控制工程基础复习题答案修.docx

1、控制工程基础复习题答案修y(t)为(2)控制工程基础期末复习题答案一、选择题1、设有一弹簧、质量、阻尼器机械系统，如图所示，以外力 f(t)为输入量，位移输出量的运动微分方程式可以对图中系统进行描述，那么这个微分方程的阶次是：(1 )欠阻尼；(2)过阻尼；(3)临界阻尼；(4)无阻尼 列开环传递函数所表示的系统，属于最小相位系统的是(应为(1 ) (1) k(t) =4e2 -e (2) k(t)=4e上一e8、系统结构图如题图所示。试求局部反馈 2加入前后系统的静态速度误差系数和静态加速度误差系数。（3 ）(I)Kv =0.5，Ka =0.5 ；(2)Kv = 0, K 0.5 ；(3)K

2、0.5，K 0 ；(4)K 0，Ka =0 ；时29、 已知道系统输出的拉氏变换为 Y（s）= ,那么系统处于（ 3 ）（S +叫）（1 ）欠阻尼；（2 ）过阻尼；（3）临界阻尼；（4）无阻尼10、 设有一 RLC电路系统，如图所示，以 Ur（t）为输入量，Uc（t）为输出量的运动微分方程式可以对系统进行描述，那么这个微分方程的阶次是： （1 ）13、已知系统的微分方程模型理*5川30心Z 2u(t)。其中咆是输入量,y(t)是输出量。求系统的传递函数模型 G(S)=Y(S)/U(S)为(1 )14、某一系统的速度误差为零，则该系统的开环传递函数可能是( 4 )15、根据下列几个系统的特征方程

3、，可以判断肯定不稳定的系统为( 2(1) as3 bs2 cs d =0 ； ( 2) s4 as3 bs2 _cs d = 0 ；(3) as4 bs3 cs2 ds 0 ；其中a、b、c、d、e均为不等于零的正数。、简答题(1)图1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。图2-1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

4、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。桥式电踣+放大器电动机 1 I 1 实际图解“仓库大门控制系统方框图(2)、如图所示为控制系统的原理图。(1)指出系统的控制对象、被控量、给定量及主要干扰。(2 )画出系统的原理结构图，并指出各个组成元件的基本职能。(3)说明如何改变系统的给定量输入。(4)判断对于给定量输入及主要干扰是否有静差。解:题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。图2-3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 uc的平方成

5、正比，Uc增高，炉温就上升，Uc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 Uf。Uf作为系统的反馈电压与给定电压Ur进行比较，得出偏差电压 Ue，经电压放大器、功率放大器放大成 Ua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 Uf正好等于给定电压Ur。此时，Ue二Ur -Uf =0,故Ui =Ua =0，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 Uc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

6、 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。T CyT Uf yT ue T Ui T ua T 日 T uc T T c系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压 Ur （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。图解1-3炉温控制系统方框图三、计算题u0（t）为输出电压，ui（t）为输入电压，R1和（1）求如图所示电路网络的传递函数。其中,R2为电阻，C1和C2为电容。图11-ipi (t)dt=Rii(t):Ci、解仙(t)u(t)=Rii2(t)1Uo(t

7、 Mi(t) +i2(t)dt +ii(t)+i2(t)R2 C2消去中间变量ii和i2，得 (RiCi R2c2 RiC2dr Ui(t)298-200K 00 G+El解：图中有2条前向通路，3个回路，有1对互不接触回路Pi = G1G2G3,二 1=1， P2 -G4G3,匚 2 =1 - Ly ,(4)、一阶系统结构图如题图所示。要求系统闭环增益解：由结构图写出闭环系统传递函数:=1 -馆 L2 L3) L1 L2,C(s) R i_ 1 P2L 2 G1G2G3 -G4G3(1 G1G2H 1)R(s) 1 G1G2H1 G3H2 G2H3 G1G2G3H1H 2K= 2，调节时间t

8、s乞0.4( s)，1令闭环增益K 2， 得：K2 =0.5K23令调节时间 ts =3T 3 0.4，得：K1 -15 。K1K2(BODES),并求系统的相位裕量Y,判断闭环系统的稳定性 试求如图所示系统总的稳态误差，已知 r(t)=t, n( t)=1(t)如果直接给出结果，并且正确，可以给满分(8)、已知系统的开环传递函数为Q(s)g 1)s (0.1s+1)(0.02s+1)20lg180 =20lg 40 lg 2国1其中K分别为10和180,分别判断闭环系统的稳定性。若稳定，求出相位稳定裕量。解：开环传递函数：、 K 0.5S+1Q s - 2 ，幅频特性单调下降，转折频率分别为

9、:s2 (0.1s+ 1 (0.02s+1)2, 10, 50;在区间2,10内计算如下：得c =5rad /s ,并在区间2,10内，解有效。r=180、m arctg 2.5-arctg 0.5-arctg 0.1 = 35.9，所以闭环系统稳定。（10分）当K=180时bode图如下：在区间10,50内计算如下：20lg 10 = 40lg 2 20lg 10 40lg c得 c 二 30rad /s，解在区间10,50内。 2 10r -二，：0,所以闭环系统不稳定 （10分）（9）、要求系统为一阶无静差，且要求 Kv=300/s，wc=10rad/s ， =50度。求期望的开环传递函

10、数一 1首先求出闭环幅频特性峰值为： M = =1.3 （ 3分）sin 再求中频段的长度 h : h = =7.7 （ 6分）M y 1, 牡 2h 国3再由匚匚百/”宀”“仃沿/纠小然后根据稳定指标要求，即 Kv =300/s，决定1可以大致作出T仁 1/0.077=13;T2=1/2.3=0.43T3=1/17.7=0.056不考虑的影响的时候，开环传递函数为:（6分）Q s 二 300 MS 1s（13s+10.056s+1）考虑到1对中频相位裕量的影响，要缩短 h的长度，让2变为，2 12，修正后2 亠八2Kv = := - ；c - 308/ s1 O1如保持修正后保持 Kz不变：则 二 =0.079rad/s Kv根据上图中的修正后系统的开环 bode图得传递函数为：300 - s 1Q41迄阳丿（5分）0.079 人 17.7 丿因为w增加了系统的稳定裕量，给系统带来好处所以可以不修正。(3) 利用Mason公式求如图所示传递函数 C(s)/R(s)