理工控制工程習(xí)題精講

武漢汽車工業(yè)高校限制系統(tǒng)考試<內(nèi)部>一、填空1、對于反饋限制系統(tǒng)，按反饋信號作用狀況可分為:正反饋、負反饋兩種；按限制系統(tǒng)有無反饋狀況分為:開環(huán)限制和閉環(huán)限制系統(tǒng)。1.對于自動限制系統(tǒng)，根據(jù)輸出變更規(guī)律，可以分為：自動調(diào)整系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序限制系統(tǒng)。在典型閉環(huán)限制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的限制部分由以下給定環(huán)節(jié)、測量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大及運算環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)組成。5．按系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生的緣由分為零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)。1.對限制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為穩(wěn)定性、快速性和精確性。2.就系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系而言，當(dāng)系統(tǒng)已定、并且輸入已知時，求出系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)），并通過輸出來探討系統(tǒng)本身的有關(guān)問題，是_系統(tǒng)分析___。3.當(dāng)系統(tǒng)已定，確定輸入，且確定的輸入應(yīng)使得輸出盡可能符合給定的最佳要求，此即為最優(yōu)限制問題。4.當(dāng)輸入已知，確定系統(tǒng)，且確定的系統(tǒng)應(yīng)使得輸出盡可能符合給定的最佳要求，此即為最優(yōu)設(shè)計問題。5.按系統(tǒng)有無反饋，通?？蓪⑾拗葡到y(tǒng)分為開環(huán)限制系統(tǒng)和閉環(huán)限制系統(tǒng)。6.在限制工程基礎(chǔ)課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有微分方程、傳遞函數(shù)等。7.穩(wěn)態(tài)誤差反應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)偏離系統(tǒng)希望值的程度，它用來衡量系統(tǒng)限制精度的程度。由圖可知系統(tǒng)穩(wěn)定8.評價二階限制系統(tǒng)對單位階躍輸入的瞬態(tài)時域性能指標有、和等。其中，反映了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。由圖可知系統(tǒng)穩(wěn)定9.一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的表達是。11.一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，其幅頻特性為、相頻特性為。10．不穩(wěn)定現(xiàn)象產(chǎn)生的緣由不恰當(dāng)?shù)姆答?，限制系統(tǒng)穩(wěn)定的定義系統(tǒng)在初始條件的作用下，隨著時間趨于無窮大，而輸出響應(yīng)漸漸趨于零。穩(wěn)定的條件為閉環(huán)特征根全部具有負實部。11．校正是指在系統(tǒng)中增加一些環(huán)節(jié)，用以改善系統(tǒng)性能，按校正環(huán)節(jié)的頻率特性分為相位超前校正，相位滯后校正和滯后超前校正。13．傳遞函數(shù)定義為線性系統(tǒng)在零被始條件下,輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比。12．已知開環(huán)系統(tǒng)為當(dāng)輸入為單位階躍函數(shù)時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差為0_，當(dāng)輸入為單位速度輸入時，穩(wěn)態(tài)偏差為_0.5__，單位加速度輸入時，穩(wěn)態(tài)偏差為無窮大。二．推斷正誤（×）１．限制系統(tǒng)的被控變量簡稱限制量。（√）２．閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，則其開環(huán)系統(tǒng)未必是穩(wěn)定的。（×）３．由系統(tǒng)初始狀態(tài)引起的響應(yīng)，稱為零狀態(tài)響應(yīng)。（×）４．限制系統(tǒng)的諧振峰值就是系統(tǒng)的最大超調(diào)量．（√）５．穩(wěn)定的系統(tǒng)不肯定是非最小相位系統(tǒng)。（×）６．Nyquist判據(jù)既能反映肯定穩(wěn)定性,也能反映相對穩(wěn)定性,但不能用于延遲系統(tǒng).1.傳遞函數(shù)只適用與線性定常系統(tǒng)。（√）2．穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且與輸入信號的類型有關(guān)。（√）3．系統(tǒng)的穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與初始條件、外作用的幅值有關(guān)。（×）4．系統(tǒng)的開環(huán)增益越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小。（√）5．頻率響應(yīng)是線性定常系統(tǒng)對正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。（√）三、簡答題：微分方程：在時域中描述系統(tǒng)（或元件）動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型。傳遞函數(shù)：在外界輸入作用前，輸入、輸出的初始條件為零時，線性定常系統(tǒng)、環(huán)節(jié)或元件的輸出的拉普拉斯變換與輸入的拉普拉斯變換之比。前向通道傳遞函數(shù)反饋回路傳遞函數(shù)什么是時間響應(yīng)？答：機械工程系統(tǒng)在外加作用(輸入)激勵下，其輸出量隨時間變更的函數(shù)關(guān)系稱之為系統(tǒng)的時間響應(yīng)，通過對時間響應(yīng)的分析可揭示系統(tǒng)本身的動態(tài)特性。4-2時間響應(yīng)有哪兩部分組成？各部分的定義是什么？答：任一系統(tǒng)的時間響應(yīng)都是由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成。瞬態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)受到外加作用激勵后，從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過程稱為瞬態(tài)響應(yīng)。穩(wěn)態(tài)響應(yīng):時間趨于無窮大時，系統(tǒng)的輸出狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。瞬態(tài)響應(yīng)反映了系統(tǒng)動態(tài)性能，而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)偏離系統(tǒng)希望值的程度可用來衡量系統(tǒng)的精確程度。試述開環(huán)限制系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點。答：優(yōu)點：開環(huán)限制系統(tǒng)無反饋回路，結(jié)構(gòu)簡潔，成本較低。缺點：限制精度低，簡潔受到外界干擾，輸出一旦出現(xiàn)誤差無法補償。6-1什么是頻率特性？答：當(dāng)不斷變更輸入的正弦波頻率（由0變更到無窮大）時，該幅值比和相位差的變更狀況即稱為系統(tǒng)的頻率特性。7-1系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義是什么？答：一個限制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，當(dāng)受到擾動作用時，就要偏離原來的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生初始偏差。所謂限制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就是指當(dāng)擾動消逝之后，系統(tǒng)從初始偏差復(fù)原到原平衡狀態(tài)的實力。7-2一個系統(tǒng)穩(wěn)定的充分和必要條件是什么？答：系統(tǒng)特征方程的全部根都具有實部?；蛘哒f，閉環(huán)傳遞函數(shù)的全部極點均在[s]平面的左半部。8-3系統(tǒng)在何種狀況下采納相位超前校正、相位滯后校正和相位滯后-超前校正。解答：01為了既能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，又能保證系統(tǒng)的其他特性不變壞，須要采納相位超前校正；02為了減小穩(wěn)態(tài)誤差而又不影響穩(wěn)定性和響應(yīng)的快速性，只要加大低頻段的增益就可以時，須要采納相位滯后校正；03須要同時改善系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度時，用相位滯后-超前校正四、計算題1.已知系統(tǒng)微分方程為傳遞函數(shù)為2.某線性定常系統(tǒng)，在單位階躍輸入作用下，其輸出為試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。3.4-9設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為求這個系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。4-6設(shè)單位反饋限制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試求系統(tǒng)的上升時間、峰值時間、最大過調(diào)量和調(diào)整時間。設(shè)有一閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為為了使系統(tǒng)對階躍輸入的響應(yīng)有約5%的過調(diào)量和2秒的調(diào)整時間，試求和值應(yīng)為等于多大。6-2已知系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為，t≥0;試求系統(tǒng)幅頻特性和相頻特性。解：6-6已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖如圖(題6-6)所示，現(xiàn)作用于系統(tǒng)輸入信號，試求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下：（1）（2）（3）?！?——+圖（題6-6）圖（題6-6）解:(1)(2)(3)6-7試繪制具有下列傳遞函數(shù)的各系統(tǒng)的Nyquist圖:(2)(3)(2)（3）試畫出極坐標圖（1）(2)(3)7-8判別圖(題7-7)(a)，（b）所示系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖(題7-8圖(題7-8解(a)10.20.190.1-0.330.1由勞斯表可以看出第一列數(shù)字不全大于零，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。（b）11021109.5210由勞斯表可以看出第一列數(shù)字全大于零，所以該系統(tǒng)穩(wěn)定。7-9畫出下列各開環(huán)傳遞函數(shù)的乃奎斯特圖