控制工程基础练习题0
控制工程基础练习题
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，K 1、K 2满足什么条件，回路是负反馈？ （ ）
A K 1>0，K 2>0
B K 1<0，K 2<0
C K 1>0，K 2<0
D K 1<0，K 2=0
4. 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 s s s s s +-+=
Φ2
3
4)5(10)(；
B )4)(1(1)(2
-++=
Φs s s s ；
)5(10)(3
+=Φs s 5. 已知系统开环传递函数为
)2)(1(1
)(++=
s s s s G ，其高频段的相位角为 （ ） A 0°； B －90°； C －180°； D －270°。
6. 在控制系统下列性能指标中，表示快速性的一个是 （ ） A 振荡次数； B 延迟时间； C 超调量； D 相位裕量。
7. 某典型环节的输入输出关系曲线是一条经过坐标原点的直线，那么该典型环节是 （ ）
A 比例环节；
B 振荡环节；
C 微分环节；
D 积分环节。
8. 控制系统的超调量与下列哪个因素有关？ （ ）
A 稳态误差；
B 稳定性；
C 系统阻尼；
D 开环增益。
9. 如果二阶系统的无阻尼固有频率为8Hz ，阻尼比为0.5，允许误差为2%，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 2.5s ；
D 5s 。
10. 从线性系统的频率特性来看，下列说法正确的是 （ ）
A 相对于输入信号而言，输出信号的幅值和相位都没有变化；
B 相对于输入信号而言，输出信号的幅值增大相位滞后；
C 相对于输入信号而言，输出信号的幅值和相位都有变化，变化规律取决于系统的结构和参数；
D 相对于输入信号而言，输出信号的幅值改变但相位不变。
11. 在下列各项中，能描述系统动态特性的是 （ ）
A 精度；
B 稳态误差；
C 开环截止频率；
D 稳定裕量。 12. 如图所示系统的阶次是 （ ）
A 一阶；
B 二阶；
C 三阶；
D 四阶。
13. 有一种典型环节，其输出信号在相位上比输入信号超前90˚，这种典型环节是 （ ）
题1图
题12图
A 微分环节；
B 比例环节；
C 积分环节；
D 惯性环节。
14. 如图所示的回路是负反馈回路的条件是
（ ）
A K 1>0，K 2>0；
B K 1>0，K 2<0；
C K 1<0，K 2<0；
D K 1>0，K 2=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 21
)(2
+=Φs s ； C
)4)(1(3
)(-++=
Φs s s s ； D 1310
)(2
3
++-+=
Φs s s s s 。 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 2
)()(t t tc t c
=+ ； B )()(4)(2t r t t c t c =+; C ;,,),()()()(为常数其中c b a t r c t bc t c a t c
=++ D )()(2
t r t c = 。 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.
2>0
）
C D
题23图
24.
（）
B s
s
s
s
s
+
+
+
=
Φ
2
34
)5
(
10
)
(
；
C 3
4
)5
(
10
)
(
3+
+
+
=
Φ
s
s
s
s
； D 1
2
10
)
(
2
3+
+
-
=
Φ
s
s
s
s
。
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。
( )
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 21211111)
()
(H H G G G s R s Y +=
； B 2
1212
1121)
()
(H H G G G G s R s Y +=
；
C
D E 21212
1121)
()
(H H G G G G s R s R -=
。
36. 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
（
）
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。
R 2(s) Y 1(s) 题37图
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γ决定系统的低频特性；
B 中频段斜率为-20dB/dec 且穿越频率ωc 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 (
)
A ；
B )()()(1)
()()
()
(21210s H s G s G s G s G s X s X i -=
C )()()(1)()()
()(2121s H s G s G s G s G s
E s X o +=
D
E
( )
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
）
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。F
59. 在图示的控制系统中，被控制量是水箱输出的热水流量。F
60. 控制系统校正的目的主要是改善其稳定性。F
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。F 62. 闭环控制具有抑制干扰引起控制误差的能力。T
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。F 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。F
65．稳态响应是稳定系统的响应。F
66. 稳态响应就是系统对输入信号的响应。F
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。F
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。F
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。T
70. 控制系统的时域性能指标和频域性能指标是不相
关的。F 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M L 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？
六、综合题
79. 已知某控制系统的特征方程为034322
3
4
=++++s s s s ，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
t
t
e
e
t c --+-=221)(，试求系统的传递函
题59图
题72图
题64图
题73图
浮球
题75图
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t
o e t x -+=21)(，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)1.01(1
)(s s s G k +=
，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 )166)(4.0()
2(800)()(2
++++=
s s s s s s H s G ，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K 1取何值时该系统稳定？
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)=0.1×1(t)。求该系统的稳态误差。
86．已知系统的闭环传递函数为
11
.0)(+=
s s G b ，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 、ξ值。
88．控制系统的开环传递函数为
)42)(1()
4(100)()(2
++++=
s s s s s s H s G ，
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）。 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：
%
1002
1⨯=--
π
ξ
ξe M
p
，
2
1ξ
ωπ
-=
n p t )
90．已知系统结构如图所示。若r(t)=1(t)+t ，n(t)=0.01×1(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
2
158
)(s s s G k -+=
，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
)648)(2()
4(640)()(2
++++=
s s s s s s H s G ，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）。
题84图
题85图
题87图
题90图
93. 在图所示的系统中，10
,
5.0)2()(2
==+=
n n n
s s s G ωξξωω其中，，，当K 取何值时
94. 已知系统结构如图所示。（1）当K f =0时，
请确定系统在单位速度输入时的稳态误差。（2）当ξ=0.6时，试确定K f 的值及在单位速度输入时的稳态误差。
控制工程基础练习题答案
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
C(s) 题93图 题94图
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θ ，被控制量是蒸汽机的转速n
。 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u e ，控制信号是u=u e －u f ，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：
3
2
3
1
423
310
1
2
34-s
s s
s s
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
s s R 1
)(=
，依题意
s s s s s s s
s C 1
)2)(1(2
311221)(⋅
+++=
++
+-
=
∴
)2)(1(2
3)
()()(+++=
=
s s s s R s C s G
[]t
t e e s s L s G L t k -----=⎥
⎦⎤⎢⎣⎡+++-==21142411)()(
81.
s s U t u t u 1)(),
(1)(=
∴⋅=
而
12
1)(++
=
s s s X o
根据传递函数的定义有：
13)
()()(++==
s s s U s X s G o b
82．系统开环频率特性可表示为
)1.01(1
)(ωωωj j j G k +=
当ω=0时，|G(jω)| →-0.1/－∞, 相位角为－90°；
当ω→+∞时，|G(jω)|=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，j 0），因此
闭环系统稳定。
83．系统开环传递函数可规范化为
)18316)(14.0()
12(
250)18316)(14.0()
12(
2164.0800
)()(2
2++++⨯=++++⨯⨯⨯=s s s s s
s s s s s s H s G
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ω1=0.4Hz
的惯性环节、转折频率为ω2=2Hz 的微分环节和转折频率为ω3=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
)1001000(801712
3++++K s s s
由系统的闭环传递函数可列Routh 表如下 3
s 1 80 2s 17 1000K 1+100
1
s
17
100012601
K - 0
s 1000K 1+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
17
100012601
K ->0
1000K 1+100>0 解得 －0.1 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K 1=10。稳态速度误差系数为K v =10，所以由输入信号引起的稳态误差为0.05。 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 ) (10 )1.0(10)()(s N s s s s C s E n ⨯++- =-= 所以，1 .0)1 .010)1.01(10 (lim )(lim 0 -=⨯++-=⨯=→→s s s s s E s e s s ssn 根据叠加原理，系统总的稳态误差为 0.05－0.1=－0.05 86．输入信号是谐波信号，可以利用频率特性的概念计算稳态输出。 系统的幅频特性为： 01 .0100 11 .0)(≈+= ωA 相频特性为： 29.8410)(-≈-=arctg ωψ 所以，系统的稳态响应为： )29.8410sin(02.0)( -=t t x o 87．由图可得到系统闭环特征多项式为 K s s s +++2 3 2.001.0ξ 可见，要使系统稳定，必有。 劳斯表如下： K K K s s s s ξξξ2.001.02.02.0101.00 123- 由ξξ2.001.02.0K ->0，得K <20ξ 所以，ξ>0， 0 88．系统开环传递函数可规范化为 ) 122)(1() 14(100)()(22++++⨯=s s s s s s H s G 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ω1=1Hz 的惯性环节、转折频率为ω2=4Hz 的微分环节和转折频率为ω3=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M p =30%，t p =0.1s 。 根据所给计算公式计算得到： 系统的阻尼比为 ξ=0.358 无阻尼固有频率为 ωn =33.65Hz 因此，系统传递函数为 )1.24(3 .1132)2()(2 += += s s s s s G n n ξωω 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K 1=200。稳态速度误差系数为K v =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 ) (200)5.0(200 )()(s N s s s s C s E n ⨯++- =-= 所以，01 .0)01 .0200)5.01(200 (lim )(lim 0 -=⨯ ++-=⨯=→→s s s s s E s e s s ssn 根据叠加原理，系统总的稳态误差为 0.005－0.01=－0.005 91．系统开环频率特性可表示为 2 158 )(ωωω++=j j G 当ω=0时，|G(jω)|=58, 相位角为0°； 当ω→+∞时，|G(jω)|=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，j 0），因此闭环系统不稳定。 )188)(12() 14( 20)1864)(12() 14( 4642640 )()(222++++⨯=++++⨯⨯⨯=s s s s s s s s s s s H s G 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ω1=2Hz 的 惯性环节、转折频率为ω2=4Hz 的微分环节和转折频率为ω3=8Hz 的振荡环节。 20lgK=26，系统开环Bode 图如下： 93． 其闭环传递函数为 K s s s K s s G s K s G s K s G b 10010010) (100) ()1(1)()1()(2 3 ++++= + ++ = 由系统的闭环传递函数可列Routh 表如下 3 s 1 100 2 s 10 100K 1 s 10 ) 10(100K - 0 s 100K 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 10 ) 10(100K ->0 K 100>0 解得 0 （1）当K f =0时，系统开环传递函数为)2(10 )(1+= s s s G ，可见系统为I 型，开环增益为K 1=5。 闭环传递函数为 10210 )(12 ++= Φs s s 由此可得⎪⎩⎪ ⎨ ⎧=⨯===316.016.32216 .3101 ξωn 由稳态误差系数法，输入信号为单位速度函数，故 e ss1=1/ K 1=0.2 （2）当K f ≠0时，系统开环传递函数变为 )2(10)(2f K s s s G ++= 其开环增益变为 f K K += 2102 闭环传递函数变为 10 )2(10 )(22 +++= Φs K s s f 由 6 .016 .32222=⨯+= ⨯+= f n f K K ωξ 解得 K f =1.8 K 2=3.63, 由稳态误差系数法，输入信号为单位速度函数，故 e ss2=1/ K 2=0.38 控制工程基础 交卷时间： 一、单选题 1. 设系统的特征方程为，则此系统（） ? A. 稳定 ? B. 临界稳定 ? C. 不稳定 ? D. 稳定性不确定。 答案A 2. 超前校正装置频率特性为，其最大超前相位角为（） ? A. ? B. ? C. ? D. 答案A 3. 以下说法正确的是（） ? A. 时间响应只能分析系统的瞬态响应 ? B. 频率特性只能分析系统的稳态响应 ? C. 时间响应和频率特性都能揭示系统的动态特性 ? D. 频率特性没有量纲 答案C 4. 如题10图所示反馈控制系统的典型结构图，_______ ? A. ? B. ? C. ? D. 答案C 5. 根轨迹渐近线与实轴的交点公式为（） ? A. ? B. ? C. ? D. 答案D 6. 已知其原函数的终值（） ? A. 0 ? B. ∞ ? C. 0.75 ? D. 3 答案C 7. 离散系统闭环脉冲传递函数的极点p k=-1，则动态响应为______。? A. 单向脉冲序列 ? B. 双向发散脉冲序列 ? C. 双向等幅脉冲序列 ? D. 双向收敛脉冲序列 答案C 8. 在系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（）指标密切相关。? A. 允许的峰值时间 ? B. 允许的超调量 ? C. 允许的上升时间 ? D. 允许的稳态误差 答案D 9. 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. ? B. ? C. ? D. 答案C 10. 关于线性系统稳态误差，正确的说法是：( ) ? A. 稳态误差计算的通用公式是 ? B. 一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差； ? C. 增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性；? D. 增大系统开环增益K可以减小稳态误差。 答案D 11. 以下关于系统稳态误差的概念正确的是（） ? A. 它只决定于系统的结构和参数 ? B. 它只决定于系统的输入和干扰 ? C. 与系统的结构和参数、输入和干扰有关 第一章概论 本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。 例1 例图1-1a 为晶体管直流稳压电源电路图。试画出其系统方块图。 例图1-1a 晶体管稳压电源电路图 解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。对于本题，可画出方块图如例图1-1b。 例图1-1b 晶体管稳压电源方块图 本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过 R和4R分压后与稳压管的电 3 压 U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w 电流增大，集电极电流随之增大，降在 R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。 c 反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。 例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。 解：该系统是一种阀控液压油缸。当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。由此可画出如例图1-2b的职能方块图。 《控制工程基础》练习题及答案 1.单选题 L作为控制系统，一般()。 A.开环不振荡 B.闭环不振荡 C.开环一定振荡 D.闭环一定振荡 正确答案：A 2.串联相位滞后校正通常用于()。 A.提高系统的快速性 B.提高系统的稳态精度 C.减少系统的阻尼 D.减少系统的固有频率 正确答案：B 3 .下列串联校正装置的传递函数中,能在频率3C=4处提供最大相位超前角的是()。 A. (4s + l)∕(s+l) B. (s+l)∕(4s + l) C. (0.1s + l)∕(0.625s + l) D. (0.625s + l)∕(0.1s + l)正确答案：D 4 .利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，Z=P-N中的Z表示 意义为()。 A.开环传递函数零点在S左半平面的个数 B.开环传递函数零点在S右半平面的个数 C.闭环传递函数零点在S右半平面的个数 D.闭环特征方程的根在S右半平面的个数 正确答案：D 5 .某环节的传递函数为G⑸=Ts + l,它是()。 A.积分环节 B.微分环节 C. 一阶积分环节 D. 一阶微分环节 正确答案：D 6.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=4∕s(s÷5),则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为()。 A. 10/4 B. 5/4 C. 4/5 D. 0 正确答案：A 7.已知系统的开环传递函数为100∕S2(0∙lS+l)(5S+4),则系统的开环增益以 及型次为()。 A. 25 , ∏型 B. IOO , ∏ 型 C. 100 z I 型 D. 25 , O 型 正确答案：A 8.控制论的中心思想是（）。 A. 一门即与技术科学又与基础科学紧密联系的边缘科学 8 .通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制 C.抓住一切通讯和控制系统所共有的特点 D,对生产力的发展、生产率的提高具有重大影响 正确答案：B 9 .反馈控制系统是指系统中有（）。 A.反馈回路 B.惯性环节 C.积分环节 D. PID调节器 正确答案：A 10.下面因素中，与系统稳态误差无关的是（）。 A.系统的类型 B.开环增益 C.输入信号 D.开环传递函数中的时间常数 《机械控制工程基础自考控制系统》练习题 一、选择填空题 开环控制系统在其控制器和被控对象间只有（ ） A.反馈作用 B.前馈作用 C.正向作用 D.反向作用 控制框图的等效变换原则是变换前后的（B ） A.输入量和反馈量保持不变 B. 输入量和输出量保持不变 C.输入量和干扰量保持不变 D. 输出量和反馈量保持不变 若系统中的齿轮或丝杠螺母传动存在间隙，则该系统的换向工作状态为（ ） A.本质非线性状态 B.非本质非线性状态 C.本质线性状态 D.非本质线性状态 描述系统零输入状态的齐次微分方程的根是系统的（ ） 闭环极点 B.开环极点 C.开环零点 D.闭环零点 高阶系统的单位阶跃响应稳态分量取决于（ ） A.系统实数极点 B.系统虚数极点 C.复数极点实部 D.控制输入信号 二阶系统的固有频率为n ω，阻尼比为ζ ，其单位斜坡响应的稳态误差为（ ） A. 3 n ωζ B. 4n ωζ C.2n ζω 一阶系统的时间常数为T ，其单位阶跃响应为（ ） A.T t e --1 B.T t Te T t -+- C.T t e T -1 D.T t Te T -+ 一阶微分环节()1G s Ts =+的幅频特性（ ） A.)(ωL ≤1 B.)(ωL ≥1 C.)(ωA ≤1 D.)(ωA ≥1 零型系统5(31)()(1)(21) s G s s s += ++在0ω→时，其频率特性为（ ） A.(0)00A ϕ=、()=90 B.(0)50A ϕ =、()=90 C.(0)50A ϕ=、()=0 D.(0)50A ϕ =、()=-90 在零初始条件下，能使系统()G s 处于自由运动状态的干扰输入信号是（ ） A.单位阶跃信号 B.单位斜坡信号 C.单位正弦信号 D.单位脉冲信号 线性定常系统输出响应的等幅振荡频率为n ω，则系统存在的极点有（ ） A. 1- B. n j ω±1 C.n j ω±-1 D. n j ω± 闭环控制系统的希望输出为X or (s )，开环传递函数为G (s)H (s)，其中H (s)是反馈传递函数，则系统的误差信号为（ ） A.X i (s )－H (s)X 0(s ) B.X i (s )－X 0(s ) C.X or (s )－X 0(s ) D.X or (s )－H (s )X 0(s ) 《控制工程基础》习题集 机电系“控制工程基础”教研小组编 二OO五年十一月 目录 ●第一部分：单选题 (1) ●第二部分：多选题 （多选、少选、错选均不得分） (13) ●第三部分：简答题 (24) ●第四部分：建模题 (27) ●第五部分：稳定性分析题 (36) ●第六部分：结构图简化题 (37) ●第七部分：时域分析题 (41) ●第八部分：频域分析题 (44) ●第九部分：稳态分析题 (47) ●第十部分：校正分析题 (50) 第一部分：单选题 1.自动控制系统的反馈环节中必须具有[ b ] a.给定元件 b ．检测元件 c ．放大元件 d ．执行元件 2. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输入，电压为输出，两者之间的传递函数是[ a ] a ．比例环节 b ．积分环节 c ．惯性环节 d ．微分环节 3. 如果系统不稳定，则系统 [ a ] a.不能工作 b ．可以工作，但稳态误差很大 c ．可以工作，但过渡过程时间很长 d ．可以正常工作 4. 在转速、电流双闭环调速系统中，速度调节器通常采用[ B ]调节器。 a ．比例 b ．比例积分 c ．比例微分 d ．比例积分微分 5.单位阶跃函数1(t)的拉氏变换式L[1(t)]为[ B ]： a ．S b. S 1 c. 21S d. S 2 6. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输入，两者之间的传递函数是[ A ] A ．比例环节 B ．积分环节 C ．惯性环节 D ．微分环节 7．如果系统不稳定，则系统 [ A ] A. 不能工作 B．可以工作，但稳态误差很大 C．可以工作，但过渡过程时间很长 D．可以正常工作 8. 已知串联校正网络(最小相位环节)的渐近对数幅频特性如下图所示。试判断该环节的相位特性是[ A ]： A．相位超前B．相位滞后 [ B ]调节器。 A．比例 B．比例积分 C．比例微分 D．比例积分微分 10. 已知某环节的幅相频率特性曲线如下图所示，试判定它是何种环 A．相位超前 B. 相位滞后 C. 相位滞后－超前 D. 相位超前－滞后 控制工程基础练习题 1、一阶系统的阶跃响应无超调，但有振荡。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 2、最大超调量反映控制系统的阻尼特性。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 3、在频域分析时，系统抗干扰能力的强弱主要看中频段系统的输出情况。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 4、有无反馈是区分开环控制与闭环控制的重要依据。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 5、改变零、极点的数目和位置就是对系统进行校正。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 6、幅值穿越频率的大小，可反映系统的快速性能。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 7、对系统实施校正的目的是改善系统的性能。（） 正确：【A】 8、在对数幅频特性折线图中，为了保证系统的稳定性，其折线在中频段的斜率应大于。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 9、Ⅱ型系统是指系统开环传递函数中有2个积分环节。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 10、系统框图也是控制系统的数学模型的一种形式。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 11、系统的频率响应是指线性系统在正弦信号作用下的稳态输出。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 12、系统的稳态误差与系统的结构、参数有关，与输入无关。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 13、系统开环不稳定，则系统闭环也不稳定。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 14、不同的物理系统，其传递函数形式也不同。（） 正确：【B】 15、控制系统中，蓄能元件的个数与系统微分方程的阶次一致。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 16、系统开环稳定，则系统闭环也稳定。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 17、在时域分析中,正弦信号常作为基本输入信号来分析系统性能。( ) A. 正确 B. 错误 正确：【B】 18、一般来讲，系统在输入信号作用下的输出由瞬态响应和稳态响应组成。以此，在分析系统时，可以忽略瞬态响应。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 19、系统的型次取决于系统开环传递函数分母的阶次。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 20、劳斯阵列中第一列元素中出现“0”，则系统可能临界稳定。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 控制工程基础练习题 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，K 1、K 2满足什么条件，回路是负反馈？ （ ） A K 1>0，K 2>0 B K 1<0，K 2<0 C K 1>0，K 2<0 D K 1<0，K 2=0 4. 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 s s s s s +-+= Φ2 3 4)5(10)(； B )4)(1(1)(2 -++= Φs s s s ； )5(10)(3 +=Φs s 5. 已知系统开环传递函数为 )2)(1(1 )(++= s s s s G ，其高频段的相位角为 （ ） A 0°； B －90°； C －180°； D －270°。 6. 在控制系统下列性能指标中，表示快速性的一个是 （ ） A 振荡次数； B 延迟时间； C 超调量； D 相位裕量。 7. 某典型环节的输入输出关系曲线是一条经过坐标原点的直线，那么该典型环节是 （ ） A 比例环节； B 振荡环节； C 微分环节； D 积分环节。 8. 控制系统的超调量与下列哪个因素有关？ （ ） A 稳态误差； B 稳定性； C 系统阻尼； D 开环增益。 9. 如果二阶系统的无阻尼固有频率为8Hz ，阻尼比为0.5，允许误差为2%，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 2.5s ； D 5s 。 10. 从线性系统的频率特性来看，下列说法正确的是 （ ） A 相对于输入信号而言，输出信号的幅值和相位都没有变化； B 相对于输入信号而言，输出信号的幅值增大相位滞后； C 相对于输入信号而言，输出信号的幅值和相位都有变化，变化规律取决于系统的结构和参数； D 相对于输入信号而言，输出信号的幅值改变但相位不变。 11. 在下列各项中，能描述系统动态特性的是 （ ） A 精度； B 稳态误差； C 开环截止频率； D 稳定裕量。 12. 如图所示系统的阶次是 （ ） A 一阶； B 二阶； C 三阶； D 四阶。 13. 有一种典型环节，其输出信号在相位上比输入信号超前90˚，这种典型环节是 （ ） 题1图 题12图 一、填空题：（每空1分，共20分） 1．对控制系统的基本要求一般可归结为_________稳定性，准确性，快速性____、____________、___________。 2．自动控制系统对输入信号的响应，一般都包含两个分量，即一个是瞬态响应分量，另一个是____________响应分量。 3．在闭环控制系统中，通过检测元件将输出量转变成与给定信号进行比较的信号，这个信号称为_________________。 4．若前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则闭环传递函数为__________________ 。 5 函数f(t)=t e 63-的拉氏变换式是_________________ 。 6 开环对数频率特性的低频段﹑ 中频段﹑ 高频段分别表征了系统的 稳定性，动态特性，抗干扰能力 ﹑ ﹑ 。 7．Bode 图中对数相频特性图上的－180°线对应于奈奎斯特图中的___________。 8．已知单位反馈系统的开环传递函数为：20 ()(0.51)(0.041) G s s s = ++求出系统在 单位阶跃输入时的稳态误差为 。 9．闭环系统稳定的充要条件是所有的闭环极点均位于s 平面的______半平面。 10．设单位反馈控制系统的开环传递函数为10()1G s s =+，当系统作用有x i (t ) = 2cos(2t - 45?)输入信号时，求系统的稳态输出为_____________________。 11．已知传递函数为2()k G s s =，则其对数幅频特性L （?）在零分贝点处的频率数值为_________ 。 12 在系统开环对数频率特性曲线上，低频段部分主要由 环节和 决定。 13．惯性环节的传递函数 1 1 +Ts ，它的幅频特性的数学式是__________,它的 机械控制工程基础习题集 一、填空题 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、线性控制系统最重要的特性是可以应用（叠加）原理，而非线性控制系统则不能。 3、根据控制系统元件的特性，控制系统可分为（线性）控制系统、（非线性）控制系统。 4、反馈控制系统是根据输入量和（反馈量）的偏差进行调节的控制系统。 5、控制系统校正元件的作用是（改善系统性能）。 6、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）。 7、方框图中环节的基本连接方式有串联、（并联）和（反馈）连接。 8、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。 9、当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是（负数）时，系统是稳定的。 10、线性定常系统的传递函数，是在（初始条件为零）时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 11、若时间常数f(t)的拉氏变换为F(s)，当F(s)=s 时，f(t)=（coswt）。 s2+w2 12、若输入已经给定，则系统的输出完全取决于（传递函数）。 13、当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是（负数）时，系统是稳定的。 14、不同属性的物理系统可以有形式相同的（数学模型）。 15、理想微分环节的输出量正比于（输入量）的微分。 16、稳定系统的时间响应分为（瞬态响应）与（稳态响应）。 17、位置误差、速度误差、加速度误差分别指输入是（阶跃）、（斜坡）和（加速度）输入时所引起的输出上的误差。 18、传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于（系统本身的结构和参数），并且只适于零初始条件下的（线性定常）系统。 19、线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为（相频特性）。 20、积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，其斜率为（20）dB/dec。 21、若输入已经给定，则系统的输出完全取决于（传递函数）。 22、瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从（初始）状态到（最终或稳定）状态的响应过程。 控制工程基础练习题库 1、最大超调量只决定于阻尼比，越小，最大超调量越大。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 2、系统的稳态误差是控制系统准确性的一种度量。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 3、最小相位系统是指系统的开环传递函数的极点位于S平面的左半平面。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 4、闭环传递函数中积分环节的个数决定了系统的类型。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 5、在对数坐标图中，若幅频对数特性图的折线在中频段的斜率小于，则系统闭环稳定性较差，甚至不稳定。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 6、传递函数是复变量s的有理真分式，分母多项式的次数n高于分子多项式的次数m，而且其所有系数均为实数（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 7、用劳斯表判断连续系统的稳定性，当它的第一列系数全部为正数，系统是稳定的。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 8、传递函数只与系统结构参数有关，与输出量、输入量无关。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 9、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（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 10、线性化是相对某一额定工作点进行的。工作点不同，得到线性化微分方程的系数也不同。（） A. 正确 B. 错误 正确：【A】 11、控制系统的构成不同，故其数学模型也不同。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 12、一阶系统的单位阶跃响应曲线会有超调。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 13、惯性环节的时间常数越大，则系统的快速性越好。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 14、在随动（伺服）控制系统中，系统的输入、输出已知，而系统的结构未知。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 15、二阶系统当阻尼比时，被称之为无阻尼系统。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 16、若系统开环极坐标图（Nyquist图）包围了（-1，j0）点，系统闭环不稳定。（） A. 正确 B. 错误 正确：【B】 17、在自动控制系统中，用来描述系统内在规律的数学模型有许多不同的形式，在以单输入、单输出系统为研究目标的经典控制理论中，常用的模型有微分方程传递函数、动态结构图、频率特性等。（）A. 正确 B. 错误 正确：【A】 18、在控制系统的时域性能指标中，最大超调量衡量的是系统的稳定性指标。（） A. 正确 B. 错误 《控制工程基础》参考复习题 及习题解答 第一部分 单项选择题 1.闭环控制系统的主反馈取自【 D 】 A.给定输入端 B.干扰输入端 C.控制器输出端 D.系统输出端 2.不同属性的物理系统可以有形式相同的【 A 】 A.数学模型 B.被控对象 C.被控参量 D.结构参数 3.闭环控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)，其中H(s)是反馈传递函数，则系统的误差信号为【 A 】 A.X i (s )－H (s)X 0(s ) B.X i (s )－X 0(s ) C.X or (s )－X 0(s ) D.X or (s )－H (s )X 0(s ) 3-1闭环控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)，其中H(s)是反馈传递函数，则系统的偏差信号为【 A 】 A.X i (s )－H (s)X 0(s ) B.X i (s )－X 0(s ) C.X or (s )－X 0(s ) D.X or (s )－H (s )X 0(s ) 4.微分环节使系统【 A 】 A.输出提前 B.输出滞后 C.输出大于输入 D.输出小于输入 5.当输入量发生突变时，惯性环节的输出量不能突变，只能按【 B 】 A.正弦曲线变化 B.指数曲线变化 C.斜坡曲线变化 D.加速度曲线变化 6.PID 调节器的微分部分可以【 A 】 A.提高系统的快速响应性 B.提高系统的稳态性 C.降低系统的快速响应性 D.降低系统的稳态性 6－1.PID 调节器的微分部分可以【 A 】 A.提高系统的稳定性 B.提高系统的稳态性 C.降低系统的稳定性 D.降低系统的稳态性 7.闭环系统前向传递函数是【 C 】 A.输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 B.输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 C.输出信号的拉氏变换与误差信号的拉氏变换之比 D.误差信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 8.一阶系统的时间常数为T ，其脉冲响应为【 C 】 A.T t e --1 B.T t Te T t -+- C.T t e T -1 D.T t Te T -+ 8－1.一阶系统的时间常数为T ，其单位阶跃响应为【 C 】 A.T t e --1 B.T t Te T t -+- C.T t e T -1 D.T t Te T -+ 8－2.一阶系统的时间常数为T ，其单位斜坡响应为【 C 】 A.T t e --1 B.T t Te T t -+- C.T t e T -1 D.T t Te T -+ 8－3.一阶系统的时间常数为T ，其单位阶跃响应的稳态误差为【C 】 A.0 B.T C.1T D.T t Te T -+ 8－4.一阶系统的时间常数为T ，其单位斜坡响应的稳态误差为【 C 】 A.0 B.T C.1T D.T t Te T -+ 9.过阻尼二阶系统的单位阶跃稳态响应为【 】 A.零 B.常数 C.单调上升曲线 D.等幅衰减曲线 10.干扰作用下，偏离原来平衡状态的稳定系统在干扰作用消失后【 】 A.将发散离开原来的平衡状态 B.将衰减收敛回原来的平衡状态 课程名称: 自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(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G 1(s)与G 2(s) 表示） 。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 ，终止于 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ϕωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 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 ( ) 《控制工程基础》习题集（含答案） 《控制工程基础》习题集 (1) 第一部分单项选择题 (2) 第二部分填空题 (15) 第三部分简答题 (17) 第四部分计算应用题 (22) 《控制工程基础》习题解答 (30) 第一部分单项选择题 (30) 第二部分填空题 (30) 第三部分简答题 (31) 第四部分计算应用题 (40) 第一部分 单项选择题 1.闭环控制系统的主反馈取自【 】 A.给定输入端 B.干扰输入端 C.控制器输出端 D.系统输出端 2.不同属性的物理系统可以有形式相同的【 】 A.数学模型 B.被控对象 C.被控参量 D.结构参数 3.闭环控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)，其中H(s)是反馈传递函数，则系统的误差信号为【 】 A.X i (s )－H (s)X 0(s ) B.X i (s )－X 0(s ) C.X or (s )－X 0(s ) D.X or (s )－H (s )X 0(s ) 3-1闭环控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)，其中H(s)是反馈传递函数，则系统的偏差信号为【 】 A.X i (s )－H (s)X 0(s ) B.X i (s )－X 0(s ) C.X or (s )－X 0(s ) D.X or (s )－H (s )X 0(s ) 4.微分环节使系统【 】 A.输出提前 B.输出滞后 C.输出大于输入 D.输出小于输入 5.当输入量发生突变时，惯性环节的输出量不能突变，只能按【 】 A.正弦曲线变化 B.指数曲线变化 C.斜坡曲线变化 D.加速度曲线变化 6.PID 调节器的微分部分可以【 】 A.提高系统的快速响应性 B.提高系统的稳态性 C.降低系统的快速响应性 D.降低系统的稳态性 6－1.PID 调节器的微分部分可以【 】 A.提高系统的稳定性 B.提高系统的稳态性 C.降低系统的稳定性 D.降低系统的稳态性 7.闭环系统前向传递函数是【 】 A.输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 B.输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 C.输出信号的拉氏变换与误差信号的拉氏变换之比 D.误差信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 8.一阶系统的时间常数为T ，其脉冲响应为【 】 A.T t e --1 B.T t Te T t -+- C.T t e T -1 D.T t Te T -+ 8－1.一阶系统的时间常数为T ，其单位阶跃响应为【 】 A.T t e --1 B.T t Te T t -+- C.T t e T -1 D.T t Te T -+ 8－2.一阶系统的时间常数为T ，其单位斜坡响应为【 】 1、简答题 1、控制系统的基本要求。 1）、简述闭环控制系统的组成。 测量元件,给定元件,比较元件，放大元件，执行元件，校正元件 2）、非最小相位系统有何特点，与最小相位系统的区别是什么? 第二题 在复平面【s 】右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数,反之，在【s 】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数.具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统，反之,具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统 3）、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。 此滞后校正环节是一个低通滤波器,因为当频率高于1/T 时，增益全部下降20lgb(db ），而相位减小不多。如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直，当然低频段的增益就提高了。 4）、简述系统超前校正网络的校正原理 在对数幅频特性曲线上有20db/dec 段存在，故加大了系统的剪切频率Wc 、谐振频率Wr 与截止频率Wb ，其结果是加大了系统的带宽，加快了系统的响应速度;又由于相位超前，还可能加大相位裕度,结果是增加了系统相位稳定性。 5）、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些? 1：增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益 2：在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节 3：采用串级控制抑制内回路扰动。 6）、简要说明比例积分微分PID 控制规律中P 、I 和D 的作用 (1)比例系数Kp 直接决定控制作用的强弱，加大Kp 可以减小系统的稳定误差，提高系统的动态响应速度，但Kp 过大会使动态质量变坏，引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定 （2)在比例的调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差，直到积分的直为零，控制作用才停止 (3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。 2.已知控制系统的结构图如下图所示，求： （1） 当不存在速度反馈)0(=a 时， 试确定单位阶跃输入动态响应过程的 r t ,s t 和%σ. （1）a=0时，()()42G s s s =+，()24 24 s s s Φ=++,所以0.5,2n ζω== 一、单项选择题： 1． 线性系统和非线性系统的根本区别在于 ( C ) A ．线性系统有外加输入,非线性系统无外加输入。 B ．线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入. C ．线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理。 D ．线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理。 2．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 ） A ．代数方程 B ．特征方程 C ．差分方程 D ．状态方程 3． 时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 （ D ） A ．脉冲函数 B ．斜坡函数 C ．抛物线函数 D ．阶跃函数 4．设控制系统的开环传递函数为G （s)= ) 2s )(1s (s 10 ++,该系统为 （ B ) A ．0型系统 B ．I 型系统 C ．II 型系统 D ．III 型系统 5．二阶振荡环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为 ( B ) A ．—270° B ．—180° C ．—90° D ．0° 6. 根据输入量变化的规律分类,控制系统可分为 ( A ） A.恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统 B 。反馈控制系统、前馈控制系统前馈—反馈复合控制系统 C.最优控制系统和模糊控制系统 D.连续控制系统和离散控制系统 7．采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G （s ），反馈通道的传递函数为H （s ）,则其等效传递函数为 （ C ） A ．)s (G 1) s (G + B ．) s (H )s (G 11+ C ． ) s (H )s (G 1) s (G + D ． ) s (H )s (G 1) s (G - 8． 一阶系统G （s ）= 1 +Ts K 的时间常数T 越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间 （ A ) A ．越长 B ．越短 C ．不变 D ．不定 9．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 10．线性定常系统的传递函数,是在零初始条件下 （ D ) 1、简答题 1、控制系统的基本要求。 1）、简述闭环控制系统的组成。 测量元件，给定元件，比较元件，放大元件，执行元件，校正元件 2）、非最小相位系统有何特点，与最小相位系统的区别是什么？ 第二题在复平面【s】右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数，反之，在【s】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数。具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统，反之，具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统 3）、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。 此滞后校正环节是一个低通滤波器，因为当频率高于1/T时，增益全部下降20lgb(db)，而相位减小不多。如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直，当然低频段的增益就提高了。 4）、简述系统超前校正网络的校正原理 在对数幅频特性曲线上有20db/dec段存在，故加大了系统的剪切频率Wc、谐振频率Wr与截止频率Wb，其结果是加大了系统的带宽，加快了系统的响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果是增加了系统相位稳定性。 5）、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些？ 1：增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益 2：在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节 3：采用串级控制抑制内回路扰动。 6）、简要说明比例积分微分PID控制规律中P、I和D的作用 (1)比例系数Kp直接决定控制作用的强弱，加大Kp可以减小系统的稳定误差，提高系统的动态响应速度，但Kp过大会使动态质量变坏，引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定 (2)在比例的调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差，直到积分的直为零，控制作用才停止 (3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。 2.已知控制系统的结构图如下图所示，求： （1）当不存在速度反馈)0 (= a时，试确定单位阶跃输入动态响应过程的r t， s t和% σ。 （1）a=0时，()() 4 2 G s s s = + ，()2 4 24 s s s Φ= ++ ，所以0.5,2 n ζω == r t=， p t=，%e σ= （2）确定0.7 ζ=时的速度反馈常数a值，并确定t t r= ) (时系统的稳态误差ss e。 考虑内反馈时，() () () () 2 4 244 4244 1 24 s s as s s a s s s as ++ Φ== +++ + ++ 0.7 ζ=，所以2440.2 a a ζ +=∴= () () 41 2.8 0.7 2.84 ss p G s e s s K =∴=== + 3.如图所示系统， 1 2 2 G s = + ， () 2 3 3 G s s = + 控制工程基础 交卷时间：2016-05-31 14:01:38 一、单选题 1. 设系统的特征方程为，则此系统（） • A. 稳定 • B. 临界稳定 • C. 不稳定 • D. 稳定性不确定。 答案A 2. 超前校正装置频率特性为，其最大超前相位角为（）• A. • B. • C. • D. 答案A 3. 以下说确的是（） • A. 时间响应只能分析系统的瞬态响应 • B. 频率特性只能分析系统的稳态响应 • C. 时间响应和频率特性都能揭示系统的动态特性• D. 频率特性没有量纲 答案C 4. 如题10图所示反馈控制系统的典型结构图，_______• A. • B. • C. • D. 答案C 5. 根轨迹渐近线与实轴的交点公式为（）• A. • B. • C. • D. 答案D 6. 已知其原函数的终值（） • A. 0 • B. ∞ • C. 0.75 • D. 3 答案C 7. 离散系统闭环脉冲传递函数的极点p k=-1，则动态响应为______。 • A. 单向脉冲序列 • B. 双向发散脉冲序列 • C. 双向等幅脉冲序列 • D. 双向收敛脉冲序列 答案C 8. 在系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（）指标密切相关。• A. 允许的峰值时间 • B. 允许的超调量 • C. 允许的上升时间 • D. 允许的稳态误差 答案D 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. • B. • C. • D. 答案C 10. 关于线性系统稳态误差，正确的说法是：( ) • A. 稳态误差计算的通用公式是 • B. 一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差； • C. 增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性；• D. 增大系统开环增益K可以减小稳态误差。 答案D 1. 自动控制系统的反馈环节中必须具有[b ] a.给定元件 b .检测元件 c .放大元件 d .执行元件 2. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输入，两者之间的传递函数是 [a ] a .比例环节 b .积分环节 c .惯性环节 d .微分环节 3. 如果系统不稳定，则系统[a ] a.不能工作 b .可以工作，但稳态误 差很大 c .可以工作，但过渡过程时间很长 d .可以正常工作 4. 在转速、电流双闭环调速系统中，速度调节器通常采用[B ] 调节器。 a .比例 b .比例积分 c .比例微分 d .比例积分微分 5.单位阶跃函数1(t)的拉氏变换式L[1(t)] a. S b. S c. S12 d. S 6. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出， 电压为输入，两者之间的传递函数是 [A ] A .比例环节 B .积分环节 C .惯性环节 D .微分环节 7. 如果系统不稳定，则系统[A ] A. 不能工作B •可以工作，但稳态误差很大 C .可以工作，但过渡过程时间很长 D.可以正常工作 8. 已知串联校正网络（最小相位环节）的渐近对数幅频特性如下图所示。试判断该环节的相位特性是[A ]: A.相位超前 B.相位滞后 C.相位滞后-超前 D.相位超前—滞后 9. 在转速、电流双闭环调速系统中，速度调节器通常采用[B ] 调节器。 A .比例 B .比例积分 C .比例微分 D .比例积分微分 10. 已知某环节的幅相频率特性曲线如下图所示，试判定它是何种环节[惯性环节]: r 炉,(即 3 Re 11. PI调节器是一种(a )校正装置。 A.相位超前 B. 相位滞后 C.相位滞后-超前 D. 相位超 前-滞后 12. 开环增益K增加，系统的稳定性(c ): A.变好 B.变坏 C.不变 D.不一定 13. 开环传递函数的积分环节v增加，系统 的稳定性( ): A •变好B. 变坏C. 不变 D.不一定 14. 已知f(t)=0.5t+1 ，其L[f(t)]=( c ):控制工程基础-习题
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