控制工程基础练习题94题及答案15页.doc

控制工程基础练习题题1图一、 单项选择题1. 图示系统的阶次是 （ ）A 1阶； B 2阶； C 3阶； D 4阶。2. 控制系统能够正常工作的首要条件是 （ ）A 稳定； B 精度高；C 响应快；D 抗干扰能力强。3. 在图中，K1、K2满足什么条件，回路是负反馈？ （ ）A K10，K20 B K10，K20，K20 D K10，K20；B K10，K20；C K10，K20，K2=0。15. 通过直接观察，下列闭环传递函数所表示的系统稳定的一个是 （ ）A ；B ；C ； D 。16. 在控制系统下列性能指标中，描述系统平稳性的一个是 ( ) A 幅值裕量； B 谐振频率； C 稳态误差； D振荡次数。17. 如果二阶系统的无阻尼固有频率为12Hz，阻尼比为0.5，允许误差为5%，那么，该系统对单位阶跃输入的响应具有的过渡过程时间为 （ ）A 0.5s； B 1s； C 2s； D 3s。18. 关于线性系统的本质，下列说法正确的是 （ ）A 线性系统的输入与输出成线性关系； B 可以用传递函数描述； C 满足叠加原理； D 各项系数均与时间无关。19. 二阶系统的阻尼比位0.75，受到单位阶跃输入作用，那么下列说法正确的是 （）A 两个极点都位于虚轴上，且响应是等幅振荡的； B 两个极点都位于原点，且响应迅速衰减到0； C 两个极点都位于s平面右半面，且响应是发散的； D 两个极点都位于s平面左半面，且响应几乎没有超调量。20.下列关于频率特性的说法中，正确的是 （ ）A 是系统对频率的响应； B 是系统单位脉冲响应函数的富利叶变换； C 是系统输出的稳态分量对输入的正弦信号的频率的关系； D 频率特性并不反映系统的运动特性。21. 下列表达式描述线性定常系统的是 （ ）A ； B ;C D 。22. 关于传递函数，正确的说法是 （ ）A 传递函数可以用于描述线性时变系统； B不同属性的物理系统的传递函数形式也不同；C 传递函数可以描述动态系统的内部特性；D传递函数是系统单位脉冲响应函数的拉氏变换。23. 在图所示回路中，已知K10，哪个回路是负反馈回路？ （ ） K1 K2K1K2A BK1K2K1K2C D 题23图24. 直接观察判断下列系统的稳定性，稳定的一个是 （ ）A； B ；C ； D 。25. 如果一阶系统的时间常数为0.02s，允许误差为2%，那么，该系统对单位脉冲输入的响应具有的过渡过程时间为 ( ) A 0.06s； B 0.08s； C 0.1s； D 0.12s。26. 在控制系统下列性能指标中，可以描述系统快速性的一个是 ( ) A 振荡次数； B 最大超调量； C增益裕量； D 开环截止频率。27. 关于惯性环节，正确的描述是 ( )A 输出信号与输入信号形状完全相同且没有滞后； B 输出信号无限接近输入信号的形状且没有滞后； C 输出信号与输入信号形状不同且有滞后； D 输出信号与输入信号形状相同且有滞后。28. 关于开环放大系数K，下列说法正确的是 ( )A K越大，稳态误差越小； B K越大，闭环稳定性越好；C K越大，系统响应越慢； D K越大，系统响应越平稳。29. 某校正装置的Bode图如图所示，该校正装置是 ( )1/T11/T290-90 题29图A P校正装置； B PID校正装置； C PD校正装置； D PI校正装置。30. 从系统的频率特性来看，反映系统复现输入信号能力的是 ( )A 零频值； B低频段； C中频段； D高频段。二、 多项选择题31. 关于线性系统，下列说法正确的有 （ ）A 线性系统的本质特征是满足叠加原理； B 线性系统的输入与输出成线性关系； C 描述线性系统的微分方程中，各项系数均与系统的输入输出信号及其导数无关；D 描述线性系统的微分方程中，各项系数均与时间无关； E 线性系统都可以用传递函数描述。32. 关于传递函数，下列说法正确的有 （ ）A 它是输出信号与输入信号之比； B 它是以复变数s为自变量的有理真分式；C 它不仅与系统的结构和参数有关，还与输入作用的形式有关；D 它可以有系统的微分方程转换得到； E 它是系统动态特性的内部描述。33. 关于二阶系统对单位阶跃信号的响应，下列说法正确有 （ ）A 二阶系统的时间响应都是二次函数； B 当两个极点都在s平面的负实轴上时，没有超调量； C 当两个极点都在s平面的虚轴上时，没有超调量； D 当两个极点都在s平面的第二、三象限时，响应是等幅振荡；E 当阻尼比在（0，1）内时，响应是有振幅衰减的振荡。34. 对于频率特性，下列说法正确的有 （ ）A 是系统单位脉冲响应函数的富利叶变换；B 是系统对频率的响应； C 是系统输出的稳态分量对输入的正弦信号的频率的关系；D 频率特性并不反映系统的运动特性； E 频率特性取决于系统的结构和参数。35. 对于图所示的系统，以下传递函数正确的有A ； B ；C ； D ； G1G2R1(s)H1H2R2(s)Y2(s)Y1(s)题35图E 。3132333435A C B DB EA C EC D36. 下列关于传递函数的说法，正确的有 （ ）A 传递函数是在零初始条件下定义的； B 传递函数不仅与系统结构和参数有关，而且与输入信号有关； C 传递函数总是具有s的有理真分式形式； D 传递函数是系统单位脉冲响应函数的拉氏变换； E 传递函数的量纲取决于输入信号和输出信号的量纲。37. 根据如图所示的二阶系统对单位阶跃输入的响应曲线，下列结论正确的有（ ） 题37图A 超调量为18%； B 稳态响应为2.00； C 上升时间0.8s；D超调量为0.09 ； E 延迟时间0.8s。38. 下列典型环节中，有相位滞后的有 （ ）A 微分环节 ； B 积分环节； C 惯性环节； D 比例环节； E 延迟环节。39. 根据开环对数频率特性，下列说法正确的有A 开环增益K和系统型号决定系统的低频特性；B 中频段斜率为-20dB/dec且穿越频率c高，则系统响应速度快；C 高频段的对数幅频值越小，则系统抗高频干扰的能力越强；D 根据对数频率特性图可以判断控制系统的稳定性；E 三频段的特性是控制系统设计的依据。40. 对于最小相位系统，下列说法正确的有 （ ）A 最小相位系统的对数幅频特性图与相频特性图有唯一的对应关系；B 最小相位系统是稳定的； C 最小相位系统具有最小的相位角； D 最小相位系统具有最小的稳态误差； E 最小相位系统在s平面的右半面没有极点但可以有零点。41. 在控制系统的性能中，表示相对稳定性的有 ( )A 超调量； B 增益裕量； C相位裕量； D 峰值时间； E开环截止频率。42. 关于反馈，下列说法正确的有 ( )A 加入反馈后，必须校验系统的稳定性； B 加入反馈后，可提高系统的相对稳定性；C 加入反馈后，可提高系统的控制精度；D 加入反馈后，可抑制干扰信号引起的误差； E 加入反馈后，可提高系统响应的快速性。43. 不会引起系统输出信号相位滞后的典型环节有 （ ）A 惯性环节； B振荡环节； C 积分环节； D 微分环节； E 比例环节。44. 在如图所示的系统中，下列传递函数正确的有 ( )G1（s）G2（s）H（s）+-Xi（s）E（s）Xo（s）B（s）D（s） 题44图A ； B ； C ； D ；E 。45. 下列各项中，能作为系统数学模型使用的有 ( )A 微分方程 B 方框图；C 稳态误差； D 传递函数； E 频率特性。三、 名词解释46. 闭环控制47. 极点48. 超调量49. 稳定性50. 零输入响应51零点52频率特性53零状态响应54稳定裕量55传递函数56. 过渡过程时间57. 最小相位系统题59图四、 判断说明题58. 开环传递函数就是开环控制系统的传递函数。59. 在图示的控制系统中，被控制量是水箱输出的热水流量。60. 控制系统校正的目的主要是改善其稳定性。61. 传递函数是系统的输出信号与输入信号在零初始条件下的拉氏变换之比，所以外界作用形式将影响传递函数的形式。62. 闭环控制具有抑制干扰引起控制误差的能力。63如果系统闭环特征多项式的系数都是负数，那么该系统一定不稳定。题64图64根据如图所示的无源网络建立系统的动态模型是三阶的。65稳态响应是稳定系统的响应。66. 稳态响应就是系统对输入信号的响应。67. 线性系统的输出信号与输入信号间具有确定的比例关系。68. 通常情况下，微分方程是根据系统的物理原理建立起来的，因此它反映了系统的内部特性。69. 在用劳斯判据判断系统的稳定性时要检查必要和充分条件。题72图70. 控制系统的时域性能指标和频域性能指标是不相关的。五、 简答题71. 什么是稳态加速度误差？72. 瓦特发明的离心调速器原理如图所示。它是开环控制还是闭环控制？如果是闭环控制，那么其反馈量是什么？被控制量是什么？73在如图所示的液位控制系统中，“浮球”起什么作用？“气动阀门”起什么作用？74. 什么是稳态速度误差？75 在图所示的直流电机闭环控制系统中，请指出参考输入信号和控制信号各是什么？负载转矩ML起什么作用？76. 什么是时间响应？77. 控制系统稳定的充分必要条件是什么？78. 稳态误差与哪些因素有关？题73图浮球题75图六、 综合题79. 已知某控制系统的特征方程为，其在虚轴右侧的极点有多少个？ 80已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为 ，试求系统的传递函数和脉冲响应。81. 已知系统在单位阶跃作用下，零初始条件时的输出为，试求该系统的闭环传递函数。82. 某单位反馈系统的开环传递函数为，试绘制其奈奎斯特轨迹，并判断闭环系统的稳定性。83. 控制系统的开环传递函数为 ，试绘制其Bode图，在Bode图上标出相位裕量和增益裕量（标明正、负，但不需求值）。84. 在图所示的系统中，当K1取何值时该系统稳定？题85图题84图85. 已知系统的框图如下，如果输入信号和扰动信号分别为r(t)=2+0.5t和n (t)=0.11(t)。求该系统的稳态误差。题87图86已知系统的闭环传递函数为，当输入信号为r(t)=2sin10t时，求其稳态响应。87单位反馈系统的结构如图所示，试求使系统稳定的K、值。88控制系统的开环传递函数为 ，试绘制Bode图，在Bode图上标出相位裕量和增益裕量（标明正、负，但不需求值）。题90图89已知具有单位负反馈的二阶系统的单位阶跃响应曲线如图所示，试求系统的开环传递函数。(计算中可能用到的公式：，)90已知系统结构如图所示。若r(t)=1(t)+t，n(t)=0.011(t)，求系统的稳态误差。91. 某单位反馈系统的开环传递函数为，试绘制其奈奎斯特轨迹，并判断闭环系统的稳定性。92. 控制系统的开环传递函数为 ，试绘制Bode图，并在Bode图上标出相位裕量和增益裕量（标明正、负，但不需求值）。G(s)K/sR(s)C(s)题93图93. 在图所示的系统中，当K取何值时该系统稳定？ 94. 已知系统结构如图所示。（1）当Kf=0时，请确定系统在单位速度输入时的稳态误差。（2）当=0.6时，试确定Kf的值及在单位速度输入时的稳态误差。Kfs10R(s)C(s)题94图控制工程基础练习题答案一、单项选择题12345678910BACDDBACBC11121314151617181920CBABADACDB21222324252627282930CDCABDBABA 二、多项选择题（每小题2分，共10分）1112131415A C B DB EA C EC D3637383940A C D EB DB C EA B C DA C4142434445B C A C DD EA D EA B D E三、名词解释46. 控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程。47. 使传递函数的分母多项式值为0的s的值。48. 控制系统阶跃响应的最大值与稳态值之差除以稳态值，反映了系统响应振荡的剧烈程度。49. 稳定性是指系统处于平衡状态时受到扰动作用后，恢复原有平衡状态的能力。50. 零输入响应是指控制系统在无输入作用的条件下对非零初始条件的时间响应。51使传递函数分子多项式为0的s的值。52系统在谐波信号作用下，当输入信号的频率从0变化时，系统稳态响应与输入信号的复数比。 53控制系统在零初始条件下对输入信号的时间响应。54控制系统在幅值和相位上偏离临界稳定值的大小。55零初始条件下，控制系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比值叫做系统的传递函数。56. 又称为调整时间，是指系统的响应到达并保持在终值的一定误差范围内（如2%、5%等）所需的最小时间。57. 当系统传递函数在s平面右半面没有零点、极点时，其相位最小；具有最小相位传递函数的系统就是最小相位系统。四、判断说明题58. 错误。 开环传递函数时闭环控制系统的反馈信号的拉氏变换与控制信号的拉氏变换之比。59. 错误。 系统地被控制量是水的温度，热水的流量是扰动信号。60. 错误。 控制系统校正的目的是改善系统的稳态和动态性能，包括改善稳定性。61. 错误。 传递函数由控制系统的结构和参数决定，与输入信号的形式无关。62. 正确。闭环控制系统的控制作用是根据误差产生的，并力图不断地利用误差来消除误差。63错误。 系统闭环特征多项式的系数都是负数，满足系统稳定的必要条件；如果劳斯表的第一列也都为负，则该闭环系统稳定。64错误。 由于C2、C3是并联的，并非独立的储能元件，所以，该系统是二阶的。65错误。 稳态响应是指当时间t趋近于无穷大时，稳定系统的时间响应。66. 错误。 稳态响应是指在典型输入信号作用下，当t趋近于无穷大时，系统输出信号的表现形式）。 67. 错误。 线性系统是满足叠加原理的系统，静态的线性系统的输出信号与输入信号间具有确定的线性关系，动态的线性系统的输出信号与输入信号间不具有确定的线性关系。68. 错误。 用微分方程来描述动态系统时，只描述了系统的输出与输入间的关系，即只描述了动态系统的外部特性。69. 正确。 在用劳斯判据判断系统的稳定性时，首先应检查闭环特征多项式的系数是否同符号，如果相同，则说明满足必要条件，；然后再检查劳斯表第一列的系数有无符号改变，如果没有，则说明系统没有闭环右极点，控制系统稳定。70. 错误。 控制系统的性能归根决底取决于控制系统的结构和参数，时域性能指标和频域性能指标都是控制系统内在品质的反映，因此，都可以用来评价控制系统的性能。五、简答题71. 稳态加速度误差是指系统受到加速度输入信号作用时被控制量的稳态误差。72. 是闭环控制；反馈量是调节器转速，被控制量是蒸汽机的转速。73“浮球”用于测量液面位置以用作反馈。“气动阀门”是系统的执行机构，控制流入的水的流量。74稳态速度误差是指系统受到斜坡输入信号作用时被控制量的稳态误差。75. 参考输入信号是ue，控制信号是u=ueuf，负载转矩是干扰信号。76. 时间响应是指控制系统在输入作用下在时间域内的变化规律。77. 控制系统稳定的充分必要条件是：控制系统的全部闭环极点位于s平面的右半面。78. 稳态误差不仅与系统的结构参数有关，而且与外作用的形式、作用点、大小等有关。六、综合题79列Routh表如下： Routh表第一列的元素有两次符号改变，因此原系统在虚轴右侧有两个极点。80.单位阶跃输入时，有，依题意 81. 而 根据传递函数的定义有： 82系统开环频率特性可表示为 当=0时，|G(j)| -0.1/, 相位角为90；当+时，|G(j)|=0，相位角为-180。系统开环奈奎斯特轨迹如右图所示。系统开环没有右极点，而奈奎斯特轨迹没有包围点（-1，j0），因此闭环系统稳定。83系统开环传递函数可规范化为 可见，系统开环由5个典型环节构成：比例环节K=250、积分环节、转折频率为1=0.4Hz的惯性环节、转折频率为2=2Hz的微分环节和转折频率为3=4Hz的振荡环节。 20lgK=48，系统开环Bode图如下：84系统闭环特征多项式为 由系统的闭环传递函数可列Routh表如下 1 80 17 1000K1+100 0 1000K1+100 0 由Routh判据可知，系统稳定的充分必要条件为：Routh表第一列元素同号，即 0 1000K1+1000 解得 0.1K0，得K0， 0K20。 88系统开环传递函数可规范化为 可见，系统开环由5个典型环节构成：比例环节K=100、积分环节、转折频率为1=1Hz的惯性环节、转折频率为2=4Hz的微分环节和转折频率为3=2Hz的振荡环节。 20lgK=40，系统开环Bode图如下。89由图可知，该系统为欠阻尼二阶系统，且Mp=30%，tp=0.1s。根据所给计算公式计算得到：系统的阻尼比为 =0.358 无阻尼固有频率为 n=33.65Hz 因此，系统传递函数为 90 该系统是二阶的，且各项系数为正，故而该系统是稳定的。对于输入信号引起的稳态误差，可以用稳态误差系数计算。系统为I型，开环增益为K1=200。稳态速度误差系数为Kv=200，所以由输入信号引起的稳态误差为1/200=0.005。由扰动引起的误差只能根据定义计算。扰动引起的输出全部是误差，即 所以，根据叠加原理，系统总的稳态误差为0.0050.01=0.005 91系统开环频率特性可表示为 当=0时，|G(j)|=58, 相位角为0；当+时，|G(j)|=0，相位角为90。系统开环奈奎斯特轨迹如右图所示。系统开环有一个右极点，而奈奎斯特轨迹没有包围点（-1，j0），因此闭环系统不稳定。92系统开环传递函数可规范化为 可见，系统开环由5个典型环节构成：比例环节K=20、积分环节、转折频率为1=2Hz的惯性环节、转折频率为2=4Hz的微分环节和转折频率为3=8Hz的振荡环节。 20lgK=26，系统开环Bode图如下：26dB-20dB/dec-40dB/dec-60dB/dec-20dB/dec0.1110248L（）2060400.11104（）28-90900-180-270总相位相位裕量0增益裕量0 0 解得 0K10。94. （1）当Kf=0时，系统开环传递函数为，可见系统为I型，开环增益为K1=5。闭环传递函数为 由此可得 由稳态误差系数法，输入信号为单位速度函数，故ess1=1/ K1=0.2 （2）当Kf0时，系统开环传递函数变为 其开环增益变为 闭环传递函数变为 由 解得 Kf=1.8 K2=3.63, 由稳态误差系数法，输入信号为单位速度函数，故ess2=1/ K2=0.38 15