1、20210712蘭州石家莊鐵道學院2021-2021學年第1學期2021級本科班期末測試試卷A課程名稱：限制工程根底任課教師：劉希太、鄭明軍測試時間：120分鐘學號：姓名：班級：測試性質(zhì)學生填寫：正常測試緩考補考重修提前修讀題號一一三四五總分總分值2020103020100得分改卷人注：將所有答案寫在后面的做題紙上,最后一頁為草稿紙.一、填空題每空1分,15題共20分1 .限制系統(tǒng)由兩局部組成.2 .建立系統(tǒng)數(shù)學模型的方法有和兩種.3 .按其數(shù)學模型是否滿足,限制系統(tǒng)可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng).4 .隨動系統(tǒng)是指.5 .經(jīng)典限制理論采用的數(shù)學模型主要以為根底；現(xiàn)代限制理論采用的數(shù)學模型主要以為

2、根底.6 .工程上常用的線性化方法是.7 .廣義誤差平方積分性能指標特點.8 .校正元件按在系統(tǒng)中的連接方式可分為串聯(lián)校正、和等.9 .系統(tǒng)頻率特性指標中的諧振頻率是指.10 .系統(tǒng)傳遞函數(shù)與其單位脈沖響應函數(shù)的關系是.11 .系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是.2t12 .某線性定常系統(tǒng)的單位斜坡響應為ytte,t0.其單位階躍響應為13 .在工程限制實踐中,為使系統(tǒng)有滿意的穩(wěn)定性儲藏,一般其幅值裕度應滿足14 .最小相位系統(tǒng)是指.15 .系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為Gk(s)一9一,那么系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比以及單位s(s1)斜坡輸入所引起的穩(wěn)態(tài)誤差分別為、.二、單項選擇題(每題2分,10題共20分)1 .下面關

3、于微分環(huán)節(jié)的限制作用描述中正確的選項是：()(A)使相位滯后(B)減小系統(tǒng)的阻尼(C)抗高頻干擾(D)使相位超前2 .穩(wěn)態(tài)誤差除了與系統(tǒng)的型別、傳遞函數(shù)有關外,還與下述哪一項有關？()(A)階次(B)振蕩頻率(C)阻尼比(D)輸入信號類型3 .二階振蕩系統(tǒng)幅值衰減的快慢取決于：()(A)d(B)n(C)特征根實部絕對值(D)特征根虛部的分布情況4 .系統(tǒng)輸出的拉氏變換完全取決于:(A)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的極點位置(B)系統(tǒng)的初始狀態(tài)、輸入及其傳遞函數(shù)(C)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(D)系統(tǒng)的固有特性5 .相位滯后校正環(huán)節(jié)相當于:(A)低通濾波器(B)高通濾波器(C)帶通濾波器(D)帶阻濾波器6 .以下圖為一

4、階系統(tǒng)單位脈沖響應曲線,那么以下說明正確的選項是:(A)系統(tǒng)的輸出為(t)t,t0(C)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G(s)1/(2s1)(D)系統(tǒng)單位脈沖響應調(diào)整時間為2s7.PI限制類似于:A增益調(diào)整B相位超前校正C相位滯后校正D相位滯后-超前校正8.某單位反應系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)V(s2),那么輸入r(t)2sin2t時穩(wěn)態(tài)輸出的幅值為：(A)亞(B)J2/2(C)2(D)19.以下系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)皿D2(所有參S(TiS1)(T2s1)(T3s1)(T4s1)10.用Nyquist穩(wěn)定判據(jù)判斷上面第9小題所給開環(huán)系統(tǒng)所對應的閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,所得結論正確的選項是:(A) P0,Z

5、1；不穩(wěn)定(B) P0,Z2；不穩(wěn)定(C) P0,Z1;穩(wěn)定(D) P0,Z0;穩(wěn)定三、簡做題2題共10分1、簡述系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線中三頻段分析法及其適用范圍.2、相位超前校正與相位滯后校正在應用方面有何不同？四、計算題4題共30分1. 4分系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖如下所示,求其傳遞函數(shù),要求寫出結果即可.R(s)G2(s)-*G3(s)8_Ggi(s)H2(s)卜GG4(s)G5(s)H3(s)C(s)H1(s)202. (6分)單位反應系統(tǒng)開環(huán)傳函為G(s).利用matlab分別繪制開s(0.5s1)環(huán)系統(tǒng)N氏圖、bode圖、穩(wěn)定性圖,給出穩(wěn)定性表示值,并利用單位脈沖響應進行穩(wěn)定性驗證.1

6、,23. (10分)限制系統(tǒng)如下圖,輸入信號為r(t)1(t)t-t2,t0.試分析系統(tǒng)2穩(wěn)定性及誤差.4. (10分)最小相位系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線如以下圖所示.試給出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s),算其相位裕量.假設上圖為校正后的系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線圖,而原有系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Go(s)20分).五、平時成績(包括平時作業(yè)、期中測驗、考勤和實踐環(huán)節(jié),共石家莊鐵道學院2021-2021學年第1學期2021級本科班期末測試試卷(A)標準答案課程名稱：限制工程根底任課教師：劉希太測試時間：120分鐘班級：機械0801,1-6一、填空題(每空1分,15題共20分)1 .限制對象和限制器2 .分析法、

7、實驗法3 .疊加性4 .在外界作用下,系統(tǒng)的輸出能相應于輸入在廣闊范圍內(nèi)按任意規(guī)律變化的系統(tǒng)5 .傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程6 .將非線性函數(shù)在平衡點附近展開成Taylor級數(shù),然后去掉高次項以得到線性函數(shù)7 .既不允許大的動態(tài)誤差e(t)長期存在,又不允許大的誤差變化率長期存在8 .反應校正、順饋校正9 .幅頻特性A()出現(xiàn)最大值Amax時的頻率10 .拉氏反變換11 .閉環(huán)系統(tǒng)特征根具有負實部12 .12e2t13 .大于6dB或大于214 .傳遞函數(shù)所有零點和極點均在復平面s的左半平面內(nèi)15 .3;1/6；1/9二、單項選擇題(每題2分,10題共20分)(D)(D)(C)(B)(A)(B)(

8、C)(D)(A)(D)三、簡做題(2題共10分)1、簡述系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線中三頻段分析法及其適用范圍.答：系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線可分為低頻段、中頻段和高頻段：低頻段通常指幅頻特性曲線在第一個轉(zhuǎn)折頻率以前的區(qū)段(1/T1),其特性由積分環(huán)節(jié)和開環(huán)增益決定,反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度；中頻段通常指幅頻特性曲線在系統(tǒng)轉(zhuǎn)折頻率附近的區(qū)段(0.1c10c),反映了系統(tǒng)的平穩(wěn)性和快速性；高頻段通常指幅頻特性曲線在中頻段以后的區(qū)段(10c),反映了系統(tǒng)的抗干擾水平.三頻段分析法適用范圍:單位負反應的最小相位系統(tǒng)且其閉環(huán)穩(wěn)定.2、相位超前校正與相位滯后校正在應用方面有何不同？答：相位超前校正常用于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特

9、性已經(jīng)滿足,響應速度較快,但動態(tài)指標如相角裕量過小,超調(diào)量過大,調(diào)節(jié)時間過長的情況.特點：特點：增大了相位裕度,加大了帶寬,從而提升了系統(tǒng)的響應速度,動態(tài)過程得到了顯著改善,但由于系統(tǒng)的增益和型次不變,穩(wěn)態(tài)精度提升較少.相位滯后校正利用滯后網(wǎng)絡的高頻衰減特性,使系統(tǒng)校正后截止頻率下降,從而獲得足夠的相角裕度.特點：可以加大低頻段和增益,而對高頻段影響不大.對于高精度,而快速性要求不高的系統(tǒng)常采用滯后校正,如恒溫限制等.(為了滿足嚴格的穩(wěn)態(tài)性能要求,在采用無源校正網(wǎng)絡時,超前校正要求一定的附加增益,而滯后校正一般不需要附加增益；對于同一系統(tǒng),采用超前校正系統(tǒng)的帶寬大于采用滯后校正時的帶寬.當輸入

10、端電平噪聲較高時,一般不宜選用超前網(wǎng)絡補償.)四、計算題(4題共30分)1. (4分)G(s)G(s)G2(s)G3(s)G4(s)G5(s)1G2(s)G3(s)H2(s)G3(s)G4(s)H3(s)G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)G5(s)H1(s)2. (6分)只要符合要求即可.參考答案如下:clear,s1=zpk(,0,-2,40);sb1=feedback(s1,1)figure(1)subplot(2,2,1);nyquist(s1),gridsubplot(2,2,2);bode(s1),gridsubplot(2,2,3);margin(s1),gridsubplo

11、t(2,2,4);impulse(sb1),gridGm,Pm,Wcg,Wcp=margin(s1)32一一一一一一.一3. (10分)解：系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程：TmssK1KmsKKm0(2分)由勞斯判據(jù)可得系統(tǒng)穩(wěn)定條件：Tm,K1,Km,均大于零且Tmo(3分)穩(wěn)態(tài)誤差分析系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Gk(s)K12Km(,1),為II型系統(tǒng),對加速度輸入有差s(Tms1)(2分)1對輸入信號r(t)1(t)t-t2,t0,由疊加原理可得統(tǒng)在上述信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤21差為：ess.(3分)K1Km增大PD限制器的增益Ki,可以減小對于加速度信號的跟蹤誤差.4.(10分)WK(s)K(TiS1)s2(T2s1)1K(zs1(2分)20lgk40lgWk(s)s2(100s1)|140,所以K100.100(0.25s1)s2(0.01s1)o(2分)100法一-近擬計算：Ac4c2125(2分)1800(25)1800011800tan10.252510tan0.012566.9(2分)法二-較準確計算：由圖知當100時有:A(100)20lg100-(0.25100)211002,(0.01100