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1、1 石 家 莊 鐵 道 學(xué) 院 2010 2011 學(xué) 年 第 1 學(xué) 期 2008 級(jí) 本 科 班 期 末 考 試 試 卷 A 課程名稱 控制工程基礎(chǔ) 任課教師 劉希太 鄭明軍 考試時(shí)間 120 分鐘 學(xué) 號(hào) 姓 名 班 級(jí) 考試性質(zhì) 學(xué)生填寫 正?？荚?緩考 補(bǔ)考 重修 提前修讀 題 號(hào) 一 二 三 四 五 總分 滿 分 20 20 10 30 20 100 得 分 改卷人 注 將所有答案寫在后面的答題紙上 最后一頁(yè)為草稿紙 一 填空題 每空 1 分 15 題共 20 分 1 控制系統(tǒng)由 兩部分組成 2 建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法有 和 兩種 3 按其數(shù)學(xué)模型是否滿足 控制系統(tǒng)可分為線性系統(tǒng)和

2、非線性系統(tǒng) 4 隨動(dòng)系統(tǒng)是指 5 經(jīng)典控制理論采用的數(shù)學(xué)模型主要 以為基礎(chǔ) 現(xiàn)代控制理論采用的數(shù)學(xué)模型主 要以為 基礎(chǔ) 6 工程上常用的線性化方法是 7 廣義誤差平方積分性能指標(biāo)特點(diǎn) 8 校正元件按在系統(tǒng)中的連接方式可分為串聯(lián)校正 和 等 9 系統(tǒng)頻率特性指標(biāo)中的諧振頻率是指 10 系統(tǒng)傳遞函數(shù)與其單位脈沖響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系是 11 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是 12 某線性定常系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)為 其單位階躍響應(yīng)為 tety2 0 13 在工程控制實(shí)踐中 為使系統(tǒng)有滿意的穩(wěn)定性儲(chǔ)備 一般其幅值裕度應(yīng)滿足 2 14 最小相位系統(tǒng)是指 15 已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 則系統(tǒng)的固有頻率 阻尼比以及單位 1 9

3、sGK 斜坡輸入所引起的穩(wěn)態(tài)誤差分別為 二 單項(xiàng)選擇題 每題 2 分 10 題共 20 分 1 下面關(guān)于微分環(huán)節(jié)的控制作用描述中正確的是 A 使相位滯后 B 減小系統(tǒng)的阻尼 C 抗高頻干擾 D 使相位超前 2 穩(wěn)態(tài)誤差除了與系統(tǒng)的型別 傳遞函數(shù)有關(guān)外 還與下述哪一項(xiàng)有關(guān) A 階次 B 振蕩頻率 C 阻尼比 D 輸入信號(hào)類型 3 二階振蕩系統(tǒng)幅值衰減的快慢取決于 A B C 特征根實(shí)部絕對(duì)值 D 特征根虛部的分布情況d n 4 系統(tǒng)輸出的拉氏變換完全取決于 A 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的極點(diǎn)位置 B 系統(tǒng)的初始狀態(tài) 輸入及其傳遞函數(shù) C 系統(tǒng)的傳遞函數(shù) D 系統(tǒng)的固有特性 5 相位滯后校正環(huán)節(jié)相當(dāng)于 A

4、低通濾波器 B 高通濾波器 C 帶通濾波器 D 帶阻濾波器 6 下圖為一階系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)曲線 則下列說明正確的是 A 系統(tǒng)的輸出為 B 系統(tǒng)的輸出為0 2 tet 0 tet C 系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 D 系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)調(diào)整時(shí)間為 2s 1 sG 3 7 PI 控制類似于 A 增益調(diào)整 B 相位超前校正 C 相位滯后校正 D 相位滯后 超前校正 8 某單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 則輸入 時(shí)穩(wěn)態(tài)輸 2 1 sGttr2sin 出的幅值為 A B C 2 D 1 2 9 已知下列系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 所有參 1 432165 sTsTsKG 數(shù)均大于 0 則下圖中所給幅相曲線中正確的是 10 用

5、Nyquist 穩(wěn)定判據(jù)判斷上面第 9 小題所給開環(huán)系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 所得結(jié)論正確的是 A 不穩(wěn)定 B 不穩(wěn)定0 P1Z0 P2Z C 穩(wěn)定 D 穩(wěn)定0 PZ 三 簡(jiǎn)答題 2 題共 10 分 1 簡(jiǎn)述系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線中三頻段分析法及其適用范圍 2 相位超前校正與相位滯后校正在應(yīng)用方面有何不同 四 計(jì)算題 4 題共 30 分 1 4 分 系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖如下所示 求其傳遞函數(shù) 要求寫出結(jié)果即可 4 1sG sR sC 2s 3sG 4s 1sH2H35G 2 6 分 已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳函為 利用 matlab 分別繪制開 15 0 2 G 環(huán)系統(tǒng) N 氏圖 bode 圖

6、 穩(wěn)定性圖 給出穩(wěn)定性表示值 并利用單位脈沖響應(yīng)進(jìn)行穩(wěn) 定性驗(yàn)證 3 10 分 控制系統(tǒng)如圖所示 輸入信號(hào)為 試分析系統(tǒng)21 ttr 0 穩(wěn)定性及誤差 4 10 分 已知最小相位系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如下圖所示 試給出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) 并計(jì)算其相位裕量 sG 若上圖為校正后的系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線圖 而原有系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 求串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù) 20 1 0 sG sGc 五 平時(shí)成績(jī) 包括平時(shí)作業(yè) 期中測(cè)驗(yàn) 考勤和實(shí)踐環(huán)節(jié) 共 20 分 4 石 家 莊 鐵 道 學(xué) 院 2010 2011 學(xué) 年 第 1 學(xué) 期 2008 級(jí) 本 科 班 期 末 考 試 試 卷 A 標(biāo) 準(zhǔn) 答 案 課

7、程名稱 控制工程基礎(chǔ) 任課教師 劉希太 考試時(shí)間 120 分鐘 班 級(jí) 機(jī)械 0801 1 6 一 填空題 每空 1 分 15 題共 20 分 1 控制對(duì)象和控制器 2 分析法 實(shí)驗(yàn)法 3 疊加性 4 在外界作用下 系統(tǒng)的輸出能相應(yīng)于輸入在廣闊范圍內(nèi)按任意規(guī)律變化的系統(tǒng) 5 傳遞函數(shù) 狀態(tài)空間方程 6 將非線性函數(shù)在平衡點(diǎn)附近展開成 Taylor 級(jí)數(shù) 然后去掉高次項(xiàng)以得到線性函數(shù) 7 既不允許大的動(dòng)態(tài)誤差 e t 長(zhǎng)期存在 又不允許大的誤差變化率長(zhǎng)期存在 8 反饋校正 順饋校正 9 幅頻特性 A 出現(xiàn)最大值 Amax 時(shí)的頻率 10 拉氏反變換 11 閉環(huán)系統(tǒng)特征根具有負(fù)實(shí)部 12 te21

8、 13 大于 6dB 或大于 2 14 傳遞函數(shù)所有零點(diǎn)和極點(diǎn)均在復(fù)平面 s 的左半平面內(nèi) 15 3 619 4 二 單項(xiàng)選擇題 每題 2 分 10 題共 20 分 D D C B A B C D A D 三 簡(jiǎn)答題 2 題共 10 分 1 簡(jiǎn)述系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線中三頻段分析法及其適用范圍 答 系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線可分為低頻段 中頻段和高頻段 低頻段通常指幅 頻特性曲線在第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率以前的區(qū)段 其特性由積分環(huán)節(jié)和開環(huán)增益1T 決定 反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度 中頻段通常指幅頻特性曲線在系統(tǒng)轉(zhuǎn)折頻率附近的區(qū)段 反映了系統(tǒng)的平穩(wěn)性和快速性 高頻段通常指幅頻特性曲線在CC 10 0 中頻段以后

9、的區(qū)段 反映了系統(tǒng)的抗干擾能力 三頻段分析法適用范圍 單位負(fù)反饋的最小相位系統(tǒng)且其閉環(huán)穩(wěn)定 2 相位超前校正與相位滯后校正在應(yīng)用方面有何不同 答 相位超前校正常用于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性已經(jīng)滿足 響應(yīng)速度較快 但動(dòng)態(tài)指標(biāo)如相 角裕量過小 超調(diào)量過大 調(diào)節(jié)時(shí)間過長(zhǎng)的情況 特點(diǎn) 特點(diǎn) 增大了相位裕度 加大 了帶寬 從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度 動(dòng)態(tài)過程得到了顯著改善 但由于系統(tǒng)的增益和 型次不變 穩(wěn)態(tài)精度提高較少 相位滯后校正利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻衰減特性 使系統(tǒng)校正后截止頻率下降 從而獲 得足夠的相角裕度 特點(diǎn) 可以加大低頻段和增益 而對(duì)高頻段影響不大 對(duì)于高精度 而快速性要求不高的系統(tǒng)常采用滯后校正 如恒溫控制

10、等 為了滿足嚴(yán)格的穩(wěn)態(tài)性能要求 在采用無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)時(shí) 超前校正要求一定的附 加增益 而滯后校正一般不需要附加增益 對(duì)于同一系統(tǒng) 采用超前校正系統(tǒng)的帶寬大 于采用滯后校正時(shí)的帶寬 當(dāng)輸入端電平噪聲較高時(shí) 一般不宜選用超前網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償 四 計(jì)算題 4 題共 30 分 1 4 分 154321343232 5421 sHGssGsHsGHsGs 2 6 分 只要符合要求即可 參考答案如下 4 clear s1 zpk 0 2 40 sb1 feedback s1 1 figure 1 subplot 2 2 1 nyquist s1 grid subplot 2 2 2 bode s1 grid sub

11、plot 2 2 3 margin s1 grid subplot 2 2 4 impulse sb1 grid Gm Pm Wcg Wcp margin s1 3 10分 解 系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程 2分 01123 mmKssT 由勞斯判據(jù)可得系統(tǒng)穩(wěn)定條件 均大于零且 31KT 分 穩(wěn)態(tài)誤差分析 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 為II型系統(tǒng) 對(duì)加速度輸入有差 1 21 sTsGmK 2分 對(duì)輸入信號(hào) 由疊加原理可得統(tǒng)在上述信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)2 1ttr 0 誤差為 3 分 msKe1 增大 PD 控制器的增益 K1 可以減小對(duì)于加速度信號(hào)的跟蹤誤差 4 10 分 2 分 22 1 4 0sTsW 所以 120lg4l k 1 2 分 2 5 Kss 4 法一 近擬計(jì)算 2 分 2 104 5cccA 2 分 01100 9 60 tan tan8 25 18 法二 較準(zhǔn)確計(jì)算 由圖知當(dāng) 時(shí)有 dBA 5 24lg01 0 1lg 22 c dBdB05 1 68 17405 1lg10l cc 011 2 678 0 tan 2 tan 68 7 得 2sW前 2 5 0 s 后 2 分 51 0 s c 五 平時(shí)成績(jī) 包括平時(shí)作業(yè) 期中測(cè)驗(yàn) 考勤和實(shí)踐環(huán)節(jié) 共 20 分