电大《机电控制工程基础》期末考试总复习资料参考资料.doc

电大机电控制工程基础期末考试总复习资料参考小抄机电控制工程基础 试题一、填空(每小题3分，共30分) 一、填空题1传递函数的分母就是系统的_特征多项式_，分母多项式的根称为系统的_极点_。2控制系统按其结构可分为_开环控制系统_、_闭环控制系统_、_复合控制系统_。3对控制系统的基本要求可归结为_稳定性_、_准确性_和_快速性_。4单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是_1/s_。5系统的稳态误差与_系统的结构_和_外输入_有关。6线性系统的特点是信号具有_齐次性_性和_叠加性_性。7在零初始条件下，_输出量的拉氏变换_与_输入量的拉氏变换_之比称为线性系统(或元件)的传递函数。8系统的频率特性是由描述的，称为系统的_幅频特性_；称为系统的_相频特性_。9根轨迹是根据系统_开环_传递函数中的某个参数为参变量而画出的_闭环极点_根轨迹图。10根据Nyquist稳定性判据的描述，如果开环是不稳定的，且有P个不稳定极点，那么闭环稳定的条件是：当由0时，的轨迹应该_逆时针_绕（1，）点_ P/2_圈。二、选择题(每小题5分，共15分)11劳斯稳定判据能判断( A )系统的稳定性。 A线性定常系统 B线性时变系统 C非线性系统 D任何系统12一阶系统的传递函数为，则其时间常数为( C )。 A025 B4 C2 D113PI校正为( A )校正。 A滞后 B超前 C滞后超前 D超前滞后三、判断题(共10分)14传递函数是物理系统的数学模型，但不能反映物理系统的性质，因而不同的物理系统不能有相同的传递函数。( 错 )15某环节的输出量与输人量的关系为，K是一个常数，则称其为比例环节。( 对 )16反馈控制系统是指正反馈。( 错 )四、计算题(25分)已知一个n阶闭环系统的微分方程为17写出该系统的闭环传递函数；系统的闭环传递函数：18写出该系统的特征方程；系统的特征方程：19当，时，试评价该二阶系统的如下性能：、和。19各值如下： 五、(10分) 20已知系统动态结构图如图1所示，试求从到的传递函数及从到的传递函数。六、(10分) 21某电网络系统结构如图2所示，为输入，为输出，求该系统的传递函数。机电控制工程基础 试题 一、填空(每小题3分，共30分)1. 在零初始条件下，_输出量的拉氏变换 _与_ 输入量的拉氏变换_之比称为线性系统(或元件)的传递函数。2三种基本的控制方式有_开环控制 闭环控制 复合控制_。3控制系统的稳态误差大小取决于_系统结构参数 和_外输入_。5若二阶系统的阻尼比大于1，则其阶跃响应_不会_出现超调，最佳工程常数为阻尼比等于_0707 _。6开环传递函数的分母阶次为n，分子阶次为m(nm)，则其根轨迹有_ n _条分支，其中，m条分支终止于_开环有限零点_，nm条分支终止于_无穷远_。7单位脉冲函数的拉氏变换结果为_1_。8单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则闭环传递函数为_。9频率特性是线性系统在_正弦_输入信号作用下的（稳态）输出和输入之比。10实轴上二开环零点间有根轨迹，则它们之间必有_汇合点_点。二、选择题(每小题5分，共15分)1一阶系统的传递函数为，则其时间常数为( B )。 A025 B4 C2 D12已知线性系统的输入sc(t)，输出y(c)，传递函数G(s)，则正确的关系是( B )。3PI校正为( A )校正。 A滞后 B超前 C滞后超前 D超前滞后三、判断题(10分)1劳斯稳定判据能判断线性定常系统的稳定性。(对 )2某二阶系统的特征根为两个具有负实部的共轭复根，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为等幅振荡。( 错 )3线性系统稳定，其开环极点一定均位于s平面的左半平面。( 错 )四、(10分)设某系统可用下列一阶微分方程五、(20分)单位反馈系统的开环传递函数为(1)要求系统稳定，试确定K的取值范围。(2)要求系统特征根的实部不大于一1，试确定增益K的取值范围。(1)闭环特征方程为：s(s+3)(s+5)十K0 应用劳斯稳定判据得：0K120(2)令sz一1代人上面闭环特征方程，得到新的特征方程为六、(15分)机电控制工程基础 试题一、填空(每小题3分，共30分) 1极点 n 2反馈控制系统(或闭环控制系统) 3闭环极点 左半 4阻尼比 无阻尼自振荡角频率 5全部为正数 6n nm 7正弦输入 8解析法 实验法 9输出量的拉氏变换 输入量的拉氏变换10最小相位1传递函数阶次为n的分母多项式的根被称为系统的_，共有_个。2系统输出全部或部分地返回到输入端，此类系统称为_。3线性系统稳定，其_均应在s平面的_平面。4二阶闭环系统传递函数标准型为，其中称为系统的_，为_。5用劳斯表判断连续系统的稳定性，要求它的第一列系数_系统才能稳定。6开环传递函数的分母阶次为n，分子阶次为m(nm)，则其根轨迹有一条分支，和_条独立渐近线。7频率响应是系统在_信号下的稳态响应。 8建立控制系统数学模型的主要方法有_法和_法。 9在零初始条件下，_与_之比称为线性系统(或元件)的传递函数。 10系统的对数幅频特性和相频指性有一一对应关系，则它必是_系绕。二、选择题(每小题5分，共15分)1某二阶系统的特征根为两个纯虚根，则该系统的单位阶跃响应为(B )。 A单调上升 B等幅振荡 C衰减振荡 D振荡发散2传递函数G(s)=1/s表示(B )环节。 A微分 B积分 C比例 D滞后3系统的稳定性取决于(C)。 A系统干扰的类型 B系统干扰点的位置 C系统闭环极点的分布 D系统的输入三、判断题(10分)1劳斯稳定判据只能判断线性定常系统的稳定性，不可以判断相对稳定性。(错 )2闭环传递函数中积分环节的个数决定了系统的类型。( 错 )3实际的物理系统都是非线性的系统。( 对 )四、(10分)如图所示的电网络系统，其中ui为输入电压，uo为输出电压，试写出此系统的微分方程和传递函数表达式。五、(20分)设系统的特征方程为：为使系统稳定，求K的取值范围。应用劳斯稳定判据得：0K0的范围内，相频特性在处没有穿越，所以系统稳定 ，所以 =180= 七、已知最小相位系统开环对数频率特性曲线如图所示。试写出开环传递函数 。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是系统的开环对数频率特性。目的掌握各典型环节的对数频率特性曲线。【解】 1)、3，斜率保持不变。故系统开环传递函数应由上述各典型环节串联组成，即 2)、确定开环增益K当=c时，A(c)=1 。所以 故 所以，机电控制工程基础作业评讲第4次第6章二、已知某单位反馈系统开环传递函数为,校正环节为绘制其校正前和校正后的对数幅频特性曲线以及校正环节图形与校正后的相角裕量 涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是用频率法综合控制系统，掌握校正的基本概念，常用串联校正环节的传递函数及特点。掌握串联校正、反馈校正的具体方法。【解】 2） 三、什么是PI校正？其结构和传递函数是怎样的？ 涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是PI校正的概念及其其结构和传递函数。【解】PI控制又称为比例积分控制。其结构图如图所示： PI控制结构图PI校正器的传递函数为式中，是积分时间常数。当时，的频率特性为。 四、某单位负反馈系统的结构图如图所示。要求校正后系统在r(t)=t作用下的稳态误差ess0.01，相位裕量45，试确定校正装置的传递函数。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是超前校正的计算。掌握超前校正的一般步骤。【解】（1）根据稳态误差的要求，可计算出开环放大系数K100。现取K=100。（2）根据取定的K值，作出未校正系统的开环对数频率特性曲线。如下图中L1, 所示。可计算出其穿越频率与相位裕量分别为系统校正前后的伯德图幅值穿越频率 31.6，相位裕量显然，相位裕量不能满足要求。（3）选取校正环节。由于满足稳态要求时，系统的相位裕量小于期望值，因此要求加入的校正装置，能使校正后系统的相位裕量增大，为此可采用超前校正。（4）选取校正环节的参数。根据系统相位裕量的要求，校正环节最大相位移应为考虑到校正装置对穿越频率位置的影响，增加一定的相位裕量，取即 a=4设系统校正后的穿越频率为校正装置两交接频率的几何中点，得交接频率为在交接频率处，则有 T=0.011因此，校正环节的传递函数为为抵消超前校正网络所引起的开环放大倍数的衰减，必须附加放大器，其放大系数为a=4（5）校验校正后的结果。加入校正环节后系统的开环传递函数为校正后系统的相位裕量为:满足给定要求。机电控制工程基础 试题 一、填空(每小题3分，共30分)1传递函数阶次为n的分母多项式的根被称为系统的_，共有_个。2系统输出全部或部分地返回到输入端，此类系统称为_。3传递函数与_有关，与输出量、输入量_。4惯性环节的惯性时间常数越_，系统快速性越好。5若二阶系统的阻尼比大于1，则其阶跃响应_出现超调，最佳工程常数为阻尼比等于_。6开环传递函数的分母阶次为n，分子阶次为m(nm)，则其根轨迹有_条分支，其中m条分支终止于_，nm条分支终止于_。7单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则闭环传递函数为_。8系统的动态性能指标主要有_，稳态性能指标为_。9根轨迹是根据系统传递函数中的某个参数为参变量而画出的_根轨迹图。10根据Nyquist稳定性判据的描述，如果开环是不稳定的，且有P个不稳定极点，那么闭环稳定的条件是：当由时，的轨迹应该_绕(-1，j0)点_圈。二、选择题(每小题5分，共15分)1传递函数G(s)1/s表示( )环节。 A微分 B积分 C比例 D滞后2. 某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为( )。 A单调衰减 B单调上升 C等幅振荡 D振荡衰减3. 已知线性系统的输入z(f)，输出y(f)，传递函数G(s)，则正确的关系是( )。三、判断题(10分)1.某二阶系统的特征根为两个具有负实部的共轭复根，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为等幅振荡。( )2.系统的传递函数与系统结构及外输入有关。( )3反馈控制系统是指正反馈。( )四、(10分) 某电网络系统结构如图2所示，Ur为输入，Uc为输出，求该系统的传递函数。五、(15分) 某单位负反馈系统的闭环传递函数为试求系统的开环传递函数，并说明该系统是否稳定。六、(20分) 由实验测得各最小相位系统的对数幅频特性如下图所示，试分别确定各系统的传递函数。参考答案一、填空题1极点 2反馈控制系统(或闭环控制系统) 3系统结构参数 无关4小 5不会 O707 6n 开环有限零点 无穷远7G(s)/(1十G(s) 8调节时问和超调量 稳态误差 9开环 闭环极点 10逆时针 P 二、选择题1B 2B 3B 三、判断题 1错误 2错误 3错误四、五、该系统的闭环极点均位于s平面的左半平面，所以系统稳定。六、二、判断1自动控制中的基本的控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。 正确2系统的动态性能指标主要有调节时间和超调量，稳态性能指标为稳态误差。正确3如果系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响时，这样的系统就称为开环控制系统。 正确4凡是系统的输出端与输入端间存在反馈回路，即输出量对控制作用能有直接影响的系统，叫做闭环系统。 正确5无静差系统的特点是当被控制量与给定值不相等时，系统才能稳定。 错误6对于一个闭环自动控制系统，如果其暂态过程不稳定，系统可以工作。 错误7叠加性和齐次性是鉴别系统是否为线性系统的根据。 正确8线性微分方程的各项系数为常数时，称为定常系统。 正确第1次作业一、填空1、系统输出全部或部分地返回到输入端，就叫做 。反馈2、有些系统中，将开环与闭环结合在一起，这种系统称为 .。复合控制系统3、我们把输出量直接式间接地反馈到 ，形成闭环参与控制的系统，称作 。 输入端 闭环控制系统4、控制的任务实际上就是 ，使不管是否存在扰动，均能使 的输出量满足给定值的要求。 形成控制作用的规律；被控制对象。5、系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态这样的系统是 系统。 稳定 6、对于函数，它的拉氏变换的表达式为 。 7、单位阶跃信号对时间求导的结果是 。 单位冲击信号8、单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是 。 9、单位脉冲函数的拉普拉斯变换为 。 110、的拉氏变换为 。 12、的原函数的初值= 0 ，终值= 1 13、已知的拉氏变换为，则初值=（ ）。 014、的拉氏变换为 。 15、若，则 。 若Lf(t)= F(s)，则Lf (t-b)=、 。 e-bsF(s)若Lf(t)= F(s)，则Lf (t-3)=、 。 e-3sF(s)二、选择1、的拉氏变换为（ ）。C A ； B ；C ；D 。2、的拉氏变换为，则为（ ）。CA ；B ；C ；D 。3、脉冲函数的拉氏变换为（ C ）A 0 ； B ；C 常数； D 变量4、，则（ ）。AA 5 ；B 1 ；C 0 ； D 。5、已知 ，其原函数的终值（ 4 ）A ； B 0 ； C 0.6 ； D 0.36、已知 ，其原函数的终值（ 3 ）A 0 ；B ；C 0.75 ；D 37、已知其反变换f (t)为（ 2 ）。 A ；B ；C ；D 。8、已知，其反变换f (t)为（ ）。C A ；B ；C ；D 。9、 已知的拉氏变换为（ ）。CA ； B ；C ； D 。10、图示函数的拉氏变换为（ 1 ）。 a 0 tA ； B ；C ；D 11、若=0，则可能是以下（ 3 ）。A ；B ；C ；D 。12、开环与闭环结合在一起的系统称为 .AA复合控制系统；B开式控制系统；C闭和控制系统；D正反馈控制系统。13、在初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统的 B 。 A增益比；B传递函数；C放大倍数；D开环传递函数四 已知结构框图如下图所示，试写出系统微分方程表达式。解：系统的微分方程如下： 第2次作业一、填空1、描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式， 。叫做系统的数学模型2、在初条件为零时， ，与 之比称为线性系统（或元件）的传递函数。 输出量的拉氏变换；输入量的拉氏变换3、自动控制系统主要元件的特性方程式的性质，可以分为 和非线性控制系统。 线性控制系统4、数学模型是描述系统瞬态特性的数学表达式，或者说是描述系统内部变量之间关系的数学表达式。5、如果系统的数学模型,方程是线性的，这种系统叫线性系统。6、传递函数反映系统本身的瞬态特性，与本身参数，结构有关，与输入无关；不同的物理系统，可以有相同的传递函数，传递函数与初始条件无关。7、 环节的传递函数是 。惯性8、二阶系统的标准型式为 。 9、I型系统开环增益为10，系统在单位斜坡输入作用下的稳态误差e()为 。 0.1二、选择1、 已知线性系统的输入x(t)，输出y(t)，传递函数G(s)，则正确的关系是 。BA ； B ； C ； D 。2、 设有一弹簧、质量、阻尼器机械系统，如图所示，以外力f(t)为输入量，位移y(t)为输出量的运动微分方程式可以对图中系统进行描述，那么这个微分方程的阶次是：（ 2 ）A 1； B 2； C 3； D 43、二阶系统的传递函数为 ；则其无阻尼振荡频率和阻尼比为（ 4 ）A 1 ， ； B 2 ，1 ； C 2 ，2 ； D ，14、表示了一个（ 1 ）A 时滞环节； B 振荡环节； C 微分环节； D 惯性环节5、一阶系统的传递函数为 ；其单位阶跃响应为（ 2 ）A ； B ； C ；D 6、已知道系统输出的拉氏变换为 ,那么系统处于（ 3 ）A 欠阻尼； B 过阻尼； C 临界阻尼； D 无阻尼7、 某一系统的速度误差为零，则该系统的开环传递函数可能是（ 4 ）A ； B；C； D；8、二阶系统的传递函数为 ；则其无阻尼振荡频率和阻尼比为（ 3 ）（1）1 ， ；（2）2 ，1 ；（3）1 ，0.25 ；（4） ，三、系统的微分方程如下： 试：求出系统的传递函数解答:解答：将微分方程进行拉氏变换得： = 四、根据图（a）所示系统结构图，求系统开环、闭环以及误差传递函数。解: (b)(c) 系统结构图首先将并联和局部反馈简化如图（b）所示,再将串联简化如图（c）所示。系统开环传递函数为系统闭环传递函数为误差传递函数为五、已知系统的结构图如图所示，若 时, 使=20%，应为多大,此时是多少? 解： 闭环传递函数由 两边取自然对数 ， 可得 故 六、列写下图所示电路图的微分方程式，并求其传递函数。 解： 初始条件为零时，拉氏变换为 消去中间变量I(s)，则 依据定义：传递函数为七、设单位反馈系统的开环传递函数为：G（S）=，试求阶跃响应的性能指标%及（5%） 解答：系统闭环传递函数为： 与二阶传递函数的标准形式相比较，可知：=1， =1，所以，系统为欠阻尼状态，则： = 所以，单位阶跃响应的性能指标为： =16.4% （5%）=6s 八、如图所示系统，假设该系统在单位阶跃响应中的超调量=25%，峰值时间=0.5秒，试确定K和的值。 解： 系统结构图可得闭环传递函数为 与二阶系统传递函数标准形式相比较，可得 即 两边取自然对数可得 依据给定的峰值时间： （秒）所以 （弧度/秒）故可得 0.1九、输入r (t)为阶跃信号时，试求下图所示系统中的稳态误差essr(已知系统闭环稳定) 解答：开环传递函数为： 显然，系统为1型系统，当输入为阶跃信号时 e ssr= 0第3次作业一、填空1、时间响应由 响应和 响应两部分组成。 瞬态、稳态2、为系统的 ，它描述系统对不同频率输入信号的稳态响应幅值衰减（或放大）的特性。为系统的 ，它描述系统对不同频率输入信号的稳态响应，相位迟后或超前的特性。 幅频特性， 相频特性3、频率响应是 响应。正弦输入信号的稳态4、惯性环节的传递函数为 。5、当输入信号的角频率在某一范围内改变时所得到的一系列频率的响应称为这个系统的频率特性。6、控制系统的时间响应，可以划分为瞬态和稳态两个过程。瞬态过程是指系统从 到接近最终状态的响应过程；稳态过程是指时间t趋于 时系统的输出状态。 初始状态 无穷7、若系统输入为，其稳态输出相应为，则该系统的频率特性可表示为 。8、2型系统的对数幅频特性低频渐近线斜率为 。40dB/dec9、对于一阶系统，当由0时，矢量D(j)逆时针方向旋转，则系统是稳定的。否则系统不稳定。二、选择1、根据下列几个系统的特征方程，可以判断肯定不稳定的系统为（ 2 ）A ； B ；C ；其中均为不等于零的正数。2、下列开环传递函数所表示的系统，属于最小相位系统的是（ 3 ）。A ； B （T0）； C ；D 3、已知系统频率特性为 ，则该系统可表示为（ 3 ）（1） ；（2）；（3） ；（4）4、下列开环传递函数所表示的系统，属于最小相位系统的有 。DA ； B （T0）； C ； D；5、题图中RC电路的幅频特性为 。BA ； B ； C ； D 。6、已知系统频率特性为 ，则该系统可表示为（ 2 ）A ； B ； C ；D 7、已知系统频率特性为 ，当输入为时，系统的稳态输出为（ 4 ）A ； B ；C ； D 8、理想微分环节对数幅频特性曲线是一条斜率为（ 1 ）A ，通过=1点的直线； B -，通过=1点的直线；C -，通过=0点的直线； D ，通过=0点的直线9、开环对数幅频特性对数相频特性如图所示，当K增大时：A10 系统如图所示，为一个