g(C)cg(D)不能确定8．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9．下列串联校正装置的传递函数中，能在1处提供最大相位超前量的是：（A）1110ss（B）11.0110ss（C）112ss（D）11.01ss（）10．相角条件是决定系统闭环根轨迹的：（）（A）充分条件(B）充要条件（C）必要条件（D）既非充分又非必要条件三、简答题（每题5分，2题共10分）1、简述用bode图表示频率特性的优点。2、简述串联校正中每种类型校正的主要特点。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。2．（6分）单位负反馈控制系统如图所示，试确定使闭环稳定的bK的取值范围。Rs()Cs()-1010s-21sbKs43．（10分）已知反馈控制系统的开环传递函数为)5)(2()(sssKsG，绘制该系统的概略根轨迹（要求给出求解步骤）。4．（10分）已知最小相位系统开环对数幅频特性渐近线如下所示，试完成以下步骤：⑴（4分）据图给出系统开环传递函数；⑵（6分）求解系统相位裕度并判断系统稳定性。五、平时成绩（包括平时作业、考勤和实践环节，共20分）。decdB/20)(lg20jGK0.110(dB)decdB/40decdB/60404石家庄铁道学院2008-2009学年第1学期2006级本科班期末考试试卷（A）标准答案课程名称：控制工程任课教师：刘希太考试时间：120分钟班级：机械0604一、填空题（每空1分，13题共20分）1、被控对象、控制器2、传递函数、状态空间方程3、tet3sin91224、xy5、传递函数的极点和零点全部位于s左半平面的系统6、46.24014.646.24)(2sssGB7、根据系统的频率特性来求取、将传递函数中的s用jω代替来求取、实验法8、线性定常系统对正弦输入的稳态响应9、00603010、复现频率、截止频率11、4，0.5，1.75，0.2512、s=zpk([],[-6,-1,1.2],50)，[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(s)二、单项选择题（每题2分，10题共20分）(B)(A)（C）(D)（C）(C)(A)(C)（B）(B）三、简答题（每题5分，2题共10分）1、简述用bode图表示频率特性优点。答：①可将串联环节幅值的乘、除化为幅值的加、减，简化了计算和作图过程；（1分）②可用近似方法作图，先分段做出对数幅频特性的渐近线，再用修正曲线对渐近线进行修正；（1分）③可分别作出各个环节的bode图，然后通过叠加得到整个系统的bode图，并可由此看出各环节对系统总特性的影响；（1分）④采用对数坐标，不但能表示出较宽范围内的频率特性，而且突出了系统在低频段的频率特性，即可根据需要将低频段相对展宽，将高频段相对压缩，横坐标起点可根据实际情况确定。（2分）2、简述串联校正中相位超前、相位滞后、相位滞后-超前校正的主要特点。4答：相位超前校正的主要特点：主要改善系统的动态性能。在c附近对数幅频特性斜率减小使相位裕量和增益裕量得到改善；c增大，对高频干扰敏感，暂态响应时间变短；不影响稳态误差。（2分）相位滞后校正的主要特点：主要改善系统的稳态性能。c减小，暂态响应时间增长；在c附近幅值衰减使相位裕量和增益裕量得到改善。（2分）相位滞后-超前校正的主要特点：既能提高系统的稳态精度，又能改善系统的暂态特性，结合了串联超前校正和串联滞后校正的优点。（1分）。四、计算题1、解：由图可知，系统传递函数为：143213224343211)()()(HGGGGHGHGGGGGGsRsCsG（4分）2、解：开环传递函数为210()(1010)bGssssK（2分）闭环特征方程为：32()1010100bDsssKs劳斯表为3210110101010110bbsKssKs（2分）系统闭环稳定必须使1010bK，即0.1bK（2分）3、解：根轨迹方程1)5)(2(sssk；（1分）*01p，22p，53p；3mn；（1分）*渐进线，33.2a，180,60l；（2分）*实轴上，)5,(，)0,2(；（2分）*与实轴交点，88.0x，061.4xk；（1分）*与虚轴交点，07:Re2k；0)10(:Im2；10；70ck（1分）4（2分）4、解：⑴由图知，低频段斜率为-20dB/dec，将其延长后可得1时频率比1.0增大10倍，幅值减小为20dB，可知1020lg20KdBK（2分）得系统开环传递函数：)110)(11.0(10)(ssssGK（2分）⑵)110)(11.0(10)(jjjjGK中频段斜率-40dB/dec，1.0时幅值40dB，知1时幅值为0dB，得1c（2分）由10tan1.0tan90)(110得：001103.397.1401tan1.0tan90)(cc（2分）因系统开环稳定且相位裕度大于零，故系统是稳定的。（2分）五、平时成绩（包括平时成绩和实践环节，共20分）。0p1p2p3-2ReImkc-5