《控制工程基础》试卷及详细答案

桂 林 电 子 科 技
大 学 试 卷
2013－2014 学年第二学期 课程名称《控制工程基础》（A 卷.闭卷）适用年级或专业）
一、填空题（每题1分，共15分） 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：、快速性和 。

2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为。

含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于。

3、控制系统的 称为传递函数。

一阶系统传函标准形式是，二阶系统传函标准形式是。

4、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为（用G 1(s)与G 2(s)表示）。

5、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 ，Z 是指 ，R 指 。

6、若某系统的单位脉冲响应为
0.20.5()105t t g t e e --=+，
则该系统的传递函数G(s)为。

7、设系统的开环传递函数为
2
(1)
(1)
K s s Ts τ++，则其开环幅频特性为 ，相频特性为 。

二、选择题（每题2分，共20分） 1、关于传递函数，错误的说法是 ( ) s 的真分D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。

2、采用负反馈形式连接后，则 ( ) 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。

3、已知系统的开环传递函数为50
(21)(5)s s ++，则该系统的开环增益为
( )。

A 、50
B 、25
C 、10
D 、5
4、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。

A 、增加开环极点；
B 、在积分环节外加单位负反馈；
C 、增加开环零点；
D 、引入串联超前校正装置。

5、系统特征方程为
6
3
2
)
(2
3=
+
+
+
=s
s
s
s
D，则系统
( )
A、稳定；
B、单位阶跃响
应曲线为单调指数上升；
C、临界稳定；
D、右半平面闭环
极点数2
=
Z。

6、下列串联校正装置的传递函数中，能
在1
c
ω=处提供最大相位超前角的是
( )。

A、
101
1
s
s
+
+
B、
101
0.11
s
s
+
+
C、
21
0.51
s
s
+
+
D、
0.11
101
s
s
+
+
7、已知开环幅频特性如图1所示，则图
中不稳定的系统是( )。

系统①系统②系统③
图1
A、系统①
B、系统②
C、系统③
D、都
不稳定
8、非单位负反馈系统，其前向通道传递
函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，
当输入信号为R(S)，则从输入端定义的
误差E(S)为( )
A、()()()
E S R S G S
=⋅ B 、
()()()()
E S R S G S H S
=⋅⋅
C 、()()()()
E S R S G S H S
=⋅-D、
()()()()
E S R S G S H S
=-
9、开环频域性能指标中的相角裕度γ对
应时域性能指标( ) 。

A、超调%
σB、稳态误差
ss
e C、调整
时间
s
t D、峰值时间
p
t
10、已知下列负反馈系统的开环传递函
数，应画零度根轨迹的是( )。

A、
*(2)
(1)
K s
s s
-
+
B、
*
(1)(5
K
s s s
-+）
C 、
*
2
(31)
K
s s s+
－
D、
*(1)
(2)
K s
s s
-
-
三、（15分)试建立如下图所示电路的动
态微分方程，并求传递函数。

四、（15分）系统结构如下图所示，求系
统的超调量%
σ和调节时间
s
t。

五、（20分）设控制系统如下图所示，试用劳斯判据确定使系统稳定的K 值。

R(s) + C(s)
+ _ _
六、(15分)试用结构图等效化简求下图所示系统的传递函数()/()C s R s 。

一、填空题（每题1分，共15分）
1、稳定性,准确性
2、开环控制系统，闭环控制系统，闭环控制系统
1 S K
2 S (S+3)
3、输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值，
1
()1G s Ts =+，222
()2n n n
G s s s ωζωω=++或：22
1
()21
G s T s T s ζ=
++)。

4、G 1(s)+G 2(s)
5、开环传函中具有正实部的极点的个数，(或：右半S 平面的开环极点个数)；
闭环传函中具有正实部的极点的个数(或：右半S 平面的闭环极点个数，不稳定的根的数)；
奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。

6、1050.20.5s s s s
+
++ 7
、
，
arctan 180arctan T τωω
-- (
或
：
2
180arctan
1T T τωω
τω---+)
二、选择题（每题2分，共20分）
1、B
2、D
3、C
4、A
5、C
6、B
7、B
8、D
9、A 10、A
三、（10分)
解：1、建立电路的动态微分方程 根据KCL
有
2
00i 10i )
t (u )]t (u )t (d[u )t (u )t (u R dt C R =-+-
即
)t (u )
t (du )t (u )()t (du i 2i 21021021R dt
C R R R R dt C
R R +=++
2、求传递函数
对微分方程进行拉氏变换得
)
(U )(U )(U )()(U i 2i 21021021s R s Cs R R s R R s Cs R R +=++ 得
传
递
函
数
2
1212
21i 0)(U )(U )(R R Cs R R R Cs R R s s s G +++==
四、
解：由图可得系统的开环传函为：
25
()(5)
G s s s =
+
因为该系统为单位负反馈系统，则系统的闭环传递函数为，
2
25
()255(5)
()251()(5)255
1(5)
G s s s s G s s s s s s +Φ====++++++
与
二
阶
系
统
的
标
准
形
式
22
2
()2n
n n
s s s ωζωωΦ=++ 比较，有 22
25
5
n n ζωω=⎧⎪⎨=⎪⎩ 解得0.55n
ζω=⎧⎨=⎩
所以0.5%16.3%e
e πζπσ--===
3
3
1.20.55
s n
t s ζω=
=
=⨯
或
4
4
1.60.55
s n
t s ζω==
=⨯，
3.5
3.5
1.40.55
s n
t s ζω=
=
=⨯，
4.5
4.5
1.80.55
s n
t s ζω=
=
=⨯（2分）
五、
令 G 1(s)=)
3(21)3(2+++s s K
s s =K
s s 2)3(2
++=
K
s s 2322
++
则
)
()(s R s C =)(11)(111s G s s G s +=K
s s s K s s s 23211232122++⋅+++⋅=
2
232
2
3
+++Ks s s
控
制
系
统
的
特
征
方
程
为
22323+++Ks s s =0
劳斯表为
s 3
1 2K s 2
3 2
s
1
3
2
6-K s 0
2 ∴
稳
定
的
充
要
条
件
是
⎪⎩⎪⎨⎧>> 032-6K 02K ⇒⎪⎩
⎪
⎨
⎧>> 310
K K ⇒31>K 即，使系统稳定的K 值为3
1>K 六、
解 ：
所以：
4
32132432143211)()
(G G G G G G G G G G G G G G s R s C ++++=
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