成都電子科技大學(xué)2003年工程碩士工程控制基礎(chǔ)答案考研試題考研真題

PAGEPAGE4電子科技大學(xué)2003年工程碩士研究生入學(xué)考試“工程控制基礎(chǔ)”參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn)試題一：名詞解釋題（每小題3分，共15分）解：凡輸入信號和輸出信號之間不存在線性關(guān)系的元件，稱為非線性元件。具有一個或一個以上非線性元件的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。解：在開環(huán)頻率特性剪切頻率ωC上，使閉環(huán)系統(tǒng)達(dá)到臨界狀態(tài)所需要的附加相移（或正或負(fù)）量，稱為相角裕度γ：γ=∠G(jωC)H(jωC)-（-180O）解：閉環(huán)頻率特性的振幅M(ω)衰減到0.707M(0)時的角頻率，或閉環(huán)對數(shù)幅頻特性的幅值下降到-3dB時，對應(yīng)的角頻率ωb,稱為截止頻率。在閉環(huán)系統(tǒng)中，控制信號為一個任意時間函數(shù)（隨機(jī)信號），其變化規(guī)律無法預(yù)先確定，而輸出量能跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)。非線性閉環(huán)系統(tǒng)中，由于線性部分和非線性部分同時存在，非線性系統(tǒng)常常會產(chǎn)生不守恒的（消耗能量的）等幅震蕩-——自震蕩，稱為極限環(huán)。不穩(wěn)定極限環(huán)是觀察不到的。二．簡答題（每小題5分，共25分）1．解：利用反饋信號對系統(tǒng)進(jìn)行控制就是反饋控制。它能在系統(tǒng)處在擾動的情況下，力圖減小系統(tǒng)的實(shí)際輸出與給定輸入之間的偏差，即系統(tǒng)按偏差進(jìn)行控制。一般而言，反饋控制用來克服無法預(yù)知的干擾，或克服無法檢測的干擾。2．解：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出量與輸入量的復(fù)數(shù)比G(jω)。它是控制系統(tǒng)的輸入為正弦函數(shù)時的傳遞函數(shù)。所以，它也叫正弦傳遞函數(shù)。G(jω)=[Y(ω)]/X,此時，系統(tǒng)的輸入信號為：x(t)=Xsinωt系統(tǒng)的輸出信號為：y(t)=Y(ω)sin[ωt+φ(ω)]3．解：由于控制器采用數(shù)字計(jì)算機(jī)，所以系統(tǒng)中要加入A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)中同時存在模擬信號和數(shù)字信號。又因?yàn)橛?jì)算機(jī)是按周期循環(huán)實(shí)現(xiàn)控制，所以要加采樣開關(guān)。采樣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖如下：通常，采樣開關(guān)工作由A/D完成，D/A完成0階保持器功能。4．解：一般，典型非線性有飽和特性、死區(qū)特性、滯環(huán)特性、繼電器特性等。飽和特性如運(yùn)算放大器電路輸出——輸入電壓關(guān)系特性；死區(qū)特性如機(jī)械靜摩擦產(chǎn)生的位移——外力特性；滯環(huán)特性如存在齒隙的傳動鏈正反驅(qū)動時，輸出——輸入轉(zhuǎn)角特性；繼電器特性如開關(guān)執(zhí)行元件的特性。解：在[S]右半平面沒有開環(huán)零點(diǎn)和極點(diǎn)的傳遞函數(shù)稱為最小相位傳遞函數(shù)。具有最小相位傳遞函數(shù)的系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)。例如：G1(S)=（1+TS）/（1+T1S）,G2(S)=（1-TS）/（1+T1S）。顯然，它們的幅頻特性相同。但G2(S)具有較大的負(fù)相角，所以G2(S)稱為最小相位系統(tǒng)。試題三：計(jì)算題（共25分）1．（8分）解：在A點(diǎn)處設(shè)位移為y，則A點(diǎn)力平衡方程：f1(y–xi)+K1(y–x0)=0B點(diǎn)力平衡方程：f2x0+K2x0+K1(x0–y)=0對上兩式取拉氏變換：f1SY(S)-f1SXi(S)+K1Y(S)-K1X0(S)=0f2SX0(S)+K2X0(S)+K1X0(S)-K1Y(S)=0消去Y(S),可得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：X0(S)/Xi(S)=K1f1S/[(f2S+K1+K2)(f1S+K1)-]2．(10分)解：（1）Kf=0時，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)ф(S)=10/(S2+2S+10)=，∴ωn==3.16,ζ=0.316又知，誤差E(S)=R(S)/[1+G(S)H(S)]==(S+2)/S(S2+2S+10)則穩(wěn)態(tài)誤差：ess（∞）=SE(S)=S(S+2)/S(S2+2S+10)=0.2（2）．Kf≠0時，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為ф(S)=10/[S2+（2+Kf）S+10]=∴ωn==3.16，代入已知ζ=0.6∴2+Kf=2ζωn=2*0.6*3.16=3.792,得：Kf=1.792這時，E(S)=R(S)/[1+G(S)H(S)]=（S+2+Kf）/S[S2+(2+Kf)S+10]=(S+3.792)/S(S2+3.792S+10)則穩(wěn)態(tài)誤差：ess（∞）=SE(S)=(S+3.792)/S(S2+3.792S+10)=0.379（3）.加入KfS后，提高了阻尼比，減少了超調(diào)量，提高了穩(wěn)定性，但因減小了開環(huán)增益，故穩(wěn)態(tài)精度下降。3．（7分）閉環(huán)傳遞函數(shù)ф(S)=K/S[(0.01S2+0.2KζS+1)+K],系統(tǒng)的特征方程為0.01S3+0.2KζS2+S+K=0,勞斯表為：S30.011S20.2KζKS1(0.2Kζ-0.01K)/0.2KζS0K由穩(wěn)定條件，得第1列元素全為正∴有0.2Kζ>0……eq\o\ac(○,1)K>0……eq\o\ac(○,2)(0.2Kζ-0.01K)/0.2Kζ>0……eq\o\ac(○,3)解得：ζ>1/20，K>0，此即為所求。試題四.作圖題（15分）解：1.化簡為標(biāo)準(zhǔn)形式：G(S)=200(2S+1)/[5*4S(S/5+1)(S2/4+3S/4+1)]=10(2S+1)/S(S/5+1)(S2/4+3S/4+1)放大環(huán)節(jié)：20lg10=20dB,微分環(huán)節(jié)：ω1=1/2=0.5震蕩環(huán)節(jié)：ω2=2慣性環(huán)節(jié)：ω3=52．畫伯德圖。3．修正為精確曲線4．在圖中標(biāo)出γ和Kg（dB）值5．因γ和Kg（dB）皆為正值，所以閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。但γ和Kg（dB）值偏小，相對穩(wěn)定性欠缺。習(xí)題五.綜合題（每小題10分，共20分）1．解（a）G(S)=K(τ1S+1)/S2(T1S+1)=K(S/ω1+1)/S2(S/ω2+1)求K:延長-40dB/dec線交odb線于ω3處，已有證明=K,由圖：lgωC–lgω3=lgω3–lgω1∴2lgω3=lgωC+lgω1，即=ωCω1=K∴G(S)=ωCω1(S/ω1+1)/S2(S/ω2+1)(b)G(S)=K(τS+1)/S=K(S/2+1)/S求K:延長-20dB/dec線交odb線于ω1處，已有證明ω1=K,由圖按三角形相似，求得：（lgω1–lg2）/24dB=（lg10–lg1）/20dB有l(wèi)gω1=2