原理及應(yīng)用期末考試試題答案

一、單項(xiàng)選擇題1.以下哪種原理是許多控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)？A.反饋原理B.前饋原理C.開環(huán)原理D.自適應(yīng)原理答案：A2.一個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素是？A.高增益B.合適的阻尼比C.大的帶寬D.復(fù)雜的結(jié)構(gòu)答案：B3.以下哪種信號(hào)類型最常用于系統(tǒng)的頻率響應(yīng)測(cè)試？A.脈沖信號(hào)B.階躍信號(hào)C.正弦信號(hào)D.斜坡信號(hào)答案：C4.傳遞函數(shù)的定義是？A.輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的比值B.零初始條件下，輸出信號(hào)拉普拉斯變換與輸入信號(hào)拉普拉斯變換的比值C.輸出信號(hào)的導(dǎo)數(shù)與輸入信號(hào)導(dǎo)數(shù)的比值D.輸出信號(hào)的積分與輸入信號(hào)積分的比值答案：B5.控制系統(tǒng)中，用于減小穩(wěn)態(tài)誤差的環(huán)節(jié)是？A.比例環(huán)節(jié)B.積分環(huán)節(jié)C.微分環(huán)節(jié)D.延遲環(huán)節(jié)答案：B6.根軌跡法主要研究的是？A.系統(tǒng)的時(shí)域性能B.系統(tǒng)的頻域性能C.閉環(huán)系統(tǒng)特征根隨某一參數(shù)變化的軌跡D.開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性答案：C7.頻域分析中，相位裕度是衡量系統(tǒng)的？A.快速性B.準(zhǔn)確性C.穩(wěn)定性D.穩(wěn)態(tài)性能答案：C8.狀態(tài)空間表達(dá)式包含？A.狀態(tài)方程和輸出方程B.輸入方程和輸出方程C.狀態(tài)方程和反饋方程D.輸入方程和反饋方程答案：A9.以下哪種校正方式可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度？A.超前校正B.滯后校正C.超前-滯后校正D.比例校正答案：B10.系統(tǒng)的帶寬反映了系統(tǒng)的？A.穩(wěn)定性B.快速性C.準(zhǔn)確性D.抗干擾能力答案：B二、多項(xiàng)選擇題1.控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)可以分為？A.開環(huán)控制系統(tǒng)B.閉環(huán)控制系統(tǒng)C.復(fù)合控制系統(tǒng)D.線性控制系統(tǒng)答案：ABC2.以下屬于系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)的有？A.上升時(shí)間B.峰值時(shí)間C.調(diào)節(jié)時(shí)間D.超調(diào)量答案：ABCD3.傳遞函數(shù)的性質(zhì)包括？A.與系統(tǒng)的輸入無(wú)關(guān)B.取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)C.是復(fù)變量s的有理分式D.反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性答案：ABCD4.頻率特性的表示方法有？A.幅相頻率特性B.對(duì)數(shù)頻率特性C.實(shí)頻特性D.虛頻特性答案：ABCD5.狀態(tài)空間表達(dá)式中的狀態(tài)變量選擇方式有？A.選擇系統(tǒng)的輸出變量B.選擇系統(tǒng)的輸入變量C.選擇系統(tǒng)中一些關(guān)鍵的物理量D.選擇系統(tǒng)的中間變量答案：CD6.常用的系統(tǒng)校正方式有？A.串聯(lián)校正B.并聯(lián)校正C.反饋校正D.前饋校正答案：ACD7.影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素有？A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)B.系統(tǒng)的參數(shù)C.外界干擾D.初始條件答案：AB8.控制系統(tǒng)的性能要求包括？A.穩(wěn)定性B.快速性C.準(zhǔn)確性D.魯棒性答案：ABCD9.根軌跡的繪制規(guī)則包括？A.根軌跡起始于開環(huán)極點(diǎn)B.根軌跡終止于開環(huán)零點(diǎn)C.根軌跡的分支數(shù)等于開環(huán)極點(diǎn)數(shù)D.根軌跡關(guān)于實(shí)軸對(duì)稱答案：ABCD10.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與以下哪些因素有關(guān)？A.系統(tǒng)的類型B.輸入信號(hào)的形式C.系統(tǒng)的增益D.系統(tǒng)的帶寬答案：ABC三、判斷題1.開環(huán)控制系統(tǒng)一定比閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。（×）2.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，與輸入輸出信號(hào)無(wú)關(guān)。（√）3.時(shí)域分析中，調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)的快速性越好。（×）4.頻率特性是線性定常系統(tǒng)在正弦信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)輸出與輸入之比。（√）5.狀態(tài)空間表達(dá)式中的狀態(tài)變量是唯一的。（×）6.超前校正主要是通過(guò)增加系統(tǒng)的相角裕度來(lái)改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（√）7.系統(tǒng)的帶寬越大，系統(tǒng)對(duì)高頻噪聲的抑制能力越強(qiáng)。（×）8.根軌跡法只能用于分析線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（×）9.穩(wěn)態(tài)誤差為零的系統(tǒng)一定是無(wú)差系統(tǒng)。（√）10.比例環(huán)節(jié)的輸出與輸入成比例關(guān)系，且沒有時(shí)間延遲。（√）四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述反饋控制系統(tǒng)的基本組成及工作原理。反饋控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象和測(cè)量元件組成。工作原理是測(cè)量元件檢測(cè)被控對(duì)象的輸出，將其反饋到輸入端與給定輸入進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)偏差信號(hào)進(jìn)行控制運(yùn)算，輸出控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于被控對(duì)象，使被控對(duì)象的輸出趨近于給定值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。2.說(shuō)明傳遞函數(shù)的定義和作用。傳遞函數(shù)是在零初始條件下，線性定常系統(tǒng)輸出信號(hào)的拉普拉斯變換與輸入信號(hào)的拉普拉斯變換之比。其作用在于它能夠完全表征線性定常系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)傳遞函數(shù)，可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性等性能指標(biāo)，還能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和設(shè)計(jì)，為控制系統(tǒng)的研究提供了有力的數(shù)學(xué)工具。3.簡(jiǎn)述頻率特性的概念及研究意義。頻率特性是線性定常系統(tǒng)在正弦信號(hào)作用下，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的幅值比和相位差隨頻率變化的特性。研究意義在于，頻率特性可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，對(duì)于難以列寫微分方程的系統(tǒng)提供了一種有效的分析方法。它能直觀地反映系統(tǒng)對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，便于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的重要工具。4.簡(jiǎn)述狀態(tài)空間表達(dá)式中狀態(tài)變量的選取原則。狀態(tài)變量選取原則：一是狀態(tài)變量應(yīng)能完全描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，即系統(tǒng)在任意時(shí)刻的狀態(tài)能由這些狀態(tài)變量唯一確定；二是狀態(tài)變量應(yīng)相互獨(dú)立，不存在函數(shù)依賴關(guān)系；三是狀態(tài)變量應(yīng)具有明確的物理意義或可測(cè)量性，便于實(shí)際應(yīng)用中的觀測(cè)和控制；四是狀態(tài)變量的選取應(yīng)使?fàn)顟B(tài)空間表達(dá)式形式簡(jiǎn)單，便于分析和計(jì)算。五、討論題1.討論在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何綜合考慮穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性這三個(gè)性能要求。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定性是首要條件，只有穩(wěn)定的系統(tǒng)才能正常工作。為保證穩(wěn)定性，可通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、采用合適的校正方式等?？焖傩砸笙到y(tǒng)能快速跟蹤輸入信號(hào)，可通過(guò)增加系統(tǒng)帶寬、合理設(shè)置阻尼比等提高響應(yīng)速度。準(zhǔn)確性方面，要減小穩(wěn)態(tài)誤差，可引入積分環(huán)節(jié)等。但這三個(gè)性能要求往往相互制約，如提高快速性可能影響穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，增加積分環(huán)節(jié)雖能提高準(zhǔn)確性卻可能降低穩(wěn)定性。因此設(shè)計(jì)時(shí)需權(quán)衡利弊，根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行優(yōu)化。2.分析根軌跡法和頻率響應(yīng)法在控制系統(tǒng)分析中的優(yōu)缺點(diǎn)。根軌跡法優(yōu)點(diǎn)：直觀地展示閉環(huán)系統(tǒng)特征根隨某一參數(shù)變化的軌跡，能清晰判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性變化情況，便于確定系統(tǒng)參數(shù)的穩(wěn)定范圍，還能分析參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。缺點(diǎn)：主要研究參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)極點(diǎn)的影響，對(duì)系統(tǒng)零點(diǎn)的影響分析不夠全面，且繪制復(fù)雜系統(tǒng)根軌跡較繁瑣。頻率響應(yīng)法優(yōu)點(diǎn)：可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，適用于難以列寫微分方程的系統(tǒng)，能直觀反映系統(tǒng)對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，便于分析系統(tǒng)性能。缺點(diǎn)：對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的分析不夠直接，不如根軌跡法清晰展示參數(shù)對(duì)系統(tǒng)極點(diǎn)的影響。3.探討狀態(tài)空間法在現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)。狀態(tài)空間法在現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。它可用于多輸入多輸出系統(tǒng)的建模與分析，能方便地處理時(shí)變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的線性化分析。在最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等先進(jìn)控制策略設(shè)計(jì)中，狀態(tài)空間法提供了有效的數(shù)學(xué)框架。其優(yōu)勢(shì)在于能全面描述系統(tǒng)狀態(tài)，不僅包含輸出信息，還能反映系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變化；可通過(guò)狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制；適用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析，便于利用現(xiàn)代計(jì)算工具進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。4.討論在實(shí)際工程中，如何根據(jù)具體需求選擇合適的控制系統(tǒng)校正方式。在實(shí)際工程中，若系統(tǒng)穩(wěn)定性不足且響應(yīng)速度較慢，可考慮超前校正，它能增加相角裕度，提