控制工程基础第1阶段练习题

江南大学现代远程教育第一阶段练习题

考试科目:《控制工程基础》第1 章至第2 章（总分100分）

______________学习中心（教学点）批次：层次：

专业：计算机学号：身份证号：

姓名：得分：

一、名词解释（15分）

1. 开环控制系统

2. 非线性补偿

3. 重构

二、判断题（10分，对的作符号“”，错的作符号“×”）

1. 控制系统是由控制部分和执行机构两部分组成。（）

2. 操作指导控制系统可以实现最优控制。（）

3. 统一信号电平的目的是可以充分利用A/D的转换精度。（）

4. 计算机可以直接处理数字信号。（）

5. 输入输出信号采用电流传输有利于抗干扰。（）

三、多选题（15分）

1. 控制系统中的系统软件包括（）

a. 操作系统

b. 信息处理

c. 事故处理算法

d. 诊断系统

2. 分布式控制系统的结构有（）

a. 分散控制

b. 网状结构

c. 环型结构

d. 左右结构

e. 递阶结构

3. 采样周期的选择方法一般有（）

a. 根据香浓定理

b.根据D/A的转换速度

c. 根据计算速度

d.根据经验参数

四、计算题 (10分)

最大超调量（简称超调量）σ是控制系统的一个重要指标。现设某系统过渡过程曲线第一次达到的最大输出值为54；过渡过程曲线的稳态值是50，系统允许的最大超调量是10%，请判断在此状态下，该系统能否正常运行？

五、简述题（50分）

1. 信号滤波的意义和途经是什么？

2. 监督系统（SCC ）的特点和优点是什么？

3. 计算机控制系统的组成。

4. 按照控制规律分类，计算机控制系统可分成哪几类？各有什么特点？

5. 干扰的来源及抗干扰的主要方法是什么？

答案：

一、名词解释（15分）

1. 答：开环控制系统：系统必须通过人工的干预才能达到控制的目的，就称之为开环系统。

2. 答：许多传感器的输出信号与被测参数之间呈非线性，为此，需要进行非线性补偿。非线性

补偿可用硬件实现, 也可以用软件来实现。

3. 答：重构也就是将数字量变换为模拟量，一般先用D/A 将数字量变为离散的模拟量，再

经保持器将其变成模拟信号，以便与现场的模拟设备相匹配。

二、判断题（10分，对的作符号“

”，错的作符号“×”） 1. × 2. × 3. 4. 5.

三、多选题（15分）

1. a,b,d

2. a,b,c,e

3. a, c, d

四、计算题（10分）

答：最大超调量σ=)()

()(∞∞-C C p t C ×100%=50

5054-×100%=8% 由于8%小于系统允许的最大超调量是10%，，所以该系统能够正常运行

五、简述题（50分）

1. 由于工业现场干扰因素多，因此来自工业现场的模拟信号中，常混杂有各种干扰信号，这些干扰信号如不去掉，将会对系统产生各种不利的影响，为此应该通过滤波，把这样的干扰滤除掉。滤波方法有硬件法和软件法之分。硬件方法常用RC 滤波器和有源滤波器来滤除高于有用信号频率的那部分干扰，也有称之为模拟预滤波；用软件方法可以滤除与有用信号频率重合的那

部分干扰，它有多种方法，如程序判断滤波、中值滤波、算术平均滤波、复合滤波和加权平均滤波等。

2.答：在计算机监督控制系统中，由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值后，通过输出通道，去送给模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节系统或DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作情况。

3.答：计算机控制系统主要由硬件和软件二大部分组成。

其中硬件包括：1.主机，2.接口与输入输出通道，3.通用外部设备，4.检测元件及仪表（变送器、执行机构），5.操作台（控制台、控制柜）等；

软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和，主要由系统软件和应用软件组成，而系统软件又包含操作系统、语言加工程序和服务性程序及开发系统等。

4.答：按照控制规律，计算机控制系统可分成程序控制和顺序控制、PID控制、最少拍控制、复杂控制规律和智能控制等5类起主要特点是：

1.程序控制和顺序控制：按实现设定的顺序或节拍来进行控制；

2. PID控制：这是一种最经典也是使用最多的一种控制规律，按照比例、积分和微分的规律进行控制；

3.最少拍控制：这是一种设计成使系统能在最少采样节拍里完成调节过程的控制，故常称为最短时间控制或时间最优控制。多用于数字随动系统设计中；

4.复杂控制规律：包含串级、前馈、纯滞后补偿控制、解耦控制、最优控制、自适应控制、自学习控制等；

5.智能控制：这是一种高级而复杂的控制。它要模拟人的听觉、视觉、感觉、思维推理等过程。如智能机器人控制。

5. 答：干扰产生于干扰源，它有的来自外部，有的来自系统本身。

内部干扰主要有：交流声，不同信号的感应，多点接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡引起的干扰以及热噪声干扰等等。按干扰作用方式的不同，它可分为常态干扰和共态干扰两种。所谓常态干扰就是迭加在被测信号上的干扰。而共态干扰即共模干扰，它是指模数（A/D）转换器的两个输入端上共有的干扰电压。

外部干扰有各种电磁波、温度、湿度、雷电等。

抗干扰的基本原则与方法主要有：

1.消除干扰源；

2.远离干扰源，

3.防止干扰窜入。

4.电源系统的抗干扰措施

5.输入、输出信号传送线路的抗干扰措施

①尽量采用电流传输（如0～10m， 4～20mA）

②尽量采用双绞屏蔽线

③不要与动力线平行接近布线

6.I/O接口部分的抗干扰措施

①采用差动式运算放大器

②数字量采用光电隔离技术

控制工程基础第三章参考答案

第三章 习题及答案 传递函数描述其特性，现在用温度计测量盛在容器内的水温。发现需要时间才能指示出实际水温的98%的数值，试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少? 解： 41min, =0.25min T T = 1111()=1-e 0.1, =ln 0.9t h t t T -=-T 21T 22()=0.9=1-e ln 0.1t h t t T -=-， 210.9 ln 2.20.55min 0.1 r t t t T T =-=== 2.已知某系统的微分方程为)(3)(2)(3)(t f t f t y t y +'=+'+''，初始条件2)0( , 1)0(='=--y y ，试求： ⑴系统的零输入响应y x (t )； ⑵激励f (t ) (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )； ⑶激励f (t ) e 3t (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )。 解：(1) 算子方程为：)()3()()2)(1(t f p t y p p +=++ ) ()e 2 5e 223()()()( ) ()e 2 1e 223()()()( )()e e 2()(2 112233)( )2(; 0 ,e 3e 4)( 34 221e e )( 2x 2222x 212 121221x t t y t y t y t t t h t y t t h p p p p p p H t t y A A A A A A A A t y t t t t t t f f t t t t εεεε------------+=+=+-==-=?+-+= +++= -=??? ?-==????--=+=?+=∴* ) ()e 4e 5()()()( )()e e ()(e )()( )3(2x 23t t y t y t y t t t h t y t t t t t f f εεε------=+=-==* 3.已知某系统的微分方程为)(3)(')(2)(' 3)(" t f t f t y t y t y +=++，当激励)(t f =)(e 4t t ε-时，系统

控制工程基础本次作业是本门课程本学期的第1次作业

本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共31道小题) 1. 控制论的中心思想是( ) (A) 系统是由元素或子系统组成的 (B) 机械系统与生命系统乃至社会经济系统等都有一个共同的特点,即通过信息的传递、加工处理,并利用反馈进行控制 (C) 有些系统可控,有些系统不可控 (D) 控制系统有两大类,即开环控制系统和闭环控制系统 正确答案：B 解答参考： 2. 闭环控制系统中( )反馈作用. (A) 依输入信号的大小而存在 (B) 不一定存在 (C) 必然存在 (D) 一定不存在 正确答案：C 解答参考： 3. (A) 线性系统和离散系统 (B) 开环系统和闭环系统 (C) 功率放大系统和人工控制系统 (D) 数字系统和计算机控制系统 正确答案：B 解答参考： 4. (A) 反馈实质上就是信号的并联 (B) 正反馈就是输入信号与反馈信号相加 (C) 反馈都是人为加入的 (D) 反馈是输出以不同的方式对系统作用 正确答案：D 解答参考：

5. (A) 系统的实际输出 (B) 系统的实际输出与理想输出之差 (C) 输入与输出之差 (D) 输入 正确答案：D 解答参考： 6. 机械工程控制论的研究对象是( ) (A) 机床主传动系统的控制论问题 (B) 高精度加工机床的控制论问题 (C) 自动控制机床的控制论问题 (D) 机械工程领域中的控制论问题 正确答案：D 解答参考： 7. 对于控制系统,反馈一定存在于( )中 (A) 开环系统 (B) 线性定常系统 (C) 闭环系统 (D) 线性时变系统 正确答案：C 解答参考： 8. 以下关于信息的说法正确的是( ) (A) 不确定性越小的事件信息量越大 (B) 不确定性越大的事件信息量越大 (C) 信号越大的事件信息量越大 (D) 信号越小的事件信息量越大 正确答案：B 解答参考： 9. 以下关于系统模型的说法正确的是( ) (A) 每个系统只能有一种数学模型

机械控制工程基础综合试题1完

中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院 机械控制工程基础课程综合测试1 学习层次：专科时间：90分钟 一.填空题:(每空0.5分,共15分) (1).构成控制系统的基本环节通常有1. 给定环节、2. 比较环节、3. 放大环节、4. 执 行环节、 5.控制环节、6.被控对象、7.反馈环节（或测量环节） (2).理论上而言，零型伺服控制系统适用于对8. 线位移或角位移信号进行跟踪；I型伺服 系统适用于对9. 线速度或角速度信号进行跟踪；II型伺服系统适用于对10. 线加速度或角加速度信号进行跟踪。 (3).系统的时间响应中，与传递函数极点对应的响应分量称为11. 动态分量、与输入 信号极点对应的响应分量称为12. 稳态分量。 (4).传递函数中的基本环节按性质可分为五类，即13.比例环节、14. 微分环节、15. 惯性环 节、16. 积分环节、17. 延迟环节 (5).时域分析方法中，常使用的性能指标有：18.延迟时间、19.上升时间、20.峰值时间、 21.调节时间、22.最大超调量、23.稳态误差（或偏差） (6).经典控制理论中，常使用的校正方式有：24. 串联校正、25.反馈校正、26.前馈校正 (7).伯德图(Bode)用27 .对数幅频特性坐标系和28. 半对数相频特性坐标系分别描述系 统的幅频特性和相频特性。 (8).奈奎斯特稳定性判据中N=Z-P，Z代表特征函数在右半平面的29. 零点数、P代表 特征函数在右半平面的30. 极点数。 二.求如下系统传递函数C(S)/R (S):(15分) 解：如下图：

三. 设系统如图所示。如果要求系统的超调量等于%15，峰值时间等于0.8s ，试确 定增益K 1和速度反馈系数K t 。同时，确定在此K 1和K t 数值下系统的上升时间和调节时间。（15分） 答案：由图示得闭环特征方程为0)1(112=+++K s K K s t -----5分 即 2 1n K ω=，n n t t K ωωξ212+= 由已知条件 8.0115.0%2 1/2=-===--t n p t e t t ξωπ σξπξ----3分 解得 1588.4,517.0-==s n t ωξ--------2分 于是 05.211=K 178.021 1==-K K n t t ωξ--------2分 0.538r t s === s t n t s 476.15.3==ωξ---3分 解毕。 四.已知系统的特征方程为43251020240s s s s ++++=，使用劳斯判据判断系统的稳 定性:(10分) 答案： 4s 1 10 24 3s 5 20 2s 6 24 1s 0（ε）-------→024 620561=- 0s 24 -------→240 2461=-εε 第一列系数出现0，用一个小正数ε代替，ε上下元素符号相同，表示有一对纯虚根存在，则认为有一次变号此例解得根为：±2j ，-2，-3。故系统不稳定，并且有两个不稳定的特征根。 五、系统开环频率特性如图6所示,且P=0，试用奈奎斯特判据分析闭环系统的稳定 性。（10分）

控制工程基础2006年期末试题

清华大学本科生考试试题专用纸 考试课程 控制工程基础 （卷） 年 月 日 . 设有一个系统如图所示，, , ()，当系统受到输入信号t t x i sin 5)(= 的作用时，试求系统的稳态输出)(t x o 。(分 ) i x o x K K D 图 . 设一单位反馈系统的开环传递函数为 ) 11.0(100 )(+= s s s G 现有三种串联校正装置，均为最小相位的，它们的对数幅频特性渐近线如图所示。 若要使系统的稳态误差不变，而减小超调量，加快系统的动态响应速度，应选取哪种校正装置？系统的相角裕量约增加多少？(分) ) L (w ) (d B ) () ) L (w ) (d B ) ) L (w ) (d B ) () ()

图 . 对任意二阶环节进行校正，如图，如果使用控制器， , 均为实数，是否可以实现闭环极点的任意配置？试证明之。(分) 图 . 一个未知传递函数的被控系统，先未经校正，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环系统的单位阶跃响应如图所示。 问：() 系统的开环低频增益是多少？(分) () 如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似闭环传递函数；(分) （）如果采用形式的串联校正()I c 1 K G s s =+，在什么范围内时，对原开环系统 相位裕量的改变约在 5.7~0-??之间？(分) 17/8 图 ．已知计算机控制系统如图所示，采用数字比例控制()D z K =，其中>。设采样周期 (i X s ) z 图 （）试求系统的闭环脉冲传递函数() ()() o c i X z G z X z =； (分) （）试判断系统稳定的值范围； (分) （）当系统干扰()1()n t t =时，试求系统由干扰引起的稳态误差。 (分)

控制工程基础第三章参考答案(供参考)

第三章 习题及答案 传递函数描述其特性，现在用温度计测量盛在容器内的水温。发现需要时间才能指示出实际水温的98%的数值， 试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少? 解： 41min, =0.25min T T = 2.已知某系统的微分方程为)(3)(2)(3)(t f t f t y t y +'=+'+''，初始条件2)0( , 1)0(='=--y y ，试求： ⑴系统的零输入响应y x (t )； ⑵激励f (t ) (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )； ⑶激励f (t ) e 3t (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )。 解：(1) 算子方程为：)()3()()2)(1(t f p t y p p +=++ 3.已知某系统的微分方程为)(3)(')(2)(' 3)(" t f t f t y t y t y +=++，当激励)(t f =)(e 4t t ε-时，系统的全响应)()e 6 1e 27e 314()(42t t y t t t ε-----=。试求零输入响应y x (t )与零状态响应y f (t )、自由响应与强迫响应、暂态响应与稳态响应。 解： 4. 设系统特征方程为：0310126234=++++s s s s 。试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的 稳定性。 解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a 4=1，a 3=6，a 2=12，a 1=10，a 0=3均大于零，且有 所以，此系统是稳定的。 5. 试确定下图所示系统的稳定性. 解：210 110(1)(1)(). ()210(21) 1(1) s s s s a G s s s s s s s +++=?=?+++ 系统稳定。 满足必要条件，故系统稳定。 6.已知单位反馈系统的开环传递函数为) 12.001.0()(2++= s s s K s G ξ，试求系统稳定时，参数K 和ξ的取值关系。 解：2()(0.010.21)0D s s s s k ξ=+++=

控制工程基础学习笔记(DOC)

控制工程基础学习笔记 一、概论 1.1基本概念 控制：由人或用控制装置使受控对象按照一定目的来动作所进行的操作。 输入信号：人为给定的，又称给定量。 输出信号：就是被控制量。它表征对象或过程的状态和性能。 反馈信号：从输出端或中间环节引出来并直接或经过变换以后传输到输入端比较元件中去的信号，或者是从输出端引出来并直接或经过变换以后传输到中间环节比较元件中去的信号。 偏差信号：比较元件的输出，等于输入信号与主反馈信号之差。 误差信号：输出信号的期望值与实际值之差。 扰动信号：来自系统内部或外部的、干扰和破坏系统具有预定性能和预定输出的信号。 1.2控制的基本方式 开环控制：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统，称为开环控制系统。 闭环控制：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统，称为闭环控制系统。 1.3反馈控制系统的基本组成 给定元件：用于给出输入信号的环节，以确定被控对象的目标值（或称给定值）。 测量元件：用于检测被控量，通常出现在反馈回路中。 比较元件：用于把测量元件检测到的实际输出值经过变换与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：用于将比较元件给出的偏差信号进行放大，以足够的功率来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件：用于直接驱动被控对象，使被控量发生变化。 校正元件：亦称补偿元件，它是在系统基本结构基础上附加的元部件，其参数可灵活调整，以改善系统的性能。 1.4对控制系统的性能要求 稳定性：指系统重新恢复稳态的能力。稳定是控制系统正常工作的先决条件。

快速性：指稳定系统响应的动态过程的时间长短。 准确性：指控制系统进入稳态后，跟踪给定信号或纠正扰动信号影响的准确度。 二、控制系统的动态数学模型 2.1 控制系统的运动微分方程 2.1.1 建立数学模型的一般步骤 用解析法列写系统或元件微分方程的一般步骤是： (1)分析系统的工作原理和信号传递变换的过程，确定系统和各元件的输入、输出量。 (2)从系统的输入端开始，按照信号传递变换过程，依据各变量所遵循的物理学定律，依次列写出各元件、部件动态微分方程。 (3)消去中间变量，得到一个描述元件或系统输入、输出变量之间关系的微分方程。 (4)写成标准化形式。将与输入有关的项放在等式右侧，与输出有关的项放在等式的左侧，且各阶导数项按降幂排列。 2.2 拉氏变换与反变换 2.2.1 拉普拉斯变换的定义 如果有一个以时间t 为自变量的实变函数f(t)，它的定义域是t>=0，那么f(t)的拉普拉斯变换定义为 F(s)=L[f(t)]= 式中,s 是复变数， 称为拉普拉斯积分；F(s)是函数f(t)的拉普拉斯变换，它是一个复变函数，通常也称F(s)为f(t)的象函数，而称f(t)为F(t)的原函数；L 表示进行拉普拉斯变换的符号。 阶跃函数的拉氏变换 单位斜坡函数的拉氏变换为R(s)=1/s 2 指数函数at e 的拉氏变换 )()()0 e d st F s L f t f t t ∞ -=??????)()()0e d st F s L f t f t t ∞ -=?????? ()()[]? ∞ -?==0 dt e At t f L s R st ? ?∞ -∞-∞-+ =---=0 001 0)(|dt Ae s dt s Ae e s A t st st st 2 s A = []= = ? ∞ -0 dt e e e L st at at ()a s dt e t a s -= ? ∞ --1

江苏科技大学控制工程基础试题1

学院 专业 学号 姓名 密封线 内 不 要 答 题 密 封 线 内 不 要 答 题 江 苏 科 技 大 学 20×× － 20×× 学年第×学期 《自动控制基础》课程试题 1.（9分）设单位负反馈系统开环零极点分布如图所示，试绘制其一般根轨迹图。 （其中-P 为开环极点,-Z 为开环零点） 2.（10分）已知某系统初始条件为零，其单位阶跃响应为)0(8.08.11)(94≥+-=--t e e t h t t ，试求系统的传递函数及单位脉冲响应。

3.（12分）当ω从0到+∞变化时的系统开环频率特性()()ωωj j H G 如下图所示。K 表示开环增益。P 表示开环系统极点在右半平面上的数目。v 表示系统含有的积分环节的个数。试确定闭环系统稳定的K 值的范围。 4.（12分）已知系统结构图如下，试求系统的传递函数 )(,)(s E s C 0,3==p v （a ） 0,0==p v （b ） 2,0==p v （c ）

5．（15分）已知系统结构图如下，试绘制K 由0→+∞变化的根轨迹，并确定系统阶跃响应分别为衰减振荡、单调衰减时K 的取值范围。 6．（15分）某最小相位系统用串联校正，校正前后对数幅频特性渐近线分别如图中曲线(1)、 (2)所示，试求校正前后和校正装置的传递函数)(),(),(21s G s G s G c ，并指出Gc （S ）是什么类型的校正。

7．（15分）离散系统如下图所示，试求当采样周期分别为T=0.1秒和T=0.5秒输入)(1)23()(t t t r ?+=时的稳态误差。 8．（12分）非线性系统线性部分的开环频率特性曲线与非线性元件负倒数描述曲线如下图所示，试判断系统稳定性，并指出) (1x N -和G （j ω）的交点是否为自振点。

机械控制工程基础期末试卷 答案2

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、 快速性 和 准确性 。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环系统 和 闭环系统 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 微分方程 、 传递函数 等。 4． 误差响应 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。 5． 一阶系统 1 1 Ts 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 频域性能指标 。 7． 频率响应是线性定常系统对 谐波 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） 电压放大 功率放大 可逆电机 + -自偶调压器~220V U f +给定毫 伏信号 + -电炉热电偶加热器 U e U g 炉温控制系统 减速器 - 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。 三、如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分） 图2 R u 0 u i L C u 0 u i C u 0 u i R (a) (b) (c)

四、求拉氏变换与反变换(10分) 1．求[0.5]t te -（5分） 2．求1 3 [] (1)(2) s s s - ++ （5分） 五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）

控制工程基础第1阶段测试题

江南大学现代远程教育2010年下半年第一阶段测试卷 考试科目:《控制工程基础》第1 章至第2 章（总分100分）时间：90分钟 ______________学习中心（教学点）批次：层次： 专业：计算机学号：身份证号： 姓名：得分： 一．简述题（50分） 1.按照功能，计算机控制系统可分成哪几类？各有什么特点？ 答：按功能分类：操作指导控制系统（数据处理系统DPS）、直接数字控制系统（DDC）、计算机监督系统（SCC）和分布控制系统等四类。它们的特点是：（1）操作指导控制系统（数据处理系统DPS） 所谓操作指导是指计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。操作人员根据这些数据再进行必要的操作，从而计算机起到了一个操作指导的作用。 （2）直接数字控制系统（DDC） 所谓DDC（Direct Digital Control）控制就是用一台微型机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较，再按直接数字控制方法或PID规律进行控制运算，然后输出到执行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。这是计算机参与控制的最普遍的一种方式。 （3）计算机监督系统（SCC） 计算机监督系统（Supervisory Computer Control）简称SCC系统。在计算机监督控制系统中，由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值后，通过输出通道，去送给模型调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节系统或DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作情况。

（4）分布控制系统 1、可靠性高； 2、速度快； 3、系统模块化； 4、设计、开发、维护简便； 5、价格低 2.DDC系统主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 主要有输入部分、CPU部分、输出部分和被控对象等四个部分： （1）输入部分：利用相应的传感器来检测被控对象的状态（包括信号滤波、统一信号电平和非线性补偿等），并把它转换成数字量，以便CPU处理。 （2）CPU部分：对得到的数字量进行必要的处理，并按预定的控制算法进行运算，再输出计算接果。（3）输出部分：把CPU计算输出的结果转换成数字量，并输出到相应的执行机构，以控制对应的参数。（4）被控对象：即为所需控制的生产对象。 3. 计算机控制系统和使用常规调节装置的自动控制系统有哪些相同点和不同点？ 答：相同点是：都能根据设计的要求，自动完成既定的控制任务。 不相同点是： （1）计算机控制系统可以完成复杂控制规律的控制，而常规调节装置的自动控制系统基本不可能。 （2）系统要改变控制规律，计算机控制系统只要改变程序即可，而常规调节装置的自动控制系统必需改变硬件线路。

机械控制工程基础第三章 复习题及答案

题目：时间响应由和两部分组成。 分析与提示：时间响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成。 答案：瞬态响应、稳态响应 题目：系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程，称为。 分析与提示：瞬态响应，指系统在某一输入信号作用下，系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程。 答案：瞬态响应 题目：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为与。 分析与提示：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为自由响应与强迫响应。 答案：自由响应、强迫响应 题目：系统的时间响应可从两方面分类，按振动来源可分为与。 分析与提示：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为自由响应与强迫响应；按振动来源可分为零输入响应(即由“无输入时系统的初态”引起的自由响应)与零状态响应(即仅由输入引起的响应)。 答案：零输入响应、零状态响应 题目：系统微分方程的特解就是系统由输入引起的输出(响应)，工程上称为。 分析与提示：初始条件及输入信号产生的时间响应就是微分方程的全解。包含通解和特解两个部分。通解完全由初始条件引起的，它是一个瞬态过程，工程上称为自然响应 (如机械振动中的自由振动)。特解只由输入决定，特解就是系统由输入引起的输出(响应)，工程上称为强迫响应 (如机械振动中的强迫振动)。 答案：强迫响应 题目：系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性，还与外加的形式有关。 分析与提示：系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性，还与外加输入信号的形式有关。 答案：输入信号 题目：单位阶跃信号???<>=000t t t u 1)(的拉氏变换为【 】 A 、 s 1 B 、21 s C 、1 D 、s 分析与提示：熟练掌握典型信号的拉氏变换。B 为单位斜坡信号的拉氏变换，C 为单位冲击信号的拉是变换。 答案：A 题目：选取输入信号应当考虑以下几个方面，输入信号应当具有，能够反映系统工作的大部分实际情况。 分析与提示：选取输入信号应当考虑以下几个方面，输入信号应当具有典型性，能够反映系统工作的大部分实际情况。 答案：典型性 题目：选取输入信号时，输入信号的形式应当尽可能。 分析与提示：选取输入信号时，输入信号的形式应当尽可能简单。 答案：简单 题目：是使用得最为广泛的常用输入信号。 分析与提示：单位脉冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、单位抛物线函数 都为常用输入信号时，单位脉冲函数是使用得最为广泛的常用输入信号。 答案：单位脉冲函数 题目：设一阶系统的传递函数为 5 23 +s ，则其时间常数和增益分别是【】 A ． 2，3 B ．2，3/2 C ． 2/5，3/5 D ． 5/2，3/2

(完整版)控制工程基础(第一章)

辽宁科技学院教案 课程名称：控制工程基础 任课教师：杨光 开课系部：机械学院 开课教研室：机制 开课学期：2012～2013学年度第1学期

教学内容备注 一、机械工程控制论的研究对象与任务 机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题。 1、系统(广义系统):按一定的规律联系在一起的元素的集合。 2、动力学问题:系统在外界作用（输入或激励、包括外加控制与外界干扰） 下，从一定初始状态出发，经历由其内部的固有特性（由系统的结构与参数所 决定）所决定的动态历程（输出或响应）。这一过程中，系统及其输入、输出三 者之间的动态关系即为系统的动力学问题。 上式中y(t)为微分方程的解，显然它是由系统的初始条件，系统的固有特性，系统的输入及系统与输入之间的关系决定。 对上例，需要研究的问题可归纳为以下三类：

二、控制理论的发展与应用 控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。从1868年马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出低阶系统稳定性判据至今一百多年里，自动控制理论的发展可分为四个主要阶段： 第一阶段：经典控制理论（或古典控制理论）的产生、发展和成熟； 第二阶段：现代控制理论的兴起和发展； 第三阶段：大系统控制兴起和发展阶段； 第四阶段：智能控制发展阶段。 经典控制理论： 控制理论的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。第二次世界大战期间，为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等基于反馈原理的军用装备，进一步促进和完善了自动控制理论的发展。 ?1868年，马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出了低阶系统的稳定性代数判据。 ?1895年，数学家劳斯（Routh）和赫尔威茨（Hurwitz）分别独立地提出了高阶系统的稳定性判据，即Routh和Hurwitz判据。 ?二战期间（1938-1945年）奈奎斯特（H.Nyquist）提出了频率响应理论 1948年，伊万斯（W.R.Evans）提出了根轨迹法。至此，控制理论发展的第一阶段基本完成，形成了以频率法和根轨迹法为主要方法的经典控制理论。 经典控制理论的基本特征： (1)主要用于线性定常系统的研究，即用于常系数线性微分方程描述的系统的分析与综合； (2)只用于单输入，单输出的反馈控制系统； (3)只讨论系统输入与输出之间的关系，而忽视系统的内部状态，是一种对系统的外部描述方法。 现代控制理论: 由于经典控制理论只适用于单输入、单输出的线性定常系统，只注重系统的外部描述而忽视系统的内部状态。因而在实际应用中有很大局限性。 随着航天事业和计算机的发展，20世纪60年代初，在经典控制理论的基础上，以线性代数理论和状态空间分析法为基础的现代控制理论迅速发展起来。 1954年贝尔曼（R.Belman)提出动态规划理论 1956年庞特里雅金（L.S.Pontryagin）提出极大值原理 1960年卡尔曼（R.K.Kalman)提出多变量最优控制和最优滤波理论 在数学工具、理论基础和研究方法上不仅能提供系统的外部信息（输出量和输入量），而且还能提供系统内部状态变量的信息。它无论对线性系统或非线性系统，定常系统或时变系统，单变量系统或多变量系统，都是一种有效的分析方法。 当今世界，控制技术无处不在,世界随处可见控制与反控制。 控制技术融合了信息技术、工程技术，是多种技术的融合。

控制工程基础第1阶段测试题ok

江南大学现代远程教育第一阶段测试卷 考试科目:《控制工程基础》第1 章至第2 章（总分100分）时间：90分钟______________学习中心（教学点）批次：层次： 专业：计算机学号：身份证号： 姓名：得分： 一、名词解释（15分） 1.闭环系统 2.多路开关 3. 调节过程中的上升时间r t 二、判断题（10分，对的作符号“O”，错的作符号“×”） 1. 监督控制系统可以实现最优控制。（O） 2. 在输入通道采用多路开关的目的是为了节省器件。（O） 3. 通常工业过程中的许多参数，如温度、压力和流量等都是数字量。（×） 4. 输入输出信号采用电压传输有利于抗干扰。（×） 5. 计算机可以直接处理模拟信号。（×） 三、多选题（15分） 1. 有舍有入整量化方法的最大量化误差为（C ） a. q b. 3/4q c. 1/2q d. 1/4 q 2. 电子式多路开关的优点是（ BCE ） a. 断开阻抗高 b. 开关速度快 c. 体积小 d. 阻抗不受环境影响 e. 寿命长 3. 在数字量输入输出通道中采用光电隔离技术的目的是（ B ） a. 信号放大 b. 抗干扰 c. 把外部电平信号转换为数字量 d.把数字量转换为外部电平信号

四、计算题 (10分) 若某ADC 的输入电压范围为max U =5V ，min U =－5V ，n =12，试求其量化单位。 五、简述题（50分） 1. 按照功能，计算机控制系统可分成哪几类？各有什么特点？ 2. DDC 系统主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

3. 计算机控制系统和使用常规调节装置的自动控制系统有哪些相同点和不同点？ 4. 说明手/自动无扰动切换的意义和途径。

《控制工程基础》试卷及详细答案

一、填空题（每题1分，共15分） 1、对于自动控制系统的性能要 求可以概括为三个方面， 即： 、 和 ，其中最基本的要求是 。 2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ，则该系统的 开环传递函数 为 。 3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型 有 、 等。 4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采 用 、 、 等方法。 5、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称 为 ；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为 。 6、设系统的开环传递函数为 12(1)(1) K s T s T s ++，则其开环幅 频特性为 ，相频特性 为 。 7、最小相位系统是 指 。 二、选择题（每题2分，共20分） 1、关于奈氏判据及其辅助函数 F(s)= 1 + G(s)H(s)，错误的说法是 ( ) A 、 F(s)的零点就是开环传递函数的极点 B 、 F(s)的极点就是开环传递函数的极点 C 、 F(s)的零点数与极点数相同 D 、 F(s)的零点就是闭环传递函数的极点 2、已知负反馈系统的开环传递函数 为221 ()6100 s G s s s +=++，则该系统的 闭环特征方程为 ( )。 A 、2 61000s s ++= B 、 2(6100)(21)0s s s ++++= C 、2 610010s s +++= D 、 与是否为单位反馈系统有关 3、一阶系统的闭环极点越靠近S 平面原点，则 ( ) 。 A 、准确度越高 B 、准确度越低 C 、响应速度越快 D 、响应速度越慢 4、已知系统的开环传递函数为 100 (0.11)(5) s s ++，则该系统的开环增 益为 ( )。 A 、 100 B 、1000 C 、20 D 、不能确定 5、若两个系统的根轨迹相同，则有相同的： A 、闭环零点和极点 B 、开环零点 C 、闭环极点 D 、阶跃响应 6、下列串联校正装置的传递函数中，能在1c ω=处提供最大相位超前角的是 ( )。 A 、 1011s s ++ B 、1010.11s s ++ C 、 210.51s s ++ D 、0.11 101 s s ++

控制工程基础期末试题

控制工程基础期末试题 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，，共20分) 1.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量σp( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 2.运算放大器具有_____的优点。( ) A.输入阻抗高，输出阻抗低 B.输入阻抗低，输出阻抗高 C.输入阻抗高，输出阻抗高 D.输入、输出阻抗都低 3.在伯德图中反映系统抗高频干扰能力的是( ) A.低频段 B.中频段 C.高频段 D.无法反映 4.设开环系统频率特性G(jω)= ,当ω=1rad/s时，其频率特性幅值M(1)=( ) A. B.4 C. D.2 5.设开环传递函数G(s)H(s)= ,α>0,K>0，随着K增大，闭环系统 ( ) A.相对稳定性变差，快速性不变 B.相对稳定性变好，快速性不变 C.相对稳定性不变，快速性变好 D.相对稳定性变差，快速性变差 6.对于一阶、二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的( ) A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是 7.开环传递函数为G(s)H(s)=, 则实轴上的根轨迹为( ) A.〔－4,∞) B.〔－4,0〕 C.(－∞,－4) D. 〔0,∞〕 8.进行串联滞后校正后，校正前的穿越频率ωc与校正后的穿越频率的关系，通常是( ) A.ωc= B.ωc> C.ωc< D.ωc与无关 9.PID控制规律是____控制规律的英文缩写。( ) A.比例与微分 B.比例与积分 C.积分与微分 D.比例、积分与微分 10.比例环节的频率特性相位移θ(ω)=( ) A.90° B.－90° C.0° D.－180° 二、填空题(本大题共10小题，每小空1分，共15分) 1.根轨迹全部在根平面的__________部分时，系统总是稳定的。 2.设系统的频率特性G(jω)=R(ω)+JI(ω)，则相频特性∠G(jω)=__________。 3.随动系统中常用的典型输入信号是__________和__________。 4.超前校正装置的最大超前角处对应的频率ωm=__________。 5.根据系统给定值信号特点，控制系统可分为__________控制系统、__________控制系统和程序控制系统。

控制工程基础期末考试题

一、填空题 1．控制系统正常工作的首要条件是__稳定性_。 2．脉冲响应函数是t e t g 532)(--=，系统的传递函数为___2 s ?3 s +5____ 。 3．响应曲线达到过调量的____最大值____所需的时间，称为峰值时间t p 。 4．对于一阶系统的阶跃响应，其主要动态性能指标是___T _____，T 越大，快速性越___差____。 5．惯性环节的奈氏图是一个什么形状______半圆弧 。 二、选择题 1．热处理加热炉的炉温控制系统属于：A A.恒值控制系统 B.程序控制系统 C.随动控制系统 D.以上都不是 2．适合应用传递函数描述的系统是（ C ）。 A 、单输入，单输出的定常系统； B 、单输入，单输出的线性时变系统； C 、单输入，单输出的线性定常系统； D 、非线性系统。 3．脉冲响应函数是t e t g 532)(--=，系统的传递函数为： A A.)5(32+-s s B.) 5(32-+s s C.) 5(32+- s D. )5(3 2++s s 4．实轴上两个开环极点之间如果存在根轨迹，那么必然存在( C ) A ．闭环零点 B ．开环零点 C ．分离点 D ．虚根 5. 在高阶系统中，动态响应起主导作用的闭环极点为主导极点，与其它非主导极点相 比，主导极点与虚轴的距离比起非主导极点距离虚轴的距离（实部长度） 要（ A ） A 、小 B 、大 C 、相等 D 、不确定

6．一阶系统的动态性能指标主要是（ C ） A. 调节时间 B. 超调量 C. 上升时间 D. 峰值时间 7 . 控制系统的型别按系统开环传递函数中的（ B ）个数对系统进行分类。 A ．惯性环节 B ． 积分环节 C ． 比例环节 D ．微分环节 8．对于I 型系统，（A ）输入信号稳态误差为零。 A 、单位阶跃 B 、加速度函数 (C) 正弦函数 (D) 单位斜坡 9．在开环零、极点分布已知的情况下，可绘制（ C ）随系统参数变化（如放大系数）而在s 平面上移动的轨迹（根轨迹）。 A.开环极点 B. 开环零点 C.闭环极点 D. 闭环零点 10．开环传递函数为) 35.0() 25.0)(15.0()(+++= s s s s k s G ，其根轨迹的起点为 C A ．0，-3 B ．-1，-2 C ．0，-6 D ．-2，-4 11．当∞→ω时比例微分环节的相位是：A A. 90 B. 90- C. 45 D. 45- 三、简答题 1．自动控制的定义是？ 再没有人直接参与的情况下，使被控对象的某些物理量准确的按照预期规律变化 2．闭环主导极点的定义？ 离虚轴近，又不构成偶极子的极点和零点起作用，决定顺态响应性能。 3. 线性系统稳定的充要条件是？ 系统特征方程式的根全部具有负实部 4. 频率特性的定义？ 用幅值和相位来描述一个点在极坐标内随ω从0变到∞时的轨迹，来分析系统的性能的方法 四、分析计算题 1．（10分）已知系统结构如图1所示，化简结构图求传递函数 ) () (s R s C

控制工程基础学习笔记

控制工程基础学习笔记

控制工程基础学习笔记 一、概论 1.1基本概念 控制：由人或用控制装置使受控对象按照一定目的来动作所进行的操作。 输入信号：人为给定的，又称给定量。 输出信号：就是被控制量。它表征对象或过程的状态和性能。 反馈信号：从输出端或中间环节引出来并直接或经过变换以后传输到输入端比较元件中去的信号，或者是从输出端引出来并直接或经过变换以后传输到中间环节比较元件中去的信 号。 偏差信号：比较元件的输出，等于输入信号与主反馈信号之差。 误差信号：输出信号的期望值与实际值之差。 扰动信号：来自系统内部或外部的、干扰和破坏系统具有预定性能和预定输出的信号。 1.2控制的基本方式 开环控制：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统，称为开环控制系统。

闭环控制：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统，称为闭环控制系统。 1.3反馈控制系统的基本组成 给定元件：用于给出输入信号的环节，以确定被控对象的目标值（或称给定值）。 测量元件：用于检测被控量，通常出现在反馈回路中。 比较元件：用于把测量元件检测到的实际输出值经过变换与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：用于将比较元件给出的偏差信号进行放大，以足够的功率来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件：用于直接驱动被控对象，使被控量发生变化。 校正元件：亦称补偿元件，它是在系统基本结构基础上附加的元部件，其参数可灵活调整，以改善系统的性能。 1.4对控制系统的性能要求 稳定性：指系统重新恢复稳态的能力。稳定是控制系统正常工作的先决条件。

控制工程基础复习题答案(修)1

《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y(t)为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：（ 2） （1）1 阶；（2） 2 阶；（3）3 阶；（4） 4阶 2、一阶系统的传递函数为 3；其单位阶跃响应为（2） 5s1 t t t （ 1）1 e5；（2）33e 5；（3） 55e 5；（4） 3 e 2t 5 3、已知道系统输出的拉氏变换为Y( s)n2 s20.2 n s n （1）欠阻尼；（2）过阻尼；（3）临界阻尼；（4）无阻尼4、 下列开环传递函数所表示的系统，属于最小相位系统的是（,那么系统处于（1）3）。 (1)s1； (2)1Ts （ T>0）； (3)s1；(4)s 2 (5s 1)(2s1)1T1 s( 2s1)(3s1)s(s3)(s2) 5、已知系统频率特性为 1 ，当输入为 x(t)sin 2t 时，系统的稳态输出为（4）5 j1 （ 1）sin(215)11； ；（ 2） t tg 21 sin(2t tg5) （ 3）sin(215)11 ；（ 4） t tg 252 sin(2t tg5) 1 6、已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为c(t)12e 2t e t，系统的传递函数为（1）。 （ 1）3s2；（ 2）G( s)s 23s 1； G ( s) ( s1)( s( s1)( s2)；（ 3）G(s)1)( s 2)(s2) （ 4）G (s) 3s (s1)(s2) 7、已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为c(t )12e 2t e t，系统的脉冲响应为（ 1 ）。

控制工程基础笔记

控制工程基础 第一章 一、自动控制：无人参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置或控制口），使机器、设备或装置（控制装置或控制口），使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动地按照预定的规律运行。 二、自动控制系统：将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体。开环控制系统：结构简单，便宜；无反馈；稳定性强；抗干扰能力弱。 闭环控制系统：结构复杂，昂贵；有反馈；稳定性差；抗干扰能力强。 自动控制的三种控制方式： 1、开环控制：控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，系统中无反馈。 2、闭环控制：系统中有反馈。 3、复合控制：按偏差控制和扰动控制相结合的控制方式。 反馈控制系统的基本组成：给定元件、测量元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件。 输入信号：r(t) 输出信号：c(t) 偏差信号：e(t) 误差信号：ε(t) 扰动信号：n(t) 前向通道：信号从输入端沿箭头方向到达输入端的传输通道 主通道：前向通道可以由多个，其中有一个是主通道。 主反馈：从输出端到输入端的反馈。 反馈通道：与前向通道信号传递方向相反的通道。 局部反馈：从中间环节到输入端或从输出端到中间环节的反馈。 恒指控制系统 一、按给定信号的特征分类随动控制系统 程序控制系统 二、按系统的数学描述分类： 1》线性系统：当系统各元件输入、输出特性是线性特性，系统的状态和性能可以用线性微分方程描述。 2》线性定常系统：若描述系统的微分方程系数是不随时间而变化的常数。 3》线性时变系统：若微分方程的系数为时间的函数。 4》非线性系统：系统中只要存在一个非线性特性的元件，系统就由非线性方程来描述。 按系统传递信号的性质分类：1，连续系统2，离散系统 按系统输入与输出信号的数量分类： a.单输入单输出系统 b.多输入多输出系统 按微分方程的性质分类：a,集中参数系统b，分布参数系统 对控制系统的性能要求：1-稳定性（首要条件）2-快速性3-准确性 第三章 传递函数定义：单输入单输出线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉式变换与其输入量的拉氏变换之比。 传递函数性质： （1）传递函数只取决于系统和元件的结构和参数，与外作用及初始条件无关。 （2）传递函数只适用于线性定常系统，因为它是由拉氏变换而来的，而拉氏变换是一种线

控制工程基础练习题(一)

控制工程基础练习题（一） 一、填空题 1、设系统的开环传递函数为2(1)(1) K s s Ts τ++，则其开环幅频特性为 ，相频特性为 。 （ ；arctan 180arctan T τωω--o (或： 2180arctan 1T T τωωτω ---+o ) 2、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标 ，它们反映了系统动态过程的 。 （调整时间s t ；快速性） 3、在经典控制理论中，可采用 、根轨迹法或 等方法判断线性控制系统稳定性。（劳斯判据(或时域分析法 ；奈奎斯特判据(或频域分析法) 4、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 （1050.20.5s s s s +++） 5、控制系统的 称为传递函数。一阶系统传函标准形式是 ，二阶系统传函标准形式是 。（输出拉氏变换与输入拉 氏变换在零初始条件下的比值；1()1G s Ts =+；222()2n n n G s s s ωζωω=++或：221()21 G s T s T s ζ=++）。 6、反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc （截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳态性能。 7、根轨迹起始于 ，终止于 。（开环极点；开环零点） 1、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为 ；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为 。含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 。（开环控制系统 闭环控制系统 闭环控制系统） 2、设系统的开环传递函数为12(1)(1) K s T s T s ++，则其开环幅频特性为 ，相频特性为 。 （()A ω= 01112()90()()tg T tg T ?ωωω--=---） 3、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可用 、 、