控制工程试卷(合工大)
控制工程样卷2
一、 填空题（每空1分，11题共20分）1． 随动系统是指 。
2． 自动控制的任务是 。
其反馈作用是利用 对系统的输出进行控制。
3． 传递函数的零、极点分布影响系统的动态性能。
一般而言极点影响系统的 ，零点影响系统 ，系统的放大系统决定了 。
4． 微分环节的控制作用中不利的一面是 。
5． 系统的频率特性指标中， 反映了系统的稳态精度； 反映了系统的响应的速度。
6． 系统的闭环传递函数为)108.001.0)(158.0()161.0()(2++++=s s s s s G ，可估计得系统的超调量和02.0=Δ时对应的调整时间分别为 、 。
7． 设单位反馈系统的开环传递函数为)2()(2n s s s G ξωω+=n ，系统对单位阶跃输入的误差响应为t ，（t ≥0）。
则系统的阻尼比、自然振荡频率和稳态误差分别是 t e e t e 73.307.14.04.1)(−−−=、 、 。
8． 对最小相位系统，一般希望其开环对数幅频特性在剪切频率上的斜率大于 。
9． PD 环节是一种相位 校正装置，主要用于改善系统的 性能。
10．根据校正环节在系统中的连接方式，校正可分为 、 和 。
二、单项选择题（每题2分，10题共20分）1．标志着控制理论学科正式诞生的代表人物是： ( )(A) 马克斯韦尔 (B) 劳斯 (C) 奈奎斯特 (D) 维纳2．系统时域性能指标与其开环频率特性关系描述错误的是： ( )(A) 稳态误差主要决定于闭传递函数中的增益和型别(B) 调整时间主要决定于带宽(C) 超调量主要决定于开环峰值(D) 高频段直接反映了系统对输入高频干扰信号的抑制能力3．描述控制系统输出量精度的指标是 ( )(A) 绝对稳定 (B) 超调量 (C) 相对稳定 (D) 稳态误差4．设单位负反馈系统的开环传递函数为)1(6)(+=s s s G ，若输入信号为)102sin(2)(0+=t t r 时，系统输出为： ( )(A) )352sin(3)(0−=t t c (B))352sin(3)(0+=t t c (C) (D))352sin(3)(0−=t t c )452sin(3)(0+=t t c 5．系统的单位阶跃响应为，其幅频特性应为： ( ) t t e et c 948.08.11)(−−+−=（A）81161622++ωω （B）81163622++ωω （C）64163622++ωω （D）81243622++ωω6．欲使系统平稳性好，其复极点最好设置在与负实轴夹角成 附近。
控制工程基础期末试卷
控制工程基础期末试卷（复习专用）
一、填空题
1、、控制的基本方式有开环控制和闭环控制。
开环控制：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统，称为开环控制系统。
闭环控制：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统，称为闭环控制系统。
2、对控制系统的性能要求稳定性、快速性、准确性。
稳定性：指系统重新恢复稳态的能力。
稳定是控制系统正常工作的先决条件。
快速性：指稳定系统响应的动态过程的时间长短。
准确性：指控制系统进入稳态后，跟踪给定信号或纠正扰动信号影响的准确度。
3、典型环节的传递函数比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节、延迟环节。
4、方框图的基本连接形式：串联连接、并联连接、反馈连接。
5、任一系统的时间响应都是由瞬态响应和稳态响应两部分组成。
瞬态响应：系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程称为瞬态响应。
稳态响应：时间趋于无穷大时，系统的输出状态称为稳态响应。
瞬态响应反映了系统动态性能，而稳态响应偏离系统希望值的程度可用来衡量系统的精确程
度。
6、时域性能指标延迟时间t d、上升时间t r、峰值时间t p 、调节时间t s 、最大超调量M p、稳态误差e ss。
7、常用的典型输入信号有：单位阶跃信号、脉冲信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、正弦信号。
控制工程基础试卷及答案
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 ( )A 、 型别2<v ；B 、系统不稳定；C 、 输入幅值过大；D 、闭环传递函数中有一个积分环节。
《控制工程基础》试卷B答案
1《控制工程基础》试卷B 答案适用专业：考试时间：120分考试方式：闭卷 满分：100分一、（8分）解：1、自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，使被控对象的被控量自动按指定规律变化。
（2分）2、传递函数：在初始条件为零时，线性定常系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换式之比。
（2分）3、稳态误差：稳定系统误差的终值。
（2分）4、频率特性：线性系统在谐波输入作用下，其稳态输出与输入的幅值比是输入信号的频率的函数，称其为系统的频率特性。
（2分）二、（8分）解：对控制系统的基本要求为稳定性，快速性和准确性。
（2分） (1)稳定性：是指系统被控量偏离给定值而振荡时，系统抑制振荡的能力（2分） (2)快速性：是指被控量趋近希望值的快慢程度。
（2分）(3)准确性：是指过渡过程结束后，被控量与希望值接近的程度。
（2分） 三、（10分）解 根据牛顿第二定律， 可得（4分）式中， C 为阻尼器的粘性阻力系数， k 为弹簧的弹性系数。
又有（2分） 可得微分方程为移项整理得（2分）两边拉斯变换得：kCs ms s F s Y s G ++==21)()()( （2分） 四、（共20分，每小题10分） 解1、系统总的闭环传递函数为：（a ）——（b ） （4分） （b ）——（c ） （4分） （c ）——（d ） （2分）222)()()()(dt t y d m t F t F t F k B =--)()()()(t ky t F dtt dy C t F k B ==22)()()()(dtt y d m t ky dt t dy C t F =--)(1)()()(22t F k t y dt t dy k C dt t y d k m =++(b)(c)(d))()()()()()(1)()()()()(232121321s H s G s G s H s G s G s G s G s G s R s C ++=2（a ）C (s )R (s )__++1G 2(s )H 1(s )H 2(s )G 2(s )G 1(s )（b ）C (s )R (s )_++H 1(s )G 2(s )G 1(s )_1G 2(s )H 2(s )（c ）系统总的闭环传递函数为：（a ）——（b ） （4分） （b ）——（c ） （3分） 结果正确 （3分）五（12分）、解：将)(s G K 化为标准形式：)15)(1(5)(++=ss s K s G K （4分）1=γ，当斜坡函数输入时， （1分）系统的稳态误差01.0511===kK e v ss （5分） 50001.05==∴k （2分）六、（15分）解：21max ()100100()X X %%e%X ξπξδ---∞=⨯=⨯∞ （3分）由 21 2.1820.090.6082eξπξξ---==⇒= （3分） 946.48.012=⇒=-=n n p t ωξωπ （3分）系统的闭环传递函数为：46.2401.692.4846.24014.646.2422)()(22222++=++⨯=++=s s s s s s K s X s X nn ni O ωωω（6分）七、（15分）解： 其闭环传递函数为（5分）系统的特征方程为05623=+++K s s s （2分）列写劳斯阵列表： （5分） K s s s K s R s C s +++==Φ)5)(1()()()(Ks Ks Ks s 0123630651-)()()()()()(1)()())(1)()(()()(1)()()()(112121212212121s H s G s H s H s G s G s G s G s G s H s H s G s G s G s G s R s C -+=-+=3若要使系统稳定，其充要条件是Routh 阵列表的第一列均为正数，即所以0＜K ＜30 （3分） 八、（12分）解：其频率特性为ωωj j G 2.011)(+=（2分）该系统只由一个惯性环节组成，其转折频率为（2分） 其对数幅频特性为（2分）（2分） 其Bode 图如图所示-90-45 （4分）⎩⎨⎧>->0300K K s rad /52.01==ω)2.0arctan()(1)2.0(lg 201)2.0(1lg 20)(22ωωϕωωω-=+-=+=L。
《控制工程》综合分析题的试题与答案
综合分析题简单控制系统1 乙炔发生器是利用电石和水来产生乙炔气的装置，若乙炔发生器内温度过高容易发生爆炸安全事故，为此设计了如图所示的乙炔发生器温度控制系统，试回答下列问题：1、该控制系统的被控对象、被控变量和操纵变量各是什么？2、选择执行器的气开、气关类型，并说明选取的理由；3、选择温度控制器的作用方向，详细说明选取的理由；4、画出该控制系统的方框图；5、若乙炔发生器内温度高于了给定值，试分析系统的调节过程。
答：1、该控制系统的被控对象、被控变量和操纵变量分别是乙炔发生器、乙炔发生器内温度和冷水流量。
2、执行器冷水阀选气关阀，当出现危险情况时，温度控制器没有信号送给执行器时，为防止乙炔发生器内温度过高而引发爆炸安全事故，希望冷水阀全开，故冷水阀选择气关阀，以保证操作人员和设备的安全。
3、温度控制器选反作用方向，因为被控对象乙炔发生器是反作用方向的（操纵变量冷水流量增加，被控变量乙炔发生器内温度下降），执行器选的是气关阀，也是反作用方向，为了构成温度负反馈控制系统，温度控制器应该选反作用方向，以使三者相乘为负。
4、方框图如下图所示：5、若乙炔发生器内温度高于了给定值，测量大于给定，控制器输入偏差增大，因控制器是为反作用方向的，其输出控制信号减少，气关阀开大，冷水流量增加，乙炔发生器内温度下降，经过一段时间的调整后，乙炔发生器内温度回复给定。
2精馏塔工艺流程如图所示，若工艺要求利用回流量来控制塔顶温度T ，现设计简单控制系统进行控制，已知控制阀选用气开类型；试回答以下问题：1、该控制系统的被控对象、被控变量、操纵变量和主要干扰各是什么？2、在图上画出控制原理图；3、选择控制器的作用方向并说明选取理由；4、画出控制系统方框图；5、简单说明该系统克服干扰的过程（可设因进料温度升高导致塔顶温度T 升高，分析控制动作过程）。
回流泵原料塔顶产品塔底产品精馏塔再沸器冷凝器回流罐冷却水T D答：1、该控制系统的被控对象、被控变量、操纵变量分别是精馏塔塔顶、塔顶温度、塔顶回流量； 主要干扰有原料的温度、进料量、成分及回流液的压力等。
控制工程试题以及答案
作业1：1. 自动控制有几种控制方式，各有什么特点；2. 给出典型反馈控制系统的方块图，并说明其中环节的作用；3. 阐述对控制系统的基本要求，并加以详细说明参考答案：1. 自动控制有三种控制方式：开环控制、闭环控制和复合控制。
开环控制的优点是结构简单、价格便宜，不存在稳定性问题，缺点是没有反馈环节，其精度取决于预先设定的输入与输出之间的关系，精度不易保证，且抗干扰能力差；闭环控制的优点是有反馈环节，精度高，抗干扰能力强，缺点是结构复杂、价格较贵。
复合控制是开环控制和闭环控制的综合。
2. 典型反馈控制系统的方块图如教材图1-7所示。
典型的反馈控制系统主要包括给定元件、比较元件、执行元件、反馈元件（测量元件）和控制对象。
给定元件用于产生作为输入的给定信号，起到信号源的作用；比较元件用来比较输入信号和反馈信号，求出它们之间的偏差；执行元件直接对控制对象进行操作，使其被控量发生变化；反馈元件也称测量元件，用来检测被控制的物理量；控制对象是控制系统要控制的对象。
除此之外，常见的反馈控制系统还有放大元件和校正元件，其中放大元件将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象，校正元件也叫补偿元件，是结构和参数便于调整的元部件，用来改善系统的性能。
3. 对控制系统的基本要求是稳定、准确和快速。
稳定性是保证控制系统正常工作的首要条件，一个稳定的控制系统，其被控量偏离期望值的误差应该随着时间的增长而逐渐减小或趋于零，稳定性是由系统结构本身所决定的，与外界因素无关。
准确性是指过渡过程完成后，被控量与期望值之间的误差，称为稳态误差，是衡量控制系统精度的重要指标。
快速性是指当控制系统的输出量与期望值之间出现偏差时，系统能够消除偏差的快速程度。
不同的控制系统，对稳定、快速和准确的要求是不同的，如随动控制系统对快速性要求较高，而窑炉温度控制系统对准确性要求较高。
在同一个控制系统中，稳定、快速和准确有时也是相互矛盾的，如快速性好，有可能会超调较大甚至引起振荡破坏稳定性。
控制工程基础试题
控制工程基础试题
理解和掌握控制工程的基础是确保在该领域成功的关键。
以下是一些可能涉及到的控制工程基础试题：
什么是控制系统？
定义控制系统，并解释其基本组成部分。
什么是反馈控制？
描述反馈控制原理，以及它在系统中的作用。
什么是控制系统的目标？
讨论控制系统的一般目标和设计目标。
什么是开环和闭环控制？
解释开环和闭环控制系统的概念，以及它们之间的区别。
PID控制器是什么？
描述PID（比例-积分-微分）控制器的原理和用途。
如何分析控制系统的稳定性？
讨论用于分析控制系统稳定性的方法，如根轨迹、Nyquist图和Bode图。
什么是传递函数？
定义传递函数，并说明其在控制系统中的重要性。
解释根轨迹分析的目的。
描述根轨迹分析的原理，并解释它如何用于评估系统的稳定性。
什么是系统的超调和峰值过渡时间？
解释超调和峰值过渡时间，以及它们如何反映控制系统的性能。
如何设计一个PID控制器？
说明设计PID控制器的基本步骤和考虑因素。
什么是状态空间分析？
描述状态空间分析的基本原理和用途。
《控制工程基础》期末试卷A及答案
《控制工程基础》期末试卷A适用专业: 考试日期：考试时间：120分钟 考试形式：闭卷 试卷总分：100分 一、（每小题5分，共10分）简答题1、对广义控制系统，按反馈情况可分为哪两类控制系统？简要说明之。
2、简述控制工程上对控制系统的基本要求。
二、（10分）某仓库大门控制系统如图一所示，试说明自动控制大门开启和关闭的工作原理，并画出系统原理方框图。
图一 仓库大门控制系统三、（10分）图二所示是由电阻R 、电感L 和电容C 组成的RLC 无源网络，试列写出以)(t u i 为输入量，以)(0t u 为输出量的网络微分方程并求其传递函数。
（函数)(t f 在零初始条件下的拉斯变换为： )0()()]([)(f s F s t fL n n -=）+_u i (t(t )+_RL图二 RLC 无源网络四、（14分）试求图三所示控制系统的传递函数)()(s R s C图三 控制系统结构图五、（18分）二阶系统如图四所示，其中5.0=ξ,s rad n /4=ω，当输入信号为单位阶跃函数时，试求：（1）该系统的性能指标r t 、p t 、%p M 和%)2(±=∆s t ； （2）概略绘出系统的单位阶跃响应曲线。
X i图四六、（14分）设单位负反馈控制系统的开环传递函数为)5)(1()(++=s s s K s G K ，试求：（1）确定系统稳定时开环增益K 值的范围；（2）当输入斜波函数时，系统的稳态误差1=ss e 的K 值。
七、（12分）设单位反馈控制系统的开环传递函数为110)(+=s s G K ，当系统输入为)452sin(2)(︒-=t t x i 时，求系统的稳态输出。
八、（12分）试分别概略绘制传递函数11)(+=Ts s G （T 为惯性环节时间常数）的Nyquist 图Bode 图。
《控制工程基础》期末试卷A 答案适用专业: 考试时间：考试时间：120分钟 考试形式：闭卷 试卷总分：100分一、（每小题5分，共10分）解：1、按反馈情况可分为：开环系统和闭环系统。
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合 肥 工 业 大 学 试 卷 答 案 一、 填空 （8、9、10小题每空2分，其它每空1分，共20分） 1．控制系统的基本要求为___稳定性__、 快速性 和 准确性 。 2．系统的相对稳定性可以用___幅值裕量____及____相位裕量___来定量表征。
3． 系统稳定与否，只与_系统本身的结构和参数_有关，与__输入__无关。 4．所谓传递函数就是在__零初始__条件下，__系统输出函数与输入函数_拉氏变换之比。 5．系统稳定的充要条件为_系统特征方程的根全部具有负实部（或闭环极点都位于S平面左半平面）； 6．二阶系统性能指标中， 超调量pM只与_阻尼比ξ_有关，因此pM的大小直接反映了系统的 _ 相对稳定性（或相对平稳性） 性。 7、某最小相位系统的相频特性为101()()90()tgtgT，开环增益为K，则该系统的开环
传递函数为(1)(1)KSSTS。 8、已知系统的开环NYQUIST图如下图所示， 则图中相应闭环系统不稳定的是 B 。
系统① 系统② 系统③ A、 系统① B、系统② C、系统③ D、都不稳定
9、某单位反馈系统的开环传递函数为)2()(2nnksssG，则闭环系统的幅频特性 )(A为 22222()(2)nnn
， 相频特性 )(为 222arctannn。
二、计算与分析（共 80 分） 1、分析图1所示电路，写出以()rut为输入，()cut为输出的微分方程及传递函数。（10分）
解：将图1变换成图1-b，显然有： ()()fIsIs，
即 120()()1(//)CrfUsUsRRRCS
化简得传递函数： 11212()()()()ffC
Br
RRCSRUsGSUsRRCSRR
进行拉氏反变换即可得以()rut为输入，()Cut为输出的微分方程：
12121()()()()()CrCffrdutdut
RRCRRutRRCRutdtdt
2、已知系统结构如图2所示，试求传递函数C(S)/R(S) 及E(S)/R(S)。(12分) (提示：化简到只剩一个反馈回路再求E(S)/R(S) )
解：化简图2（A右移到B点），得： `
再化简图2-a，得：
R(s) 1/R -
计算与分析题图2 1/CS 1/R 1/CS
-
- C(s) E(s)
+ + +
A B
计算与分析题图1 - + 2R
fR
ru1RC
Cu
)(sIf
图1-b - + 2R
fR
)(SUr
1
R
cs1)(sUC
)(sIo
R(s) 1/R -
图 2-a 1/CS 1/R 1/CS
-
- C(s) E(s)
+ + +
CS
A B 合 肥 工 业 大 学 试 卷 答 案 进一步分支点右移化简得： 继续化简得： 根据图2-d可得： 2221()1(2)1()311(2)CsRCSRCSRCSRsRCSRCSRCSRCS 222()1(2)1()311(2)EsRCSRCSRCSRsRCSRCSRCSRCS 用其它方法及梅逊公式也可。 3、已知某二阶系统的单位阶跃响应曲线如下图3所示，求此二阶系统的传递函数。 （6分） 解： 由图可知 得 因为稳态值为2，所以
4、 已知系统结构图如图4所示, 试求：（共18分） （1）系统的开环传递函数()kGs及偏差传递函数 ()()EsRs；（6分）；
（2）当k=10，系统阻尼比＝0.6时，试确定kf 和()rtt作用下的系统稳态误差；（6分） (3）当()rtt时，欲保持＝0.6和 稳态误差ess=0.2，试确定kf 和k 。（6分）
（1）由结构图直接可得： 212(2)()11(2)1(1)(2)2fKfffkkkSSGSkSkSkSSSSSk
22
(2)()11()1()(2)1(2)fKffSSkEskRsGsSkSkSkS
（2）222222(2)()(2)21(2)fnBfnnfkSkSkGSkSkSkSSSkS
R(s) C(s) k
-
1
(2)ss-
kf s
+ +
E(s)
计算与分析题图4
2 2.18 Xc(t) t (s) tp 0.8
计算与分析题图3
R(s) 1/R -
图 2-b 1/CS 1/(RCS+1)
- C(s) E(s)
+ +
CS
R(s) 1/R -
图 2-c 1/CS 1/(RCS+1)
- C(s) E(s)
+ +
CS
RCS+1 R(s) -
图 2-d 1/RCS(RCS+2)
C(s) E(s) +
RCS+1
2/122.182100%9%20.81ppnMet
0.614.96n
222224.6
()226.0524.6nnnGskSSSS
合 肥 工 业 大 学 试 卷 答 案 对比二阶系统的传递函数标准形式有： 22222nfnfkkkk 代入 10,0.6k后得：1.795fk 又由终值定理知系统稳态误差： 200(2)lim()lim()lim()(2)fsstssfSSkeetSESSRSSkSk 220(2)2121.795lim0.379(2)10ffsfSSkkSSSkSkk 也可以根据开环传递函数的型次为I型及输入信号类型为单位斜坡t可知 sse2121.7950.379102ffkkkk （3）参考前面两解答过程有： 222ffsskkkek 代入 0.6,0.2sse 计算得： 365.2fkk 5、设某控制系统方框图如图5所示。（12） (1) 试确定使系统稳定的K值范围。（8分） (2) 若使系统特征方程的根均位于S=-1垂线左侧，试确定K值范围。（4分） 解：（1）系统闭环传递函数为： 324040(0.11)(0.252)(10)(8)()4018804011(0.11)(0.252)(10)(8)BKKkSSSSSSGSKKSSSkSSSSSS 闭环系统特征方程：D(S)=321880400SSSk 列劳斯表：
3S 1 80
2S 18 40k
1S
18804018k
0S 40k
要使系统稳定，则第一列元素全为正值，即 144040018400kk 解得使系统稳定的pk值范围： 036k （2）在闭环系统特征方程中，令 1SZ, 则有： 3232D(Z)=(1)18(1)80(1)400154740630ZZZkZZZk
列劳斯表： 3Z 1 47
2Z 15 4063k
1Z
1547(4063)15k
0Z 4063k
令第一列值全为正： 7684001.57519.240630kkk
6、 最小相位系统的开环对数幅频特性曲线()L如图6所示：（22分） （提示：先用符号代替进行化简，最后代入具体值进行计算） (1) 分析并写出该系统的开环传递函数)(sGk；（6分）
(2) 作开环传递函数的Nyquist图，并在Nyquist图上表示出相位裕度及幅值裕度; （6分） (3) 计算系统的相位裕度及幅值裕度()gKdB；。（8）
)225.0)(11.0(sssK R(s)
+ _
C(s)
计算与分析题图5