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
ω?ωωω2arctan 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。
控制工程基础期末考试题
一、填空题 1．控制系统正常工作的首要条件是__稳定性_。 2．脉冲响应函数是t e t g 532)(--=，系统的传递函数为___2s ?3S+5____ 。 3．响应曲线达到过调量的____最大值____所需的时间，称为峰值时间t p 。 4．对于一阶系统的阶跃响应，其主要动态性能指标是___T _____，T 越大，快速性越___差____。 5．惯性环节的奈氏图是一个什么形状______半圆弧 。 二、选择题 1．热处理加热炉的炉温控制系统属于：A A.恒值控制系统 B.程序控制系统 C.随动控制系统 D.以上都不是 2．适合应用传递函数描述的系统是（ C ）。 A 、单输入，单输出的定常系统； B 、单输入，单输出的线性时变系统； C 、单输入，单输出的线性定常系统； D 、非线性系统。 3．脉冲响应函数是t e t g 532)(--=，系统的传递函数为： A A.)5(32+-s s B.) 5(32-+s s C.)5(32+- s D. )5(32++s s 4．实轴上两个开环极点之间如果存在根轨迹，那么必然存在( C ) A ．闭环零点 B ．开环零点 C ．分离点 D ．虚根 5. 在高阶系统中，动态响应起主导作用的闭环极点为主导极点，与其它非主导极点相比，主导极点与虚轴的距离比起非主导极点距离虚轴的距离（实部长度） 要（ A ） A 、小 B 、大 C 、相等 D 、不确定 6．一阶系统的动态性能指标主要是（ C ） A. 调节时间 B. 超调量 C. 上升时间 D. 峰值时间 7 . 控制系统的型别按系统开环传递函数中的（ B ）个数对系统进行分类。
控制工程基础2006年期末试题
清华大学本科生考试试题专用纸 考试课程 控制工程基础 （卷） 年 月 日 . 设有一个系统如图所示，, , ()，当系统受到输入信号t t x i sin 5)(= 的作用时，试求系统的稳态输出)(t x o 。(分 ) i x o x K K D 图 . 设一单位反馈系统的开环传递函数为 ) 11.0(100 )(+= s s s G 现有三种串联校正装置，均为最小相位的，它们的对数幅频特性渐近线如图所示。 若要使系统的稳态误差不变，而减小超调量，加快系统的动态响应速度，应选取哪种校正装置？系统的相角裕量约增加多少？(分) ) L (w ) (d B ) () ) L (w ) (d B ) ) L (w ) (d B ) () ()
图 . 对任意二阶环节进行校正，如图，如果使用控制器， , 均为实数，是否可以实现闭环极点的任意配置？试证明之。(分) 图 . 一个未知传递函数的被控系统，先未经校正，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环系统的单位阶跃响应如图所示。 问：() 系统的开环低频增益是多少？(分) () 如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似闭环传递函数；(分) （）如果采用形式的串联校正()I c 1 K G s s =+，在什么范围内时，对原开环系统 相位裕量的改变约在 5.7~0-??之间？(分) 17/8 图 ．已知计算机控制系统如图所示，采用数字比例控制()D z K =，其中>。设采样周期 (i X s ) z 图 （）试求系统的闭环脉冲传递函数() ()() o c i X z G z X z =； (分) （）试判断系统稳定的值范围； (分) （）当系统干扰()1()n t t =时，试求系统由干扰引起的稳态误差。 (分)
《控制工程基础》期末复习题及答案_81251553585744438
《控制工程基础》期末复习题 一、选择题 1、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。 2、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。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=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 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( ) A 、 型别2 8、若某最小相位系统的相角裕度0γ>，则下列说法正确的是 ( )。 A 、不稳定； B 、只有当幅值裕度1g k >时才稳定； C 、稳定； D 、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。 9、若某串联校正装置的传递函数为1011001 s s ++，则该校正装置属于( )。 A 、超前校正 B 、滞后校正 C 、滞后-超前校正 D 、不能判断 10、下列串联校正装置的传递函数中，能在1c ω=处提供最大相位超前角的是： A 、 1011s s ++ B 、1010.11s s ++ C 、210.51s s ++ D 、0.11101 s s ++ 11、关于传递函数，错误的说法是 ( ) A 传递函数只适用于线性定常系统； B 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C 传递函数一般是为复变量s 的真分式； D 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 12、下列哪种措施对改善系统的精度没有效果 ( )。 A 、增加积分环节 B 、提高系统的开环增益K C 、增加微分环节 D 、引入扰动补偿 13、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的 ( ) 。 A 、准确度越高 B 、准确度越低 C 、响应速度越快 D 、响应速度越慢 14、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 15、若某系统的根轨迹有两个起点位于原点，则说明该系统( ) 。 A 、含两个理想微分环节 B 、含两个积分环节 C 、位置误差系数为0 D 、速度误差系数为0 16、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%σ B 、稳态误差ss e C 、调整时间s t D 、峰值时间p t 17、已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是( ) A 、 (2)(1)K s s s -+ B 、(1)(5K s s s +-+） C 、2(1)K s s s +－ D 、(1)(2) K s s s -- 18、若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是 ( )。 一. 填空题(每小题2.5分，共25分) 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 快速性 和 准确性 。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环系统 和 闭环系统 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 微分方程 、 传递函数 等。 4． 误差响应 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统 控制精度的程度。 5． 一阶系统 1 1 Ts 的单位阶跃响应的表达是 。 6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 频域性能指标 。 7． 频率响应是线性定常系统对 谐波 输入的稳态响应。 8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与 的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的 。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 。 二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分） 电压放大 功率放大 可逆电机 + -自偶调压器~220V U f +给定毫 伏信号 + -电炉热电偶加热器 U e U g 炉温控制系统 减速器 - 图1 炉温控制结构图 试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。 三、如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分） 图2 R u 0 u i L C u 0 u i C u 0 u i R (a) (b) (c) 四、求拉氏变换与反变换(10分) 1．求[0.5]t te -（5分） 2．求1 3 [] (1)(2) s s s - ++ （5分） 五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分） 《机械控制工程基础》教学大纲 课程名称：机械控制工程基础 英文名称：Mechanical control Engineering 课程编号：0811000215 课程性质：必修 学分/学时：2.5/40。其中，讲授 34学时，实验 6学时，上机 0学时，实训 0学时。课程负责人：唐宏宾 先修课程：高等数学、大学物理、电工与电子技术、理论力学 一、课程目标 机械控制工程基础主要介绍经典控制理论的基本概念、基本原理、基本分析方法、工程设计方法及控制理论在机械工程中的应用。本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识，也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。 通过本课程的学习，达到以下教学目标： 1.工程知识 1.1 掌握必要的机械控制工程理论知识。 1.2 能够应用械控制工程理论知识解决复杂工程技术问题。 2.问题分析 2.1 能够理解并恰当表述机械控制工程实际问题。 2.2能够找到合适的解决机械控制工程实际问题的程序与方法。 2.3 在一定的限制条件下能够合理解决机械控制工程实际问题。 3.设计/开发解决方案 能够运用机械控制工程理论知识进行产品规划与设计并体现创新意识。 4.研究 能够采用机械控制工程理论知识进行研究并合理设计实验方案。 5.使用现代工具 能够有效使用MATLAB软件对机械控制工程实际问题进行模拟、分析与预测。 二、课程内容及学时分配 如表1所示。 三、教学方法 课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。 本课程将以“机械控制系统建模及性能分析”为主线，主要介绍机械控制系统建模及性能分析的相关知识，重点培养学生应用机械控制工程理论知识并使用现代工具软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力。 表1 《机械控制工程基础》课程内容及学时分配 一、填空题（每题1分，共15分） 1、对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面，即：、和，其中最基本的要求是。 2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为() G s，则该系统的开环传递函数为。 3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有、等。 4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采用、、等方法。 5、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。 6、设系统的开环传递函数为 12 (1)(1) K s T s T s ++ ，则其开环幅频特性为，相频 特性 为 。 7、最小相位系统是指 。 二、选择题（每题2分，共20分） 1、关于奈氏判据及其辅助函数F(s)= 1 + G(s)H(s)，错误的说法是( ) A、 F(s)的零点就是开环传递函数的极点 B、 F(s)的极点就是开环传递函数的极点 C、 F(s)的零点数与极点数相同 D、 F(s)的零点就是闭环传递函数的极点 2、已知负反馈系统的开环传递函数 为 2 21 () 6100 s G s s s + = ++ ，则该系统的闭环特征方程为 ( )。 A、261000 s s ++= B、2 (6100)(21)0 s s s ++++= C、2610010 s s +++= D、与是否为单位反馈系统有关 3、一阶系统的闭环极点越靠近S 平面原点，则 ( ) 。 A、准确度越高 B、准 确度越低 C、响应速度越快 D、响 应速度越慢 4、已知系统的开环传递函数为 100 (0.11)(5) s s ++ ，则该系统的开环增 益为 ( )。 A、 100 B、1000 C、20 D、不能确定 5、若两个系统的根轨迹相同，则有 相同的： A、闭环零点和极点 B、开环零 点 C、闭环极点 D、阶跃响 应 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、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。 8、关于线性系统稳定性的判定，下列观点正确的是 ( )。 A、线性系统稳定的充分必要条件是：系统闭环特征方程的各项系 数都为正数； B、无论是开环极点或是闭环极 点处于右半S平面，系统不稳定； C、如果系统闭环系统特征方程 某项系数为负数，系统不稳定； D、当系统的相角裕度大于零， 幅值裕度大于1时，系统不稳定。 9、关于系统频域校正，下列观点错 误的是( ) A、一个设计良好的系统，相角裕度 应为45度左右； B、开环频率特性，在中频段对数幅 频特性斜率应为20/ dB dec -； C、低频段，系统的开环增益主要由 系统动态性能要求决定； D、利用超前网络进行串联校正，是 利用超前网络的相角超前特性。 10、已知单位反馈系统的开环传递 函数为 22 10(21) () (6100) s G s s s s + = ++ ，当输 入信号是2 ()22 r t t t =++时， 系统的稳态误差是( ) A、 0 B、∞ C、 10 D、 20 三、（10分)建立图示系统的数学 模型，并以传递函数形式表示。 《控制工程基础》考试大纲 科目名称：控制工程基础 适用专业：机械电子工程 参考书目：《控制理论基础》，王显正，科学出版社， 2009 考试时间：3小时 考试方式：笔试 总分：150分 考试范围： （一）绪论 1．控制系统的定义 2．控制系统的工作原理和组成 （1）掌握反馈控制原理，解释方块图 （2）理解开环系统和闭环系统的性能特点 （3）理解控制系统的各个组成环节。 3. 控制系统的分类：按控制信号的连续性、按给定量的运动规律等进行分类 4. 典型信号：掌握各典型信号的函数表达和物理意义 （二）物理系统的数学模型 1. 数学方法 （1）理解拉普拉斯变换定义和常用函数的拉氏变换； （2）掌握利用拉氏变化求取系统的传递函数。 2. 数学模型 （1）了解建立数学模型的步骤，环节的划分、输入输出信号的建立。 （2）掌握根据系统的输入输出信号分析，建立机械系统的数学模型。 3. 典型环节及其传递函数：理解各典型环节的传递函数 4. 方块图及其简化 （1）掌握开环传递函数和闭环传递函数。 （2）掌握利用方块图得出系统的传递函数 （三）频率特性 1. 频率特性概念 （1）了解频率特性的定义和物理意义 （2）了解频率特性的求取方法 2. 对数频率特性 （1）掌握伯德图的坐标的对数划分以及频程、斜率的描述。 （2）掌握典型环节的对数频率特性。 （四）控制系统的稳定性分析 1. 稳定性的概念：理解稳定的定义和系统稳定的充要条件。 2. 掌握利用代数判据判断系统的稳定性。 3. 了解稳定裕量的概念和表达方法。 （五）控制系统的误差分析 1. 稳态误差概念 （1）理解系统的误差和偏差的概念和相互间的关系。（2）了解稳态误差的基本计算公式。 2. 稳态误差的求取 （1）掌握系统的稳态误差的求取。 （2）了解减小系统稳态误差的方法。 （六）控制系统的瞬态响应分析 1. 一阶系统的瞬态响应 了解一阶系统在典型信号作用下地瞬态响应及其物理意义。 2.二阶系统的瞬态响应 （1）掌握二阶系统传递函数的标准形式。 （2）掌握二阶系统在不同阻尼比条件下的阶跃信号响应。 4.瞬态响应指标及其与系统参数的关系 （1）掌握系统的瞬态响应指标的定义。 （2）掌握欠阻尼二阶系统的瞬态响应的求取方法。 控制工程基础期末试题 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，，共20分) 1.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量σp( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 2.运算放大器具有_____的优点。( ) A.输入阻抗高，输出阻抗低 B.输入阻抗低，输出阻抗高 C.输入阻抗高，输出阻抗高 D.输入、输出阻抗都低 3.在伯德图中反映系统抗高频干扰能力的是( ) A.低频段 B.中频段 C.高频段 D.无法反映 4.设开环系统频率特性G(jω)= ,当ω=1rad/s时，其频率特性幅值M(1)=( ) A. B.4 C. D.2 5.设开环传递函数G(s)H(s)= ,α>0,K>0，随着K增大，闭环系统 ( ) A.相对稳定性变差，快速性不变 B.相对稳定性变好，快速性不变 C.相对稳定性不变，快速性变好 D.相对稳定性变差，快速性变差 6.对于一阶、二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的( ) A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是 7.开环传递函数为G(s)H(s)=, 则实轴上的根轨迹为( ) A.〔－4,∞) B.〔－4,0〕 C.(－∞,－4) D. 〔0,∞〕 8.进行串联滞后校正后，校正前的穿越频率ωc与校正后的穿越频率的关系，通常是( ) A.ωc= B.ωc> C.ωc< D.ωc与无关 9.PID控制规律是____控制规律的英文缩写。( ) A.比例与微分 B.比例与积分 C.积分与微分 D.比例、积分与微分 10.比例环节的频率特性相位移θ(ω)=( ) A.90° B.－90° C.0° D.－180° 二、填空题(本大题共10小题，每小空1分，共15分) 1.根轨迹全部在根平面的__________部分时，系统总是稳定的。 2.设系统的频率特性G(jω)=R(ω)+JI(ω)，则相频特性∠G(jω)=__________。 3.随动系统中常用的典型输入信号是__________和__________。 4.超前校正装置的最大超前角处对应的频率ωm=__________。 5.根据系统给定值信号特点，控制系统可分为__________控制系统、__________控制系统和程序控制系统。 专业认证大纲参考机械控制工程基础 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688] 《机械控制工程基础》教学大纲 课程名称：机械控制工程基础 英文名称：Mechanical control Engineering 课程编号： 课程性质：必修 学分/学时：2.5/40。其中，讲授 34学时，实验 6学时，上机 0学时，实训 0学时。 课程负责人：唐宏宾 先修课程：高等数学、大学物理、电工与电子技术、理论力学 一、课程目标 机械控制工程基础主要介绍经典控制理论的基本概念、基本原理、基本分析方法、工程设计方法及控制理论在机械工程中的应用。本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识，也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。 通过本课程的学习，达到以下教学目标： 1.工程知识 1.1 掌握必要的机械控制工程理论知识。 1.2 能够应用械控制工程理论知识解决复杂工程技术问题。 2.问题分析 2.1 能够理解并恰当表述机械控制工程实际问题。 2.2能够找到合适的解决机械控制工程实际问题的程序与方法。 2.3 在一定的限制条件下能够合理解决机械控制工程实际问题。 3.设计/开发解决方案 能够运用机械控制工程理论知识进行产品规划与设计并体现创新意识。 4.研究 能够采用机械控制工程理论知识进行研究并合理设计实验方案。5.使用现代工具 能够有效使用MATLAB软件对机械控制工程实际问题进行模拟、分析与预测。 二、课程内容及学时分配 如表1所示。 三、教学方法 课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。 本课程将以“机械控制系统建模及性能分析”为主线，主要介绍机械控制系统建模及性能分析的相关知识，重点培养学生应用机械控制工程理论知识并使用现代工具软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力。 表1 《机械控制工程基础》课程内容及学时分配 一、填空题 1.控制系统正常工作的首要条件就是__稳定性_。 2.脉冲响应函数就是t e t g 532)(--=,系统的传递函数为_______ 。 3.响应曲线达到过调量的____最大值____所需的时间,称为峰值时间t p 。 4.对于一阶系统的阶跃响应,其主要动态性能指标就是___T _____,T 越大,快速性越___差____。 5.惯性环节的奈氏图就是一个什么形状______半圆弧 。 二、选择题 1.热处理加热炉的炉温控制系统属于:A A 、恒值控制系统 B 、程序控制系统 C 、随动控制系统 D 、以上都不就是 2.适合应用传递函数描述的系统就是( C )。 A 、单输入,单输出的定常系统; B 、单输入,单输出的线性时变系统; C 、单输入,单输出的线性定常系统; D 、非线性系统。 3.脉冲响应函数就是t e t g 532)(--=,系统的传递函数为: A A 、)5(32+-s s B 、) 5(32-+s s C 、)5(32+- s D 、 )5(32++s s 4.实轴上两个开环极点之间如果存在根轨迹,那么必然存在( C ) A.闭环零点 B.开环零点 C.分离点 D.虚根 5、 在高阶系统中,动态响应起主导作用的闭环极点为主导极点,与其它非主导极点相比,主导极点与虚轴的距离比起非主导极点距离虚轴的距离(实部长度) 要( A ) A 、小 B 、大 C 、相等 D 、不确定 6.一阶系统的动态性能指标主要就是( C ) A 、 调节时间 B 、 超调量 C 、 上升时间 D 、 峰值时间 7 、 控制系统的型别按系统开环传递函数中的( B )个数对系统进行分类。 A.惯性环节 B. 积分环节 C. 比例环节 D.微分环节 8.对于I 型系统,(A )输入信号稳态误差为零。 A 、单位阶跃 B 、加速度函数 (C) 正弦函数 (D) 单位斜坡 9.在开环零、极点分布已知的情况下,可绘制( C )随系统参数变化(如放大系数)而在s 平面上移动的轨迹(根轨迹)。 A 、开环极点 B 、 开环零点 C 、闭环极点 D 、 闭环零点 10.开环传递函数为)35.0()25.0)(15.0()(+++=s s s s k s G ,其根轨迹的起点为 C A.0,-3 B.-1,-2 C.0,-6 D.-2,-4 11.当∞→ω时比例微分环节的相位就是:A A 、ο90 B 、ο90- C 、ο45 D 、ο45- 三、简答题 1.自动控制的定义就是？ 再没有人直接参与的情况下,使被控对象的某些物理量准确的按照预期规律变化 2.闭环主导极点的定义？ 离虚轴近,又不构成偶极子的极点与零点起作用,决定顺态响应性能。 3、 线性系统稳定的充要条件就是？ 系统特征方程式的根全部具有负实部 4、 频率特性的定义？ 用幅值与相位来描述一个点在极坐标内随从0变到时的轨迹,来分析系统的性能的方法 四、分析计算题 1.(10分)已知系统结构如图1所示,化简结构图求传递函数) ()(s R s C 机械控制工程基础期末考试试卷 课程名称： 机械控制工程基础1；试卷编号：卷；考试时间：120分钟；考试形式：闭卷 一、填空（ 每小题4分，共20分） 得分 评卷人 复查人 1、某系统传递函数为2 1 s ，在输入t t r 3sin 2)( 作用下，输出稳态分量的幅值为 。 2、谐波输入下，系统的 响应称为频率响应。 3、已知某系统开环传递函数的零点都在左半S 平面，其开环频率特性曲线如图1.5所示，则该系统位于右半S 平面的极点数有 个。 4、控制系统的基本要求主要有： ， ， 。 5、Nyquist 图上以原点为圆心的单位圆对应于Bode 图上 的 线。 二、选择题（ 每小题3分，共30分 ） 1、关于反馈的说法，正确的是（ ） A ．反馈实质上就是信号的并联 B ．反馈都是人为加入的 C ．正反馈就是输入信号与反馈相加 D ．反馈就是输出以不同方式作用于系统 学院 专业班级 年级 姓名 学号 装订线(答题不得超过此线) 2、关于系统模型的说法，正确的是（ ） A ．每个系统只有一种数据模型 B ．动态模型在一定条件下可简化为静态模型 C ．动态模型比静态模型好 D ．静态模型比动态模型好 3、某环节的传递函数为s 1，则该环节为（ ） A. 惯性环节 B. 积分环节 C ．微分环节 D ．比例环节 4、系统的传递函数（ ） A ．与外界无关 B ．反映了系统、输出、输入三者之间的关系 C ．完全反映了系统的动态特性 D. 与系统的初始状态有关 5、二阶欠阻尼系统的上升时间为（ ） A ．阶跃响应曲线第一次达到稳定值的98%的时间 B ．阶跃响应曲线达到稳定值的时间 C ．阶跃响应曲线第一次达到稳定值的时间 D ．阶跃响应曲线达到稳定值的98%的时间 6、关于线性系统时间响应，说法正确的是（ ） A ．时间响应就是系统输出的稳态值 B ．由单位阶跃响应和单位脉冲响应组成 C ．由强迫响应和自由响应组成 D ．与系统初始状态无关 7、系统的单位脉冲响应函数为t e t w 2.03)(-=，则系统的传递函数为（ ） A ．2.03)(+=S s G B. 32 .0)(+=S s G C ．2.06.0)(+= S s G D ．3 6 .0)(+=S s G 8、以下系统中，属于最小相位系统的是（ ） A ．s s G 01.011)(-= B ．s s G 01.011 )(+= C ．1 01.01 )(-= s s G D ．)1.01(1)(s s s G -= 9、一个线性系统稳定与否取决于（ ） A ．系统的结构和参数 B ．系统的输入 机械控制工程基础期末试卷答案 机械工程控制基础模拟卷一、选择题1. 控制工程主要研究并解决的问题之一是（）A、系统已定，输入不确定，求系统的输出B、系统已定，输入已知，求系统的输出（响应）C、系统已定，规定系统的输入D、系统不定，输入已知，求系统的输出（响应）42. 已知机械系统的传递函数为G s 则系统的阻尼比、增益和放大系数是（）。s s4 2 A. 0.25 1 1 B. 0.541 C. 0.2544 D. 0.5143. 弹簧-质量-阻尼系统的传递函 数为1/（ms2csk）则系统的无阻固有频率ωn 为（）A k m B m k C c m D m c4. 对于定常控制系统来说（）A、表达系统的微分方程各项系数不随时间改变B、微分方程的各阶微分项的幂为 1 C、不能用微分方程表示D、系统总是稳定的5.微分环节反映了输入的变化趋势，可以应用于。A. 增加系统阻尼 B. 减小系统阻尼C. 减弱噪声的作用D. 减小稳态误差6. 系统方块图如图所示其开环传递函数GkS 是（）A5S/3S1 B 3S1/5SC 1/5S3S1 D 5/S3S17.系统的输出误差为et，其稳态误差为：（）A lim sE1 s B lim E s s0 s0 C lim E s D lim sE1 s s s8. 比例环节的对数幅频特 性曲线是一条（）。A.水平线B.垂直线 C.斜率为-20db/dec 的直线 D.斜率为-10db/dec 的直线9. 所谓校正（又称补偿）是指（）A、加入PID 校正器B、在系统中增加新的环节或改变某些参数C、使系统稳定D、使用劳斯判据10. PI 校正属于下面哪种校正方法：）（ A 相位超前校正B 相 一、填空题 1．控制系统正常工作的首要条件是 __稳定性 _。 2．脉冲响应函数是 g(t) 2 3e 5t ，系统的传递函数为 ___ ____。 3．响应曲线达到过调量的 ____最大值 ____所需的时间，称为峰值时间 t p 。 4．对于一阶系统的阶跃响应， 其主要动态性能指标是 __ T __，T 越大，快速性越 ___差____。 _ ___ 5．惯性环节的奈氏图是一个什么形状 ______半圆弧 。 二、选择题 1．热处理加热炉的炉温控制系统属于： A A. 恒值控制系统 B. 程序控制系统 C. 随动控制系统 D. 以上都不是 2．适合应用传递函数描述的系统是（ C ）。 A 、单输入，单输出的定常系统； B 、单输入，单输出的线性时变系统； C 、单输入，单输出的线性定常系统； D 、非线性系统。 3．脉冲响应函数是 g(t) 2 3e 5t ，系统的传递函数为： A A. 2 3 B. 2 3 5 ) s (s 5) s ( s 3 D. 2 3 C. 2 5) s ( s 5) ( s 4．实轴上两个开环极点之间如果存在根轨迹，那么必然存在 ( C ) A ．闭环零点 B ．开环零点 C ．分离点 D ．虚根 5. 在高阶系统中，动态响应起主导作用的闭环极点为主导极点，与其它非主导极点相比，主 导极点与虚轴的距离比起非主导极点距离虚轴的距离（实部长度） 要（ A ） A 、小 B 、大 C 、相等 D 、不确定 6．一阶系统的动态性能指标主要是（ C ） A. 调节时间 B. 超调量 C. 上升时间 D. 峰值时间 7 . 控制系统的型别按系统开环传递函数中的（ B ）个数对系统进行分类。 控制工程基础》教学大纲 大纲说明 课程代码：3325052 总学时：48 学时（讲课40 学时，实验8 学时） 总学分：3 课程类别：学科基础课，必修 适用专业：机械设计制造及其自动化专业 预修要求：高等数学、工程数学、电工技术一、课程的性质、目的、任务： （一）课程性质专业基础课，必修 （二）目的与任务 通过本课程的学习，培养学生具有分析、综合电气自动化、仪表自动化及工业自动化控制设备中自控系统的能力。 二、课程教学的基本要求 通过本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本原理和基本分析方法，并能应用基本原理对典型的控制系统进行分析与综合。 三、教学方法和教学手段的建议采用以教师讲授为主，并结合现代教学手段如多媒体教室等。 四、课程习题要求习题的基本要求是：巩固和深入理解所学过的基本概念、基本理论，提高计算技能和作图能力。运用所学得的知识分析和计算典型及实际的控制系统问题，培养学生分析问题、解决问题的能力和严肃认真的科学作风。 习题可包括思考题和计算题，课外习题和课内习题 五、大纲的使用说明 本大纲适用于本科学校机电工程专业，因本课程涉及《高等数学》、《工程数学》、《电工原理》、《电子技术》、《电机学》、《半导体变流技术》等多门基础课的知识，故适宜在二年级下开设，在讲授时，要注意联系和复习。讲授內容可按学时作适当增删。 大纲正文 第一章控制系统的基本概念学时：2 学时（讲课2 学时，实验0 学时）本章讲授要点：控制系统的工作原理、组成、基本要求、基本类型本章讲授重点：控制系统的工作原理、基本要求本章讲授难点：控制系统的工作原理 1.1控制系统的工作原理及其组成 1.1.1 工作原理 1.1.2 开环控制和闭环控制 1.1.3 闭环控制系统的组成 1.2控制系统的基本类型 1.2.1 按输入量的特征分类 1.2.2按系统中传递信号的性质分类 1.3对控制系统的基本要求 1.4控制工程发展概况习题：1；2；3 《控制工程基础》课程教学大纲 课程名称：控制工程基础，Fundamentals of Control Engineering 课程性质：专业基础课 学分：2.5 总学时：48 其中，理论学时：40 实验学时：8 适用专业：机械设计制造及其自动化专业。 先修课程：工程数学，工程力学，电工电子等。 一、教学目的与要求 本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课。在机械类各专业的教学计划中，是一门理论性较强的技术基础课。它是进行控制系统动态特性分析的基础，目前自动控制技术已广泛应用于工农业生产、交通运输、国防和宇航等各个领域。本课程的主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生掌握系统动态特性数学模型的建立和研究方法，并学会应用这些研究方法对已知系统的稳定性、快速性和准确性问题进行分析，以及进行控制系统的设计，并为学习后续课程、从事工程技术工作、进行科学研究、开拓新的领域，打下坚实的基础。 本课程主要以线性控制系统为研究对象，进行系统的分析与设计。学完本课程应达到以下基本要求： 1．理解自动控制的基本含义，自动控制的基本要求，自动控制系统与过程中的信息传递、反馈及反馈控制。 2．理解数学模型、线性系统和非线性系统、相似性原理的概念；掌握线性元件和系统的数学模型的建立方法、线性系统的叠加原理和非线性运动方程线性化的方法。 3．掌握一阶、二阶及高阶系统的时间响应分析和性能指标计算；理解控制系统的误差与稳态误差的概念，系统稳态误差的计算；掌握控制系统稳定性的概念、稳定的充要条件及时域稳定判据。 4．掌握判断控制系统稳定性的奈魁斯特稳定判据、对数稳定判据和相对稳定裕量的概念及计算。 5．理解控制系统校正的概念和校正方法。 6．掌握控制系统的串联校正方法和校正装置的设计；掌握控制系统的并联校正的作用及校正方法。 二、教学内容与学时分配 《自动控制工程基础》作业参考答案 作业一 1.1 指出下列系统中哪些属开环控制，哪些属闭环控制: (1) 家用电冰箱 (2) 家用空调 (3) 家用洗衣机 (4) 抽水马桶 (5) 普通车床 (6) 电饭煲 (7) 多速电风扇 (8) 调光台灯 解：（1）、（2）属闭环控制。（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）属开环控制。 1.2 组成自动控制系统的主要环节有哪些？它们各有什么特点? 起什么作用？ 解：组成自动控制系统的主要环节如下： (1) 给定元件：由它调节给定信号，以调节输出量的大小。 (2) 检测元件：由它检测输出量的大小，并反馈到输入端。 (3) 比较环节：在此处，反馈信号与给定信号进行叠加，信号的极性以“+”或“-”表示。 (4) 放大元件：由于偏差信号一般很小，因此要经过电压放大及功率放大，以驱动执行元件。 (5) 执行元件：驱动被控制对象的环节。(6) 控制对象：亦称被调对象。 (7) 反馈环节：由它将输出量引出，再回送到控制部分。一般的闭环系统中，反馈环节包括检 测、分压、滤波等单元。 1.3 图1-1表示的是一角速度控制系统原理图。离心调速器的轴由内燃发动机通过减速齿轮获得角速度 为w的转动，旋转的飞锤产生的离心力被弹簧力抵消，所要求的速度w由弹簧预紧力调准。 （1）当w突然变化时，试说明控制系统的作用情况。（2）试画出其原理方框图。 图1-1 角速度控制系统原理图 解：（1）发动机无外来扰动时，离心调速器的旋转角速度基本为一定值，此时，离心调速器与减压比例控制器处于相对平衡状态；当发动机受外来扰动，如负载的变化，使w上升，此时离 心调速器的滑套产生向上的位移e，杠杠a、b的作用使液压比例控制器的控制滑阀阀芯上 移，从而打开通道1，使高压油通过该通道流入动力活塞的上部，迫使动力活塞下移，并通 清华大学本科生考试试题专用纸 考试课程控制工程基础（A卷） 2006 年 6月 14日1. 设有一个系统如图1所示，k1=1000N/m, k2=2000N/m, D=10N/(m/s)，当系统受到输入信号的作用时，试求系统的稳态输出。(15分) 图1 2. 设一单位反馈系统的开环传递函数为 现有三种串联校正装置，均为最小相位的，它们的对数幅频特性渐近线如图2所示。 若要使系统的稳态误差不变，而减小超调量，加快系统的动态响应速度，应选取哪种校正装置？系统的相角裕量约增加多少？(10分) (a) (b) (c) 图2 3. 对任意二阶环节进行校正，如图3，如果使用PD控制器，K P, K D均为实数，是否可以实现闭环极点的任意配置？试证明之。(15分) 图3 4. 一个未知传递函数的被控系统，先未经校正，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环系统的单位阶跃响应如图4所示。 是多少？(5分) 问：(1) 系统的开环低频增益K (2) 如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似闭环传递函数；(5分) （3）如果采用PI形式的串联校正，K 在什么范围内时，对原 I 开环系统相位裕量的改变约在之间？(5分) 图4 5．已知计算机控制系统如图所示，采用数字比例控制，其中K>0。设采样周期T=1s 图5 （1）试求系统的闭环脉冲传递函数； (5分) （2）试判断系统稳定的K值范围； (5分) （3）当系统干扰时，试求系统由干扰引起的稳态误差。 (5分) 6．针对本学期直流电动机位置伺服系统教学实验，基本原理图见图6，其中，电枢控制式直流电动机电枢电阻为1.7Ω，电感为3.7mH，反电势系数Ce为0.2 13V/(rad/s)，力矩系数Cm为0.213Nm/A，等效到电动机轴上的总转动惯量为3 92×10-6Nms2，设R =470KΩ，α=0.9，速度调节器传递函数为6，电流调节器传递 2 《机械控制工程基础》课程教学大纲 一、课程基本信息 1．课程编号：MACH400801 2．课程体系/类别：专业类/专业核心课 3．学时/学分：56学时/ 3学分 4．先修课程：高等数学、积分变换、理论力学、电工电子技术、机械设计基础、大学计算机基础、高级程序设计 5．适用专业：机械大类专业（包括机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、能源与动力工程和工业工程） 二、课程目标及学生应达到的能力 《机械控制工程基础》是西安交通大学机械类专业的一门专业核心课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。 本课程的主要任务是通过课堂教学、计算机仿真实训、实验教学等教学方式，使学生掌握实现机械系统自动控制的基本理论；学会典型机电系统的数学建模、运行性能分析和系统设计、校正与补偿等基本知识和基本技能；具有基本的机电控制系统分析设计能力，以及对复杂机械系统的控制问题进行分析、求解和论证的能力，并了解机械控制领域的新理论和新技术，支撑毕业要求中的相应指标点。课程目标及能力要求具体如下： 课程目标1. 掌握机械控制系统的基本概念和组成原理，具备自动控制原理与系统的基础概念；掌握典型机电传动单元与系统的数学建模方法；掌握机电系统的时域和频域分析设计校正方法。（毕业要求中的第1） 课程目标2. 培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系统进行分析、设计，并能够采用相关软件进行模拟仿真，能够构建实验控制系统进行分析研究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。（毕业要求中的第2、4）课程目标3. 初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了解机械控制理论的现状与发展趋势。培养学生运用机械控制工程领域新技术新方法对复杂机 一、单项选择题： 1. 某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为 D A. 发散振荡 B. 单调衰减 C. 衰减振荡 D. 等幅振荡 2． 一阶系统G(s)=1 +Ts K 的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 B A ．越长 B ．越短 C ．不变 D ．不定 3. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？ C A.输入信号 B.初始条件 C.系统的结构参数 D.输入信号和初始条件 4．惯性环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为 C A ．-270° B ．-180° C ．-90° D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)= s 1 ，则其频率特性幅值M(ω)= C A. ωK B. 2K ω C. ω1 D. 21ω 6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为 B A. a 1y 1(t)+y 2(t) B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t) C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t) D. y 1(t)+a 2y 2(t) 7．拉氏变换将时间函数变换成 D A ．正弦函数 B ．单位阶跃函数 C ．单位脉冲函数 D ．复变函数 8．二阶系统当0<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将 A A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 D A ．系统输出信号与输入信号之比 B ．系统输入信号与输出信号之比 C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 10．余弦函数cos t ω的拉氏变换是 C A.ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2 2s 1ω + 11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)= A A. 90° B. -90° C. 0° D. -180° 12. II 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 A A. -40(dB/dec) B. -20(dB/dec) C. 0(dB/dec) D. +20(dB/dec) 13．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的 B 控制工程基础本科生考试试题 考试课程 控制工程基础 （A 卷） 2006 年 6月 14日 1. 设有一个系统如图1所示，k 1=1000N/m, k 2=2000N/m, D=10N/(m/s)，当系统受到输入信号t t x i sin 5)(= 的作用时，试求系统的稳态输出)(t x o 。(15分) i x o x K K D 图1 2. 设一单位反馈系统的开环传递函数为 ) 11.0(100 )(+= s s s G 现有三种串联校正装置，均为最小相位的，它们的对数幅频特性渐近线如图2所示。 若要使系统的稳态误差不变，而减小超调量，加快系统的动态响应速度，应选取哪种校正装置？系统的相角裕量约增加多少？(10分) ) L (w ) (d B ) (a) ) L (w ) (d B ) ) L (w ) (d B ) (b) (c) 图2 3. 对任意二阶环节进行校正，如图3，如果使用PD 控制器， K P , K D 均为实数，是否可以实现闭环极点的任意配置？试证明之。(15分) 图3 4. 一个未知传递函数的被控系统，先未经校正，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环系统的单位阶跃响应如图4所示。 问：(1) 系统的开环低频增益K 0是多少？(5分) (2) 如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似闭环传递函数；(5分) （3）如果采用PI 形式的串联校正()I c 1K G s s =+，K I 在什么范围内时，对原开环系统相位裕量的改变约在 5.7~0-??之间？(5分) 17/8 图4 5．已知计算机控制系统如图所示，采用数字比例控制()D z K =，其中K>0。设采样周期T=1s (i X s ) z 图5 （1）试求系统的闭环脉冲传递函数() ()() o c i X z G z X z =； (5分) （2）试判断系统稳定的K 值范围； (5分) （3）当系统干扰()1()n t t =时，试求系统由干扰引起的稳态误差。 (5分) 6．针对本学期直流电动机位置伺服系统教学实验，基本原理图见图6，其中，电枢控制式直流电动机电枢电阻为1.7Ω，电感为3.7mH ，反电势系数Ce 为0.213V/(rad/s)，力矩系数Cm 为0.213Nm/A ，等效到电动机轴上的总转动惯量为392×10-6Nms 2，设R 2=470K Ω，α=0.9，机械控制工程基础期末试卷 答案2
专业认证大纲参考《机械控制工程基础》
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