控制工程基礎(chǔ)試卷及答案

一、單項(xiàng)選擇題1.控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不包括以下哪種形式？A.微分方程B.傳遞函數(shù)C.結(jié)構(gòu)框圖D.頻率特性答案：C2.單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為\(G(s)=\frac{1}{s(s+1)}\)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)是？A.\(\frac{1}{s^{2}+s+1}\)B.\(\frac{s(s+1)}{s^{2}+s+1}\)C.\(\frac{1}{s^{2}-s+1}\)D.\(\frac{s(s+1)}{s^{2}-s+1}\)答案：A3.一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線在\(t=T\)（\(T\)為時(shí)間常數(shù)）時(shí)，其響應(yīng)值為？A.\(0.368\)B.\(0.632\)C.\(0.5\)D.\(0.707\)答案：B4.二階欠阻尼系統(tǒng)的阻尼比\(\xi\)的取值范圍是？A.\(\xi=0\)B.\(\xi\gt1\)C.\(0\lt\xi\lt1\)D.\(\xi=1\)答案：C5.以下哪種方法不屬于穩(wěn)定性分析方法？A.勞斯判據(jù)B.奈奎斯特判據(jù)C.根軌跡法D.頻域分析法答案：D6.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)\(G(s)=\frac{10}{s^{2}+5s+10}\)，其無阻尼自然頻率\(\omega_n\)為？A.\(\sqrt{5}\)B.\(\sqrt{10}\)C.\(5\)D.\(10\)答案：B7.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與以下哪個(gè)因素?zé)o關(guān)？A.系統(tǒng)的類型B.輸入信號的形式C.系統(tǒng)的開環(huán)增益D.系統(tǒng)的響應(yīng)速度答案：D8.根軌跡起始于開環(huán)傳遞函數(shù)的？A.零點(diǎn)B.極點(diǎn)C.虛軸交點(diǎn)D.實(shí)軸交點(diǎn)答案：B9.二階系統(tǒng)的超調(diào)量只取決于？A.無阻尼自然頻率B.阻尼比C.時(shí)間常數(shù)D.增益答案：B10.頻域分析中，相頻特性是指？A.輸出信號與輸入信號的相位差隨頻率的變化關(guān)系B.輸出信號幅值與輸入信號幅值之比隨頻率的變化關(guān)系C.輸出信號的頻率與輸入信號頻率的關(guān)系D.系統(tǒng)的穩(wěn)定性與頻率的關(guān)系答案：A二、多項(xiàng)選擇題1.以下屬于控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的有？A.穩(wěn)定性B.快速性C.準(zhǔn)確性D.復(fù)雜性答案：ABC2.建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法有？A.機(jī)理建模B.實(shí)驗(yàn)建模C.模糊建模D.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模答案：AB3.以下關(guān)于傳遞函數(shù)的說法正確的有？A.傳遞函數(shù)只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)B.傳遞函數(shù)包含了系統(tǒng)的全部信息C.傳遞函數(shù)是復(fù)變量\(s\)的有理分式D.傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式?jīng)Q定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性答案：ACD4.一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的特點(diǎn)有？A.響應(yīng)曲線無超調(diào)B.響應(yīng)曲線單調(diào)上升C.時(shí)間常數(shù)\(T\)越大，響應(yīng)速度越快D.穩(wěn)態(tài)值為\(1\)答案：ABD5.二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)與哪些參數(shù)有關(guān)？A.無阻尼自然頻率\(\omega_n\)B.阻尼比\(\xi\)C.開環(huán)增益\(K\)D.零點(diǎn)位置答案：AB6.穩(wěn)定性分析方法中，勞斯判據(jù)的局限性有？A.只能判斷系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性B.不能確定系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性C.對于高階系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜D.不能判斷系統(tǒng)是否存在虛軸上的極點(diǎn)答案：ABC7.根軌跡的繪制法則包括？A.根軌跡起始于開環(huán)極點(diǎn)，終止于開環(huán)零點(diǎn)B.根軌跡關(guān)于實(shí)軸對稱C.實(shí)軸上的根軌跡分布在奇數(shù)個(gè)開環(huán)零極點(diǎn)左側(cè)D.根軌跡的漸近線與實(shí)軸的夾角為\(\frac{(2k+1)\pi}{n-m}\)，\(k=0,1,\cdots,n-m-1\)答案：ABCD8.以下關(guān)于頻域分析的說法正確的有？A.頻率特性是系統(tǒng)對不同頻率正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性B.幅頻特性和相頻特性統(tǒng)稱為頻率特性C.奈奎斯特圖可以用來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性D.對數(shù)頻率特性圖繪制方便，應(yīng)用廣泛答案：ABCD9.減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法有？A.增加系統(tǒng)的開環(huán)增益B.提高系統(tǒng)的型別C.采用復(fù)合控制D.減小系統(tǒng)的阻尼比答案：ABC10.控制系統(tǒng)按給定值的變化規(guī)律可分為？A.恒值控制系統(tǒng)B.隨動(dòng)控制系統(tǒng)C.程序控制系統(tǒng)D.開環(huán)控制系統(tǒng)答案：ABC三、判斷題1.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與輸入信號有關(guān)。（×）2.一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)\(T\)越小，響應(yīng)速度越快。（√）3.二階系統(tǒng)在欠阻尼情況下，阻尼比越小，超調(diào)量越大。（√）4.勞斯判據(jù)可以確定系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。（×）5.根軌跡上的點(diǎn)一定是閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)。（√）6.系統(tǒng)的頻率特性只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與輸入信號無關(guān)。（√）7.穩(wěn)態(tài)誤差為零的系統(tǒng)一定是穩(wěn)定系統(tǒng)。（×）8.增加系統(tǒng)的開環(huán)增益可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但可能會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（√）9.開環(huán)控制系統(tǒng)一定不存在穩(wěn)定性問題。（√）10.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能主要由系統(tǒng)的閉環(huán)零點(diǎn)決定。（×）四、簡答題1.簡述建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的意義。數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它能將系統(tǒng)的物理特性用數(shù)學(xué)語言表達(dá)，便于分析系統(tǒng)性能，如穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。通過數(shù)學(xué)模型可預(yù)測系統(tǒng)在不同輸入下的響應(yīng)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和控制策略制定提供依據(jù)，有助于理解系統(tǒng)工作原理，促進(jìn)不同領(lǐng)域系統(tǒng)分析方法的統(tǒng)一和交流。2.簡述一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的特點(diǎn)。一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)無超調(diào)，單調(diào)上升趨向穩(wěn)態(tài)值。響應(yīng)曲線起始斜率最大，之后逐漸減小。時(shí)間常數(shù)\(T\)決定響應(yīng)速度，\(T\)越小，響應(yīng)越快。在\(t=T\)時(shí)，響應(yīng)值達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的\(63.2\%\)，最終穩(wěn)態(tài)值為\(1\)，整個(gè)過程呈現(xiàn)指數(shù)增長特性，體現(xiàn)一階系統(tǒng)對階躍輸入的平穩(wěn)響應(yīng)特性。3.簡述勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的步驟。首先，根據(jù)系統(tǒng)特征方程列出勞斯表。第一行是特征方程最高次冪到零次冪的系數(shù)，第二行按特定規(guī)則計(jì)算得出，后續(xù)行以此類推。然后，觀察勞斯表第一列元素的符號。若第一列元素均大于零，則系統(tǒng)穩(wěn)定；若有小于零的元素，系統(tǒng)不穩(wěn)定，且第一列元素符號改變的次數(shù)等于系統(tǒng)特征方程正實(shí)部根的個(gè)數(shù)。4.簡述頻域分析的優(yōu)點(diǎn)。頻域分析優(yōu)點(diǎn)眾多?？赏ㄟ^實(shí)驗(yàn)獲取頻率特性，無需知道系統(tǒng)精確數(shù)學(xué)模型。頻率特性直觀反映系統(tǒng)對不同頻率信號的響應(yīng)能力。借助奈奎斯特圖、伯德圖等可方便分析系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。還能用于系統(tǒng)校正，設(shè)計(jì)合適的校正裝置改善系統(tǒng)性能，在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛，且便于分析非線性系統(tǒng)中的線性部分。五、討論題1.討論控制系統(tǒng)中穩(wěn)定性的重要性以及影響穩(wěn)定性的因素。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的首要條件。不穩(wěn)定的系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制目標(biāo)，輸出可能發(fā)散或振蕩，無法穩(wěn)定跟蹤輸入信號。影響穩(wěn)定性的因素主要有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，如閉環(huán)極點(diǎn)位置決定穩(wěn)定性，位于左半\(s\)平面系統(tǒng)穩(wěn)定，右半平面則不穩(wěn)定。開環(huán)增益也有影響，過大可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。此外，非線性因素如飽和、死區(qū)等可能引發(fā)自激振蕩，破壞穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)需綜合考慮這些因素，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。2.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，討論根軌跡法在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，根軌跡法作用顯著。它能直觀展示閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)隨某一參數(shù)（如開環(huán)增益）變化的軌跡。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)性能要求確定閉環(huán)極點(diǎn)期望位置，通過根軌跡找到合適的參數(shù)值。例如在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，利用根軌跡法調(diào)整控制器參數(shù)，使系統(tǒng)具有良好動(dòng)態(tài)性能，滿足快速響應(yīng)和穩(wěn)定運(yùn)行要求。還能分析系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能變化趨勢，輔助選擇合適校正裝置，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能和可靠性。3.討論頻域分析法與時(shí)域分析法在控制系統(tǒng)分析中的聯(lián)系與區(qū)別。聯(lián)系在于二者都用于分析控制系統(tǒng)性能，時(shí)域響應(yīng)的特征可在頻域特性中有所體現(xiàn)，如時(shí)域的穩(wěn)定性與頻域的奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)相關(guān)。區(qū)別方面，時(shí)域分析法直接分析系統(tǒng)在時(shí)間域的響應(yīng)，如單位階躍響應(yīng)，直觀反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。頻域分析則基于系統(tǒng)對不同頻率正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，通過頻率特性研究系統(tǒng)。時(shí)域分析側(cè)重系統(tǒng)實(shí)際響應(yīng)過程，頻域分析便于通過圖形直觀分析穩(wěn)定性等性能，且在實(shí)驗(yàn)獲取系統(tǒng)特性方面更具優(yōu)勢，二者各有特點(diǎn)，相互補(bǔ)充。4.討論如何綜合運(yùn)用多種方法來設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)高性能控制系統(tǒng)需綜合多種方法。首先用機(jī)理建?；?qū)嶒?yàn)建模