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。