《控制工程基础》试卷及详细答案

桂 林 电 子 科 技 大 学 试 卷

2013－2014 学年第 二 学期

课程名称《控制工程基础》（A卷.闭卷） 适用年级或专业） 考试时间 120 分钟 班级 学号 姓名 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 成绩 满 分 15 20 15 15 20 15 100 得 分 评卷人 一、填空题（每题1分，共15分）

1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 、快速性和 。

2、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 。含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 。

3、控制系统的 称为传递函数。一阶系统传函标准形式是 ，二阶系统传函标准形式是 。

1 4、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为G(s)，则G(s)为 （用G1(s)与G2(s) 表示）。

5、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P是指 ，Z是指 ，R指 。

6、若某系统的单位脉冲响应为g(t)?10e?0.2t?5e?0.5t， 则该系统的传递函数G(s)为 。 7、设系统的开环传递函数为

K(?s?1)s2(Ts?1)，则其开环幅频特性为 ，相频特性为 。

二、选择题（每题2分，共20分）

1、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。

2、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。 3、已知系统的开环传递函数为

50(2s?1)(s?5)，则该系统的开环

增益为 ( )。

A、 50 B、25 C、10 D、5

4、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。 5、系统特征方程为D(s)?s3?2s2?3s?6?0，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Z?2。

6、下列串联校正装置的传递函数中，能在?c?1处提供最大相位

超前角的是 ( )。

A、 10s?110s?12s?10.1ss?1 B、0.1s?1 C、0.5s?1 D、?110s?1

7、已知开环幅频特性如图1所示， 则图中不稳定的系统是

( )。

系统① 系统② 系统③

图1

A、系统① B、系统② C、系统③ D、都不稳定

8、非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为 ( )

A、 E(S)?R(S)?G(S) B 、E(S)?R(S)?G(S)?H(S)C 、E(S)?R(S)?G(S)?H(S) D、E(S)?R(S)?G(S)H(S)

9、开环频域性能指标中的相角裕度?对应时域性能指标( ) 。

A、超调?% B、稳态误差ess C、调整时间ts D、峰值时间tp10、已知下列负反馈系统的开环传递函数，应画零度根轨迹的是( )。

K*A、(2?s)s(s?1) B 、K*s(s?1)(s?5）

C 、K*s(s2－3s?1) D、K*(1?s)s(2?s)

2

三、（15分)试建立如下图所示电路的动态微分方程，并求传递函数。

四、（15分）系统结构如下图所示，求系统的超调量?%和调节时间ts。

3

五、（20分）设控制系统如下图所示，试用劳斯判据确定使系统稳定的K值。

六、(15分)试用结构图等效化简求下图所示系统的传递函数

C(s)/R(s)。

C(s)

R(s) 1 + 2 + _ S _ S (S+3) R(s)-C(s) K

4 -G1G2-G3G4

一、填空题（每题1分，共15分）

1、稳定性,准确性

2、开环控制系统，闭环控制系统，闭环控制系统

ui(t)?u0(t)d[ui(t)?u0(t)]u0(t) ?C?R1dtR2du0(t)du(t)即 R1R2C?(R1?R2)u0(t)?R1R2Ci?R2ui(t)

根据KCL有

3、输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值，

2G(s)?1nTs?1，G(s)??1s2?2??2或：G(s)?)。 ns??nT2s2?2T?s?14、G1(s)+G2(s) 5、开环传函中具有正实部的极点的个数，(或：右半S平面的开环极点个数)；

闭环传函中具有正实部的极点的个数(或：右半S平面的闭环极点个数，不稳定的根的数)；

奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。 6、

10s?0.2s?5s?0.5s

227、

K???1?2T2?2?1，

arctan???180?arctanT? (或：

?18?0?a??1??rTT?c?2)t a n 二、选择题（每题2分，共20分）

1、B 2、D 3、C 4、A 5、C 6、B 7、B 8、D 9、A 10、A

三、（10分)

解：1、建立电路的动态微分方程

dtdt

2、求传递函数

对微分方程进行拉氏变换得

R1R2CsU0(s)?(R1?R2)U0(s)?R1R2CsUi(s)?R2Ui(s)

得传递函数G(s)?U0(s)R1R2Cs?R2Us)?R i(1R2Cs?R1?R2

四、

解：由图可得系统的开环传函为：G(s)?25s(s?5)

因为该系统为单位负反馈系统，则系统的闭环传递函数为，

25?(s)?G(s)s(s?5)25521?G(s)???1?25s(s?5)?25s2?5s?52 s(s?5)与二阶系统的标准形式 ?(s)??2ns2?2??2 比较，ns??n???2??n?5? ??2n?52 解得????0.5?? n?5 有 5

所以?%?e???/1??2?e?0.5?/1?0.52?16.3%

t3s????3n0.5?5?1.2s

或

t3.5s?4???40.5?5?1.6s，

ts?n???3.50.5?5?1.4s，

nt4.5s????4.50.5?5?1.8s（2分）

n 五、

2令 Gs(s?3)221(s)=1?K2=s(s?3)?2K=

2s(s?3)s?3s?2K1Gs)121(则 C(s)s?s2?3s?2R(s)=s1?1=K212=

32sG1(s)1?s?s?3s?2Ks?2s2?3s?2K控制系统的特征方程为 s3?3s2?2Ks?2=0

劳斯表为

s3 1 2K s2 3 2

s1 6K?23 s0

2

6 ?? 稳定的充要条件是?2K?0???6K-2??K?0?1?K?1?3?0 ??K?3 3

即，使系统稳定的K值为K?13 六、

解 ：

所以： C(s)G1G2G3G4R(s)?1?G 1G2?G3G4?G2G3?G1G2G3G4

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