1、一. 填空题(每小题2.5分,共25分)1 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 和 。2 按系统有无反馈,通常可将控制系统分为 和 。3 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 、 等。4 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度,它用来衡量系统 的程度。5 一阶系统的单位阶跃响应的表达是 。6 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 。7 频率响应是线性定常系统对 输入的稳态响应。8 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数,而且与 的类型有关。9 脉冲信号可以用来反映系统的 。10. 阶跃信号的拉氏变换是 。 二 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统(10分)图1 炉温控制结构图 试求
2、系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成,且画出原理方框图,说明其工作原理。三、如图2为电路。求输入电压与输出电压之间的微分方程, 并求该电路的传递函数(10分)图2四、求拉氏变换与反变换 (10分)1 求(5分)2 求(5分)五、化简图3所示的框图,并求出闭环传递函数(10分)图3六、图4示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统。图4(a)中是输出位移。当外力施加3牛顿阶跃力后(恒速信号),记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如图4(b)所示。试求:1)该系统的微分方程数学模型和传递函数;(5分)2)该系统的自由频率、阻尼比;(2分)3)该系统的弹簧刚度质量
3、m、阻尼系数C、弹簧刚度k;(3分)4)时间响应性能指标:上升时间、调整时间、稳态误差(5分)。图4(a) 机械系统 图4(b)响应曲线图4七、已知某系统是单位负反馈系统,其开环传递函数,则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号(斜坡信号)作用下的稳态误差分别是多少?(10分)八、设有如图5所示的反馈控制系统,试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围(10分)。图5二. 填空题(每小题2分,共20分)10 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性 和准确性。11 按系统有无反馈,通常可将控制系统分为 开环控制系统 和 闭环控制系统 。12 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微
4、分方程 、传递函数等。13 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度,它用来衡量系统控制精度的程度。14 一阶系统的单位阶跃响应的表达是。15 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。16 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。17 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数,而且与输入信号的类型有关。18 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。10. 阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。二 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统(10分)图1 炉温控制结构图 试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成,且画出原理方框图,说明其工作原理。解答:输出量:炉温。输入量:给定电
5、压信号。被控对象:电炉。 系统包括:电位器、放大器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶。 原理方框图:三如图2为电路。求输入电压与输出电压之间的微分方程,并求出该电路的传递函数。(10分)图2解答:跟据电压定律得四、求拉氏变换与反变换 3 求解答:4 求解答:=六、 化简框图,并求出闭环传递函数图4解:G1G2 G3H2H1/G3Xi(s)Xo(s)_+H1/G3Xi(s)Xo(s)_Xi(s)Xo(s)七、图示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统。图(a)中是输出位移。当外力施加3牛顿阶跃力后,记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如(b)图所示。试求:1)该系统的
6、微分方程数学模型和传递函数;(4分)2)该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k;(3分)3)时间响应性能指标:上升时间、调整时间、振荡频数、稳态误差(5分)。图(a) 机械系统 图(b)响应曲线解答:解:1)对于该系统有: 故 2)求k 由Laplace变换的终值定理可知: 而=1.0,因此k=3. 求m, 由得: 又由式求得=0.6 将0.6代入中,得=1.96。再由求得m=0.78。 求c 由,求得c=1.83.3)求 2.55 (取=0.05时) 3.40 (取=0.02时) 求 0.91 2.323 求N 取=0.05时,=0.64 取=0.02时, =0.85 求 当输入为阶跃信号时,系统的稳态误差为: 对于0型系统 ,代入式中求得: =0.5八、已知某系统是单位负反馈系统,其开环传递函数,则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是多少?(8分)解答:该系统为单位负反馈且为0型系统,k=11, 所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是、。在单位脉冲信号作用下的稳态误差为九、设有如图所示的反馈控制系统,试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围解答:系统的特征方程:可展开为:列出劳斯数列:k0,30-k00k30