控制工程基础试卷及答案

控制工程基础考试卷及答案

西北工业大学考试题（A卷）

（考试时间120分钟）

学院：专业：姓名：学号：

一．填空题（共24分，每空1.5分）

1.实现恒温控制有两种方法：人工控制和自动控制。P2

2.若一个元件的输入和输出的关系曲线为直线，则称元件为线性元件。P6

3.系统的数学模型都是线性常系数微分方程，它的一个重要性质是具有齐次

性和叠加性。P13

4.在控制工程中，一般需要确定信号流图中输出和输入间的关系，即系统的

闭环传递函数。P27

5.动态响应是指系统在某一信号的作用下，其输出量从初始状态到稳定状态

的响应过程。P35

6.乃奎斯特图又称为极坐标图或幅相频率特性图。P55

7.最小相位系统是指系统的传递函数在复平面无右极点和右零点的系统。P70 8.系统稳定的充分必要条件是系统的闭环极点均位于s的左半平面。P101

9.系统误差的定义为被控量期望值与实际值之差。P105

10.开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定特性，中频段表征了闭环系统的动态特性，高频段表征了闭环系统的复杂性。P117

二．判断题（共20分，每空2分）

1.实现自动控制的装置可以不同，但反馈控制的原理却是相同的。P3（√）

2.结构图等效变换的原则是变换后与变换前的输入量和输出量都保持不变。

P22（√）

3.稳态响应是指时间t趋向于无穷小时，系统的输出状态。P35 （×）

4.开环对数幅频特性的渐近线斜率越大、位置越高，对应的开环系统积分个

数越多，放大系数越大。P74 （√）5.对于稳定的系统，()()ω

ωj

H

j

G曲线离（-1,j0）点越近，闭环系统稳定程度越高。P97 （×）6.对于一个稳定系统，稳态响应中的暂态分量随着时间的推移逐渐减小并趋

近于零。P106 （√）7.自动控制系统在给定输入信号的作用下，系统的稳态误差与系统的结构、

参数和给定信号的形成有关。P107 （√）8.为满足稳态精度要求，要保持系统有一定的开环增益，超前网络的衰减损

失就必须用减小放大器的增益来补偿。P119 （×）

9.在描述同一控制系统时，状态空间模型和I/O模型可以相互转换。P145（√）

10.经典控制理论中用传递函数描述系统的输入-输出特性，被控量就是输

入量。P146 （×）三．简述题。（共16分，每题8分）

1.简述建立系统微分方程的步骤是什么？P10

答：1）全面了解系统的工作原理、结构、组成和支配系统运动的物理规律，确定系统和各元件的输入量和输出量。

2）从系统的输入端开始，根据各元件或环节所遵循的物理规律，依此列写它们的微分方程。

3）将各元件或环节的微分方程联立起来消去中间变量，求取一个仅含有系统的输入量和输出量的微分方程。

4）将该方程整理成标准形式。即把与输入量有关的各项放在方程的右边，把与输出量有关的各项放在方程的左边，各导数项按降幂排列，并将方程式中的系数化为具有一定物理意义的表示形式。

2.什么是系统的校正？系统的校正有哪些方式？P118

答：校正就是在系统中增加新的环节，以改善系统性能的方法。

1）串联校正：串联校正指校正装置()s

G

C 串联在前向通道中。

2）反馈校正：从系统中某一环节引出反馈信号，通过校正装置()s

G

C

构成

局部反馈回路。

四．计算题。（共40分）

1.化简图1所示的结构图。（9分）

图1 P25

解：

2.已知系统的传递函数为

()()

1210

+=

s s s G 试绘制该系统的开环幅相频率特性曲线。（12分）P60

解：该系统由比例环节、积分环节和惯性环节组成，其频率特性表达式为

()()

1210

+=

ωωωj j j G

开环幅频、相频特性为

()()()ω

ωϕωωω2arctan 901

210

2-︒-=+=

A

()ωj G 曲线的起点为

()︒-∞∠=→90lim 0

ωωj G

()ωj G 曲线的终点为

()︒-∞∠=→180lim 0

ωωj G

绘制其开环幅相频率特性曲线如右图。

3.某最小相位系统，其开环对数幅频特性如图所示，试写出该系统的开环传递函数。

（9分）P72

解：由图知，该系统是由比例、积分和惯性环节形成。则传递函数为

()()

1s +=

Ts s K

G 又有25.18

.01

1

==

=

ω

T 因为()dB L 208.0=，即()108.0=A ，根据渐近线幅频特性特点，有

()

10108.0=+K

得8=K

所以，该传递函数为

()()

125.18

s +=

s s G

4.一个反馈控制系统的特征方程为

()01032523=++++s K Ks s

试确定该闭环系统稳定的K 值。（10分）P89

解：该题给出了系统闭环特征方程，可利用劳思判据求出K 值范围 3s 1 32+K 2s 5K 10 1s

K

K K 2

322-+ 0s 10 要使系统稳定必须满足 05>K 032>+K

02

322>-+K

K K 由以上三式得5.0>K 即为所求。