杭電自動(dòng)控制原理

【所有答案必須寫(xiě)在答題紙上，做在試卷或草稿紙上無(wú)效！】一、第一題（判斷題，正確的打，錯(cuò)誤的打。每小題1分，共10分）1. 在控制系統(tǒng)中，直接改變控制變量的裝置稱為控制器或控制元件。（ ）2. 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的控制器和控制對(duì)象之間只有正向作用，系統(tǒng)輸出量不會(huì)對(duì)控制器產(chǎn)生任何影響。（ ）3. 狀態(tài)空間描述是線性定常系統(tǒng)的一種內(nèi)部描述模型。（ ）4. 線性定常系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的拉普拉斯反變換。（ ）5. 阻尼比為0的二階系統(tǒng)稱為臨界阻尼系統(tǒng)。（ ）6. 型系統(tǒng)，當(dāng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)對(duì)斜坡輸入信號(hào)的跟蹤誤差為零。（ ）7. 頻率響應(yīng)是系統(tǒng)在正弦輸入信號(hào)下的全部響應(yīng)。（ ）8. 對(duì)于線性定常系統(tǒng)，若開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)不包括積分和微分環(huán)節(jié)，則當(dāng)時(shí)，開(kāi)環(huán)幅相特性曲線（Nyquist圖）從實(shí)軸開(kāi)始。（ ）9. PI控制是一種相位超前校正方式。（ ）10. 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解由零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)兩部分構(gòu)成。（ ）一、 判斷題，正確的打，錯(cuò)誤的打。（每小題1分，共10分）11. 反饋控制就是采用負(fù)反饋并利用偏差進(jìn)行控制的過(guò)程。（ ）12. 只有當(dāng)系統(tǒng)中所有元件的輸入輸出特性是非線性的，這系統(tǒng)才稱為非線性控制系統(tǒng)。（ ）13. 傳遞函數(shù)是線性定常系統(tǒng)的一種內(nèi)部描述模型。（ ）14. 典型二階振蕩環(huán)節(jié)的阻尼比越大，則超調(diào)量越大。（ ）15. 對(duì)于型系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)能準(zhǔn)確跟蹤斜坡輸入信號(hào)，不存在誤差。（ ）16. 若線性控制系統(tǒng)在初始擾動(dòng)的影響下，其動(dòng)態(tài)過(guò)程隨時(shí)間的推移逐漸衰減并趨于零，則稱系統(tǒng)穩(wěn)定。（ ）17. 頻域分析法是利用閉環(huán)頻率特性研究系統(tǒng)性能的方法。（ ）18. 繪制系統(tǒng)Bode圖時(shí)，低頻段曲線由系統(tǒng)中的比例環(huán)節(jié)（放大環(huán)節(jié)）和積分環(huán)節(jié)決定（ ）19. PD環(huán)節(jié)控制是一種相位滯后校正方式。（ ）20. 如果系統(tǒng)部分狀態(tài)變量的運(yùn)動(dòng)可以由輸入來(lái)影響和控制而由任意的初態(tài)達(dá)到原點(diǎn)，則狀態(tài)是完全可控的。（ ）一、第一題（判斷題，正確的打，錯(cuò)誤的打。每小題 1 分，共 10 分）1. 在控制系統(tǒng)中，被控制的物理量稱為控制變量。（ ）2. 狀態(tài)空間表達(dá)式是經(jīng)典控制理論中線性控制控制系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)模型。（ ）3. 擾動(dòng)輸入作用于系統(tǒng)時(shí)，相應(yīng)于該擾動(dòng)信號(hào)的系統(tǒng)期望輸出為零。（ ）4. 對(duì)于線性定常系統(tǒng)，其單位脈沖響應(yīng)可以通過(guò)對(duì)單位階躍響應(yīng)求導(dǎo)獲得。（ ）5. 勞斯判據(jù)是判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的一種代數(shù)判據(jù)。（ ）6. 頻域分析法是根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)性能的一種圖解方法。（ ）7. 頻率響應(yīng)是系統(tǒng)在正弦輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)。（ ）8. 繪制對(duì)數(shù)頻率特性圖（Bode）圖時(shí)，橫軸是按照頻率的自然對(duì)數(shù)線性分度的。（ ）9. 對(duì)于線性定常系統(tǒng)，若開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)不包括積分和微分環(huán)節(jié)，則當(dāng)w = 0 時(shí)，開(kāi)環(huán)幅相 特性曲線（Nyquist 圖）從正虛軸開(kāi)始。（ ）10. 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解由零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)兩部分構(gòu)成。（ ）二、第二題（單項(xiàng)選擇題，選擇一個(gè)最合適的答案，每小題2分，共20分）1. 在通常的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的控制器和控制對(duì)象共同構(gòu)成了（C ）。（A）開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) （B）反饋通道 （C）前向通道 （D）閉環(huán)傳遞函數(shù)2.下述控制系統(tǒng)分析方法中，不屬于經(jīng)典控制理論的分析方法是（ A）。（A）狀態(tài)空間分析法 （B）頻域分析法 （C）根軌跡分析法 （D）時(shí)域分析法3.傳遞函數(shù)的概念除了適用于線性定常系統(tǒng)之外，還可用于描述（ D）系統(tǒng)。（A）線性時(shí)變 （B）非線性定常 （C）非線性時(shí)變 （D）以上都不是4.分析線性控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能時(shí)，常用的典型輸入信號(hào)是（ B）。（A）單位脈沖函數(shù) （B）單位階躍函數(shù) （C）單位斜坡函數(shù) （D）單位加速度函數(shù)5.時(shí)域信號(hào)1(t)的Laplace變換為（ B）。（A）1 （B） （C） （D）6.輸入是正弦信號(hào)時(shí)，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出是同（ B）的正弦信號(hào)。（A）振幅 （B）頻率 （C）相位 （D）頻率和相位7.Nyquist圖關(guān)于（ C）對(duì)稱。（A）原點(diǎn) （B）縱軸 （C）橫軸 （D）點(diǎn)8.在Bode圖中反映系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的是（A ）。（A）低頻段 （B）中頻段 （C）高頻段 （D）無(wú)法反映9.串聯(lián)超前校正時(shí)，校正前、后的剪切頻率與的關(guān)系，通常是（ C）。（A）= （B） （C） （D）與無(wú)關(guān)10.線性定常系統(tǒng)經(jīng)過(guò)線性非奇異變換后，（D ）保持不變。（A）特征值 （B）可控性和可觀性 （C）傳遞函數(shù) （D）前面三個(gè)1.采用負(fù)反饋形式連接后（ D）。（A）一定能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定 （B）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能一定會(huì)提高（C）一定能使干擾引起的誤差逐漸減小，最后完全消除。（D）需要調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，才能改善系統(tǒng)性能。2.適合應(yīng)用傳遞函數(shù)描述的系統(tǒng)是（A ）。（A）單輸入、單輸出的線性定常系統(tǒng) （B）單輸入、單輸出的線性時(shí)變系統(tǒng)（C）單輸入、單輸出的定常系統(tǒng) （D）非線性系統(tǒng)3.若系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，則閉環(huán)特征方程為（D ）。（A） （B）（C） （D）與是否為單位反饋系統(tǒng)有關(guān)4.斜坡信號(hào)的Laplace變換為（ C）。（A）1 （B） （C） （D）5.下面關(guān)于閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)敘述正確的是（ D）。（A）距離虛軸最近的閉環(huán)極點(diǎn)一定是主導(dǎo)極點(diǎn) （B）閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)是實(shí)數(shù)極點(diǎn)（C）閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)是一對(duì)共軛復(fù)數(shù) （D）以上都不對(duì)6.用頻域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是（ D）。（A）階躍函數(shù) （B）脈沖函數(shù) （C）斜坡函數(shù) （D）正弦函數(shù)7.下列系統(tǒng)中，最小相位系統(tǒng)是（ B）。（A） （B）（C） （D）8.Nyquist圖關(guān)于（ C）對(duì)稱。（A）原點(diǎn) （B）縱軸 （C）橫軸 （D）（1，j0）點(diǎn)9.下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中，能在處提供最大相位超前角的是（B ）。（A） （B） （C） （D）10.線性定常系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器極點(diǎn)可以任意配置的充分必要條件是（ A）。（A）系統(tǒng)狀態(tài)完全可觀 （B）系統(tǒng)狀態(tài)完全可控系（C）統(tǒng)狀態(tài)完全可測(cè)量 （D）系統(tǒng)穩(wěn)定二、第二題（單項(xiàng)選擇題，選擇一個(gè)最合適的答案，每小題 2 分，共 20 分）1.下述（ D）屬于對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本要求。（A）穩(wěn)定性（B）準(zhǔn)確性（C）快速性（D）前面三個(gè)都是2.以下關(guān)于傳遞函數(shù)的敘述，錯(cuò)誤的是（A ）。 （A）傳遞函數(shù)能描述任意的線性系統(tǒng)（B）求取系統(tǒng)的傳遞函數(shù)時(shí)，要求系統(tǒng)處于零初始條件（C）傳遞函數(shù)給出了輸出量拉普拉斯變換與輸入量拉普拉斯變換比（D）通常，單輸入、單輸出線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和微分方程是一一對(duì)應(yīng)的3.分析線性控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是（ B）。（A）單位脈沖函數(shù)（B）單位階躍函數(shù)（C）單位斜坡函數(shù)（D）單位加速度函數(shù)4.時(shí)域信號(hào) t2 的 Laplace 變換為（ C）。（A）1s （B）1 s2 （C） 2s3 （D）1 s35.典型二階系統(tǒng)阻尼比等于 1 時(shí)，稱該系統(tǒng)處于（ C）狀態(tài)。（A）無(wú)阻尼（B）欠阻尼（C）系統(tǒng)臨界穩(wěn)定（D）系統(tǒng)不穩(wěn)定或臨界穩(wěn)定6.使用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，如果勞斯表某一行第一個(gè)元素為零，該行其余元素不全為零，則（ D）。（A）系統(tǒng)穩(wěn)定（B）系統(tǒng)不穩(wěn)定（C）斜坡函數(shù)（D）正弦函數(shù)7. Nyquist 圖關(guān)于（C ）對(duì)稱。（A）原點(diǎn)（B）縱軸（C）橫軸 （D） (-1, j0) 點(diǎn)8.穩(wěn)定系統(tǒng)的 Nyquist 圖，其增益裕度（ D）。（A） Kg 0（C） Kg 19.PID 控制器是（D ）。（A）超前校正（B）滯后校正（C）超前滯后校正（D）滯后超前校正10.線性定常系統(tǒng)經(jīng)過(guò)線性非奇異變換后，（D ）保持不變。（A）特征值（B）可控性和可觀性（C）傳遞函數(shù)（D）前面三個(gè)一、單項(xiàng)選擇題（本大題中每小題有四個(gè)選項(xiàng)，只有一個(gè)正確答案，選錯(cuò)或不選得 0 分。共8 小題，每題 5 分）1、 若 F ( s) =2 s 2 + 3s + 6，則 Limf (t) =（ ）。s3 +1t 0（A） （B）0 （C）6 （D）22.單位反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 G ( s) =4，則系統(tǒng)在 r (t ) = 2t 輸入作用下，其s ( s + 5)穩(wěn)態(tài)誤差為（ ）。（A）10（B）5（C）4（D）04453.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 G ( s) =15，其阻尼系數(shù)z 是（ ）。2s 2 + 2s + 72（A）1（B）1（C）2（D）1122624.一個(gè)線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于（ ）。（A）系統(tǒng)的輸入（B）系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)（C）系統(tǒng)的初始狀態(tài)（D）外界干擾5.開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（ ）的系統(tǒng)，稱為型系統(tǒng)。（A）K（B）K（C）K（D）Ks ( s +T )( s +T )( s +T )s 2 ( s + T )s ( s + T )26.若系統(tǒng)的 Bode 圖在w = 5處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折（如圖所示），這說(shuō)明系統(tǒng)中有（ ）環(huán)節(jié)。（A）1（B） (0.2 s +1)20.2 s +1（C） 5s +1（D） (5 s +1)2s + 207.若已知某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為1.2 s + 5 ，則它是一種（ ）。（A）相位滯后超前校正（B）相位超前滯后校正（C）相位滯后校正（D）相位超前校正8.某開(kāi)環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)的乃氏圖如圖所示，它的相位裕量和增益裕量分別是（ ）。（A） 600 ， 23（B） 300 ， 32（C）1500 ， -23（D） 300 ， -32三、第三題（15分）圖1是一個(gè)自動(dòng)液位控制系統(tǒng)。在任意情況下希望液面高度維持在不變。（1）指出該自動(dòng)液位控制系統(tǒng)中的控制對(duì)象、控制器、執(zhí)行器、測(cè)量元件、被控量和干擾量。（2）畫(huà)出系統(tǒng)的功能框圖。四、第四題（10分）設(shè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。已知初始條件為零，試求網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 。五、 第五題（12分）試簡(jiǎn)化圖3所示的結(jié)構(gòu)圖，并求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。六、第六題（10分）在零初始條件下對(duì)單位負(fù)反饋系統(tǒng)施加設(shè)定輸入信號(hào)，測(cè)得系統(tǒng)輸出響應(yīng)。試求系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。七、第七題（20分）已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，其中比例微分控制器，輸入信號(hào)。定義誤差為。試證明：通過(guò)適當(dāng)調(diào)整微分時(shí)間常數(shù)，可使得系統(tǒng)輸入的穩(wěn)態(tài)誤差終值為0。八、第八題（13分）已知單位反饋控制系統(tǒng)的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（1）繪制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅頻特性曲線（Nyquist圖）（2）用Nyquist判據(jù)判斷其穩(wěn)定性。九、第九題（20分）已知單位反饋系統(tǒng)，其對(duì)象的傳遞函數(shù)和串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)所對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)幅頻特性和分別如圖5所示，并且和是最小相位系統(tǒng)（對(duì)象）。（1）寫(xiě)出對(duì)象傳遞函數(shù)。（2）寫(xiě)出串聯(lián)校正裝置的傳遞函