《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
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。

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0.20.5
()105
t t
g t e e
--
=+，
则该系统的传递函数G(s)为。

7、设系统的开环传递函数为
2
(1)
(1)
K s
s Ts
τ+
+
，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
(21)(5)
s s ++，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 。

6、下列串联校正装置的传递函数中，能在1c ω=处提供最大相位
超前角的是 ( )。

A 、 1011s s ++
B 、1010.11s s ++
C 、210.51s s ++
D 、0.11101
s s ++
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γ对应时域性能指标( ) 。

A 、超调%σ
B 、稳态误差ss e
C 、调整时间s t
D 、峰值时间p t
10、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 ( )。

A 、*(2)(1)K s s s -+
B 、*
(1)(5K s s s -+）
C 、*2(31)K s s s +－
D 、*(1)(2)
K s s s --
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
s
t。

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 。

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
3、输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值，
1
()1G s Ts =
+，2
22
()2n
n n
G s s s ωζωω=++或：221()21G s T s T s ζ=++)。

4、G 1(s)+G 2(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、
105
0.20.5s s s s
+
++ 7
、
，
arctan 180arctan T τωω
-- (或：
2
180arctan
1T T τωω
τω
---+) 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
根据KCL 有 2
00i 10i )
t (u )]t (u )t (d[u )t (u )t (u R dt C R =-+-
即 )t (u )
t (du )t (u )()t (du i 2i 21021021R dt
C R R R R dt C
R R +=++
2、求传递函数
对微分方程进行拉氏变换得
)(U )(U )(U )()(U i 2i 21021021s R s Cs R R s R R s Cs R R +=++
得传递函数2
1212
21i 0)(U )(U )(R R Cs R R R Cs R R s s s G +++==
四、
解：由图可得系统的开环传函为：25
()(5)
G s s s =
+
因为该系统为单位负反馈系统，则系统的闭环传递函数为，
222
25
()255(5)
()251()(5)2555
1(5)
G s s s s G s s s s s s s +Φ====+++++++ 与二阶系统的标准形式 222
()2n
n n
s s s ωζωωΦ=++ 比较，有 22
25
5n n
ζωω=⎧⎪⎨=⎪⎩ 解得0.5
5n
ζω=⎧⎨
=⎩
所以2
2
/10.5/
10.5%16.3%e
e πζζπσ----===
3
3
1.20.55
s n
t s ζω=
=
=⨯
或
4
4
1.60.55
s n
t s ζω==
=⨯，
3.5
3.5
1.40.55
s n
t s ζω=
=
=⨯，
4.5
4.5
1.80.55
s n
t s ζω=
=
=⨯（2分）
五、
令 G 1(s)=)
3(21)3(2
+++s s K
s s =K s s 2)3(2
++= K s s 2322++
则 )()(s R s C =)(11)(111s G s s G s +=K
s s s K s s s 23211232122++⋅
+++⋅=223223+++Ks s s
控制系统的特征方程为 2232
3
+++Ks s s =0
劳斯表为
s 3
1 2K s 2
3 2
s 1
3
2
6-K s 0
2
∴ 稳定的充要条件是⎪⎩⎪⎨⎧>> 032-6K 02K ⇒⎪⎩
⎪
⎨⎧>> 310
K K ⇒31>K
即，使系统稳定的K 值为3
1>K 六、
解 ：
所以：
4
32132432143211)()
(G G G G G G G G G G G G G G s R s C ++++=。