控制工程基础作业

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《控制工程基础》题集

《控制工程基础》题集一、选择题（每题5分，共50分）1.在控制系统中，被控对象是指：A. 控制器B. 被控制的设备或过程C. 执行器D. 传感器2.下列哪一项不是开环控制系统的特点？A. 结构简单B. 成本低C. 精度低D. 抗干扰能力强3.PID控制器中的“I”代表：A. 比例B. 积分C. 微分D. 增益4.下列哪种控制系统属于线性定常系统？A. 系统参数随时间变化的系统B. 系统输出与输入成正比的系统C. 系统输出与输入的平方成正比的系统D. 系统参数随温度变化的系统5.在阶跃响应中，上升时间是指：A. 输出从0上升到稳态值的时间B. 输出从10%上升到90%稳态值所需的时间C. 输出从5%上升到95%稳态值所需的时间D. 输出达到稳态值的时间6.下列哪种方法常用于控制系统的稳定性分析？A. 时域分析法B. 频域分析法C. 代数法D. A和B都是7.在频率响应中，相位裕度是指：A. 系统增益裕度对应的相位角B. 系统相位角为-180°时的增益裕度C. 系统开环频率响应相角曲线穿越-180°线时的增益与实际增益之差D. 系统闭环频率响应相角曲线穿越-180°线时的增益8.下列哪种控制策略常用于高精度位置控制？A. PID控制B. 前馈控制C. 反馈控制D. 最优控制9.在控制系统的设计中，鲁棒性是指：A. 系统对参数变化的敏感性B. 系统对外部干扰的抵抗能力C. 系统的稳定性D. 系统的快速性10.下列哪项不是现代控制理论的特点？A. 基于状态空间描述B. 主要研究单变量系统C. 适用于非线性系统D. 适用于时变系统二、填空题（每题5分，共50分）1.控制系统的基本组成包括控制器、和。

2.在PID控制中，比例作用主要用于提高系统的______，积分作用主要用于消除系统的______，微分作用主要用于改善系统的______。

3.线性系统的传递函数一般形式为G(s) = ______ / ______。

《控制工程基础》课程作业习题(含解答)

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。

例图1-2a 简单液压系统例图1-2b 职能方块图1．在给出的几种答案里，选择出正确的答案。

（1）以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较为_______ （A ）开环高；（B ）闭环高；（C ）相差不多；（D ）一样高。

（2）系统的输出信号对控制作用的影响（A ）开环有；（B ）闭环有； (C ）都没有；（D ）都有。

控制工程基础练习题94题及答案(15页).

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>0B K 1<0，K 2<0C K 1>0，K 2<0D K 1<0，K 2=04. 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（）As s s s s +-+=Φ234)5(10)(； B )4)(1(1)(2-++=Φs s s s ； C34)5(10)(3+++=Φs s s s ； D)1()3(10)(2++=Φs s 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。

控制工程基础习题及解答

第一章习题及答案例1-1根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图(1) 将a，b与c，d用线连接成负反馈状态；(2) 画出系统方框图。

解（1）负反馈连接方式为：db↔；a↔，c（2）系统方框图如图解1-1 所示。

例1-2题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。

试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。

题1-2图仓库大门自动开闭控制系统解当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。

与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。

反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。

系统方框图如图解1-2所示。

例1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。

分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。

题1-3图炉温自动控制系统原理图解加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。

炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。

f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。

在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。

此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。

这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。

当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程：控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。

控制工程基础大作业

控制工程基础大作业第一篇：控制工程基础大作业控制工程基础（B）大作业一、查阅相关资料，撰写读书报告通过广泛的资料查阅，以论文形式就控制领域发展状况提交相关读书报告，以培养学生文献检索和阅读能力。

要求：至少阅读5篇2008年以后的文献资料，并在上交时附上相应的参考文献或网址，阅读报告的字数不得少于3000汉字。

二、应用Matlab软件绘制Nyquist图及Bode图1、自己从教材上的例题或者课后作业中选择一个系统，绘制其Bode图。

2、已知系统的开环传递函数为G(s)=100k，用Matlab分s(s+5)(s+10)别绘制k=1,8,20时系统Nyquist 图，并判断系统的稳定性。

试分析k对系统稳定性的影响。

三、控制系统典型环节性能分析熟悉Matlab软件Simulink的基本使用方法，利用Simulink建立各典型环节的仿真模型，并通过仿真得到各典型环节的单位阶跃响应曲线，给出各典型环节相关参数变化对典型环节动态性能的影响。

要求：每个学生的文件名包括姓名、班级和学号（1~2位数字）。

该部分主要是考察大家的自学能力，网上有很多资料可下载、查阅。

大作业以报告形式撰写，由各班长(或者学习委员)负责收齐电子文档，并于6月12日上交，其中电子文档以班为单位打包后发送至邮箱：*****************附：本课程成绩评定方法考勤、课堂表现、平时作业、实验报告、大作业及期末考试相结合，其中：考勤、课堂表现、平时作业与实验报告占20%，大作业占20%，期末考试成绩占60%。

任课教师：江老师2013年5月第二篇：控制工程基础试卷序号一、试写出图示机械装置（物体与地面无摩擦）在外力F作用下的运动（微分）方程，并求该系统的传递函数Y0(s)/F(s)。

（10分）二、试求图示框图的传递函数C(s)/R(s)（方法不限，10分）。

序号三、某单位负反馈控制系统如图。

已知K=4，设输入信号为单位阶跃函数，求：（15分）（1）闭环传递函数C(s)/R(s)；（2）单位阶跃响应c(t)（3）调整时间ts；（4）最大超调量。

控制工程基础大作业(1)

控制工程基础大作业MATLAB软件应用2019年秋季学期专业名称：机械设计制造及其自动化专业班级：机设176 姓名：学号：成绩：授课教师：一、教学目的：使学生能够掌握现代工程工具MATLAB软件使用的基本方法，能够应用MATLAB软件对控制系统进行建模及性能分析。

二、内容要求：1.控制系统建模（1）确定所研究的闭环反馈控制系统，清晰表述系统的具体工作原理及参数条件；（同学们可以通过查阅相关的文献资料、生活或者工程实践中的实际案例确定自己所研究的闭环反馈控制系统）（2）绘制闭环反馈控制系统的职能方框图、函数方框图，并建立系统的传递函数形式的数学模型。

2．应用MATLAB软件进行控制系统性能分析针对所选定的闭环控制系统，应用MATLAB软件完成以下工作：（1）控制系统频域特性分析分别使用nyquist函数和bode函数绘制系统的开环奈奎斯特图和开环波德图，并附程序清单。

（2）控制系统稳定性分析判定控制系统的稳定性，并进行控制系统相对稳定性分析，计算稳定性裕量，并附程序清单。

（3）控制系统时域特性分析使用step函数绘制控制系统的单位阶跃响应曲线，分析控制系统响应的快速性指标，分析比较结构参数变化对系统性能的影响，并附程序清单。

三、作业书写注意事项：1．封皮格式按照此模板内容，不必更改，完整填写相应的个人信息；2．正文按照第二部分内容要求的顺序分项书写，给出运行结果并附上完整的编写程序清单（同时提交电子版程序）；3．本模板及要求保留，另起一页书写正文的内容成果，A4纸双面打印，左侧装订；4．杜绝抄袭，如果雷同，按照零分计；5．抽查答辩，采用百分制记分，占期末总评成绩的10%。

《控制工程基础》MATLAB大作业评分标准1. 控制系统建模数控直线运动工作台位置控制系统原理图该系统主要功能是接收数控装置的指令来控制电机驱动机床的各运动部件，准确地控制工作台的速度和位置，广泛地用于对坐标尺寸的精度有极高要求的工件的加工。

“控制工程基础”大作业

“控制工程基础”课程大作业一．题目：下图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图。

系统由打印轮(负载)、直流电动机及用于速度反馈与位置反馈的增量编码器等组成。

1.对于编码器-误差检测器，有)()()(t t t o i e θθθ-=)()(t K t e e s θ=式中：-s K 编码器增益。

2.在位置控制方式中，处理器把编码器的输出与给定参考位置信号进行比较，再送出其偏差信号。

对于增益为A K 的功率放大器，有)()(t e K t e A a =对于永磁直流电动机，有⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=+==-=+)()()()()()()()()()()(t T t B dt t d J t i K t T t K t e t e t e t i R dt t di L M M M a T M M b b b a a a a aωωω 式中：-b K 电动机反电动常数；-T K 电动机转矩常数；-M ω电动机转速； -M T 电动机输出转矩；-J 折算到电动机轴上的总转动惯量；-B 折算到电动机轴上的总粘性阻尼系数。

电动机输出量为：)()(),()(t t t dtt d M o M M θθωθ== 二．问题1. 请画出以)(t i θ为输入，)(t o θ为输出的系统动态结构图，进而自行选取一组参数写出系统的数学模型（传递函数，三阶）；2. 当0≈a L 时，重新求出系统简化的数学模型（传递函数，二阶）；3. 应用matLab 软件分析该二阶系统在不同参数模型下的单位阶跃响应曲线，从而分析系统的动态性能（N M t t t p s p r ,,,,等）；4. 应用matLab 软件对该二阶系统在不同参数模型下进行稳态分析（主要分析稳态误差）；5. 应用matLab 软件对该二阶系统在不同参数模型下进行频域分析（主要应用Bode 图进行分析，分析其稳定裕量）；6. 如参数模型不稳定或虽然稳定但性能指标（动态性能指标和稳态性能指标）不满足要求时，通过加入PID 控制使其稳定或满足性能指标要求，从而完成PID 校正设计。

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控制工程基础(L 变换基础) 综合练习一
班级学号姓名成绩
1 已知f(t)，求F(s)
t T
e
t f 11)()
1(--=
)2cos 1(03.0)()
2(t t f -=
)
35sin()()
3(π
+=t t f
t e t f t 12cos )()
4(4.0-=
2 已知 F(s) ，求 f(t)
1152)1(2
2)s(s s s F(s)++-=
s s s
F(s)178(2)2
++=
100
120211
)
(32
3+++=
s s s F(s)
s s )s(s s s F(s))42(28
23)
(422+++++=
))(s s(s s F(s)2
132
)(5+++=
控制工程基础(数学模型) 综合练习二
班级学号姓名成绩
1 求)
22(1
)(2
+++=s s s s s X 拉氏变换式的原函数。

2 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
传递函数和脉冲响应。

3 飞机俯仰角控制系统结构图如图2-32所示，试求闭环传递函数)()
(s Q s Q r c 。

4 试用结构图等效化简求图2-32所示各系统的传递函数
)
()
(s R s C 。

5 已知控制系统结构图如图2-34所示，求输入()31()r t t =⨯时系统的输出)(t c 。

控制工程基础(时域分析) 综合练习三
班级学号姓名成绩
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。

2、在初条件为零时，与之比称为线性系统的传递函数。

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。

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 ），则开环传递函数为 ___________________。

5、函数 f(t)=t
e 54- 的拉氏变换式是____________。

6、传递函数反映系统本身的瞬态特性，与本身参数，结构，
与输入；不同的物理系统，有相同的传递函数，传递函数与初始条件。

7、环节的传递函数是()()()1
+==Ts K s X s Y s G 。

8、二阶系统的标准型式为。

9、两个系统具有相同的阻尼系数，则这两个系统具有相同的。

10、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。

二、综合题
1、已知系统的结构图如图所示，若)(12)(t t x ⨯= 时, 使δ％=20%，τ应为多大,此时
%)2(s t 是多少?
2、设单位反馈系统的开环传递函数为G （S ）=)
1(1
+s s ，求阶跃响应性能指标δ%及 s
t （5%）？
3、如图所示系统，假设该系统在单位阶跃响应中的超调量%δ=25%，峰值时间m t =0.5秒，试确定K 和τ的值。

4、（1）简述线性系统的稳定性概念和判断的充要条件。

（2）根据下列系统的特征方程判定稳定性及在右半平面根个数。

1011422)(2
345+++++=s s s s s s D =0
5、输入r (t)为阶跃信号时，试求下图所示系统中的稳态误差e ssr (已知系统闭环稳定)
控制工程基础(频域分析) 综合练习四
班级学号姓名成绩
1 若系统单位阶跃响应 )0(8.08.11)(94≥+-=--t e e
t h t
t
试求系统频率特性。

2 绘制下列传递函数的幅相曲线：
(1) G s s s ()()()=++5
2181
(2 G s s s ()()
=+1012
(3) 2
/)(s K s G =
3 已知系统开环传递函数
)
15.0)(12(10
)()(2
+++=s s s s s H s G 试分别计算 5.0=ω 和2=ω 时开环频率特性的幅值)(ωA 和相角)(ωϕ。

4 设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。

)101.0)(11.0(100
)(++=
s s s s G。