廣東工業(yè)大學(xué)-機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷和答案

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廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 1 頁 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué) 號 姓 名 裝 訂 線 廣東工業(yè)大學(xué)考試試卷 B 課程名稱 控制工程 試卷滿分 100 分 考試時(shí)間 2011 年 12 月 2 日 第 14 周 星期 五 題 號 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 總分 評卷得分 評卷簽名 復(fù)核得分 復(fù)核簽名 一 填空題 20 分 每空 1 分 答案填在答題紙上 1 自動控制系統(tǒng)按輸出變化規(guī)律可分為 和 2 某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 其零點(diǎn)為 放大系2360 5sG 數(shù)為 極點(diǎn)為 3 控制系統(tǒng)中常用的幾種典型的實(shí)驗(yàn)輸入信號為 和 4 微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 5 和 總稱為系統(tǒng)的頻率特性 6 根據(jù)校正環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的連接方式 校正可分為 和 7 采用 PI 校正 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 但相位裕度 穩(wěn)定程度 二 10 分 求系統(tǒng)的微分方程 并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù) R 2 C R 1 u i u o 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 2 頁 三 10 分 通過方框圖的等效變換求取如下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù) C s R s 并繪 制主要步驟的方框圖 Cs Rs 1G3G21H2H 四 10 分 已知某控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 試求 時(shí)該系統(tǒng)10 Gs 1xtt 的輸出 yt 五 10 分 已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 當(dāng)系統(tǒng)的輸入信325 Ks 號為 時(shí) 求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 2 10 xtt 六 10 分 設(shè)單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 當(dāng)作用輸入信1 kGs 號 時(shí) 試求系統(tǒng)的頻率特性及穩(wěn)態(tài)輸出 3cos 20 ixtt 七 10 分 試?yán)L制傳遞函數(shù) 的系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線 40 5 2sG 八 10 分 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖如下圖所示 已知 試求閉環(huán) 2 1 ssG 系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 并用 Routh 判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的 K 的取值范圍 12 s sXi sG Xos 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 3 頁 九 已知兩個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的 Nyquist 圖如下圖所示 試用 Nyquist 判據(jù)判斷系 統(tǒng)是否穩(wěn)定 并說明判斷的理由 其中 p v 分別為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的不穩(wěn)定極點(diǎn) 的個(gè)數(shù)和積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù) P 1 1 1 P 1 V 2 w 0 w 0 w w a b 附錄 拉氏變換表 序號 時(shí)間函數(shù) 拉式變換 1 t 1 2 1 s 3 t 2 4 2 31s 5 ate a 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 4 頁 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué) 號 姓 名 裝 訂 線 廣東工業(yè)大學(xué)考試試卷參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn) A 課程名稱 控制工程 試卷滿分 100 分 考試時(shí)間 2011 年 12 月 2 日 第 14 周 星期 五 1 填空題 20 分 每空 1 分 1 比較環(huán)節(jié) 測量環(huán)節(jié) 放大及運(yùn)算環(huán)節(jié) 執(zhí)行環(huán)節(jié) 2 開環(huán)系統(tǒng) 閉環(huán)系統(tǒng) 3 40 10 8 4 4 sse 2ns 5 穩(wěn)態(tài) 6 增益調(diào)整 相位超前校正 相位滯后校正 相位滯后 超前校正 7 增加 增強(qiáng) 二 10 分 求系統(tǒng)的微分方程 并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 解 輸出點(diǎn)處力平衡方程為 2 分 ooioi xkxkxc21 整理得 2 分 如果直接寫出正確形式的微iiooc121 分方程給 4 分 對上式兩邊做 Laplace 變化 得 3 分 121 sXkscsXkscXiioo 整理上式得傳遞函數(shù) 3 分 如果直接寫出 21kcssGio 正確的傳遞函數(shù)給 6 分 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 5 頁 三 10 分 解 2 分 G 1 s G 2 s G 3 s H 3 s H 2 s G 3 s H 1 s R s C s 2 分 G 1 s 1 G 1 s H 1 s G 2 s H 2 s G 3 s R s C s G 3 s 1 G 3 s H 3 s 2 分 R s C s G 1 s 1 G 1 s H 1 s G 2 s G 3 s 1 G 3 s H 3 s G 1 s 1 G 1 s H 1 s G 2 s G 3 s 1 G 3 s H 3 s 1 H 2 s G 3 s 4 分 R s C s G 1 s G 2 s G 3 s 1 G 1 s H 1 s G 3 s H 3 s G 1 s G 2 s H 2 s G 1 s G 3 s H 1 s H 3 s 評分標(biāo)準(zhǔn)要點(diǎn) 1 閱卷人員對照標(biāo)準(zhǔn)答案 按步驟評分 2 若認(rèn)為與某一步驟相似 即可給該分?jǐn)?shù) 若認(rèn)為某一步驟不完全正確 可按步驟減去 一至二分 以后步驟均不給分 3 步驟不完整 但是結(jié)果正確的 也可給滿分 結(jié)果錯(cuò)誤的 只給出正確的步驟分 4 由于解法并不唯一 采用其它變化方法或梅遜公式的 結(jié)果正確也可給滿分 結(jié)果錯(cuò) 誤的參照評分標(biāo)準(zhǔn)1給分 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 6 頁 四 一階系統(tǒng)響應(yīng) 四 10 分 已知某控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 試求 時(shí)該系統(tǒng)的輸出10 5Gs 23xtt yt 解 1 求輸入 時(shí)系統(tǒng)的輸出1 2xt 1yt 1 分 Xs 1 分 11020 5 YGss 對 進(jìn)行拉氏反變換可求得 s 2 分 0 21 tyte 2 求輸入 時(shí)系統(tǒng)的輸出 23x2 yt 1 分 Xs 1 分 11210 5YGs 對 進(jìn)行拉氏反變換可求得2 s 2 分 0 30tyte 3 根據(jù)疊加原理 可求得系統(tǒng)的輸出 2 分 120 0 2 2 153t ttte 評分標(biāo)準(zhǔn) 1 按答案后的分值給分 2 能求出輸出的拉斯變換的可得 4 分 3 輸出項(xiàng)的系數(shù)錯(cuò)的 根據(jù)錯(cuò)的系數(shù)個(gè)數(shù)進(jìn)行扣分 五 10 分 已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖如下圖所示 當(dāng)輸入 時(shí) 系統(tǒng)的穩(wěn) 2xt 態(tài)誤差 求 值 0 2se pKX s Y s 1s 14s 1sPK 解 系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng) 其開環(huán)傳遞函數(shù)為 2 分 4 1 4 1 0 25PPKKGsss 系統(tǒng)的開環(huán)增益 積分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù) 為 I 型系統(tǒng) 1 分 0 251 I 型系統(tǒng)對單位斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)偏差 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 7 頁 2 分 14spK 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 8 頁 則對斜坡輸入信號 的穩(wěn)態(tài)偏差則為 2xt 2 分 48spK 由于該系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng) 則有 2 分 0 spe 解得 1 分 4p 評分標(biāo)準(zhǔn) 1 按答案后的分值給分 2 不說明穩(wěn)態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)偏差關(guān)系的扣 1 分 3 輸入系數(shù)錯(cuò)導(dǎo)致結(jié)果為 200 扣 2 分 六 10 分 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 1 求系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性 2 當(dāng) sG 作用輸入信號 時(shí)的穩(wěn)態(tài)輸出 6sin 250ixtt 解 1 求頻率特性 共 6 分 2 分 如果未寫此式 后續(xù)特 1 jjjG 性正確則將 2 分分解加入兩個(gè)特性中 幅頻特性 jw為 2 分 4 2142 相頻特性 jG 為 2 分 arctn90 2 求穩(wěn)態(tài)輸出 由輸入知 2 所以 1 分 3 分 52sin 3 0 52sin 4 1arcti 6 0 ttttxs 評分標(biāo)準(zhǔn) 幅度和相位各 1 5 分 如果不計(jì)算開根號和反三角函數(shù) 則必須和第二個(gè)等號后的式子完 全一致 如果計(jì)算出小數(shù) 則要求小數(shù)點(diǎn)后 1 位符合即可 同時(shí)需要檢查是否有中間過程 不能體現(xiàn) 頻率特性求解穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的過程 結(jié)果正確也扣 2 分 七 10 分 試?yán)L制傳遞函數(shù) 的系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線 40 5 ssG 解 1 化為標(biāo)準(zhǔn)形式 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 9 頁 2 分 1025 1 45 sssG 2 頻率特性為 1 分 05 12 jjjG 3 各環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率為 導(dǎo)前環(huán)節(jié) 0 51j 的轉(zhuǎn)角頻率為 1T 1 分 慣性環(huán)節(jié) 2j 的轉(zhuǎn)角頻率為 25T 1 分 慣性環(huán)節(jié) 10 5j 的轉(zhuǎn)角頻率為 340T 1 分 4 對數(shù)幅頻特性圖如下 4 分 1 1 0 1 0 02 5 4 0 2 0 4 0 0 1 0 2 0 d B d e c 2 0 d B d e c 4 0 d B d e c lg Gj 2 0 評分標(biāo)準(zhǔn) 按步驟給分 在化為標(biāo)準(zhǔn)形式時(shí) 若直接從頻率特性 Gj 得出 第 1 2 步得滿分 在畫圖時(shí) 若有思路 但結(jié)果錯(cuò)誤 根據(jù)畫圖的情況考慮給1分或2分 扣分細(xì)則 1 若沒有寫出頻率特性 Gj 扣1分 2 在化為標(biāo)準(zhǔn)形式時(shí) 若思路正確 結(jié)果錯(cuò)誤 扣1分 3 在畫對數(shù)幅頻特性圖時(shí) 若轉(zhuǎn)角頻率的標(biāo)注位置有明顯錯(cuò)誤 扣 1 分 直線的斜率明顯不對 扣 1 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 10 頁 分 在轉(zhuǎn)角頻率處 曲線不轉(zhuǎn)折 扣 1 分 若曲線的形狀基本正確 但畫圖時(shí) 將應(yīng)該在橫軸之上的 曲線畫在橫軸之下 扣 1 分 若曲線的形狀基本正確 但坐標(biāo)軸的信息標(biāo)識不清楚 扣 1 分 八 10 分 已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 試用 Routh 判據(jù)求系統(tǒng)穩(wěn)bbB KssG4020 3 定時(shí) 的取值范圍 bK 答 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 1 分 bbBssK420 3 其特征方程 1 分 02 0 3 sD 建立 Routh 表格 第一列每個(gè) 1 分 bK bKssb400422 20 40 20 13 根據(jù) Routh 判據(jù)要求 2 分 0402 20 bK 則可得到 2 分 50 bK 九 10 分 已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 試作出 Nyquist 圖 并判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)1 2 kGs 定 答 相頻 幅頻 1 分 1 TjjGk Tjkarctn90 1 2 TKjGk 實(shí)部為 虛部為 1 分 2 jk 1 2 jGk 關(guān)鍵點(diǎn) 時(shí) 實(shí)部為 1 分 0 90 jk T 時(shí) 1 分 18 Gk 2 分 1 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 11 頁 圖形不包圍 1 j0 點(diǎn) 2 分 系統(tǒng)開環(huán)函數(shù)也沒有不穩(wěn)定的極點(diǎn) 2 分 系統(tǒng)是穩(wěn)定的 0 p 1 分 廣東工業(yè)大學(xué)試卷用紙 共 12 頁 第 12 頁