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必威体育精装版国家开放大学电大《机电控制工程基础》期末题库及答案

一、选择题

1.关于反馈控制的描述，正确的是（）。

A.反馈控制是开环控制

B.反馈控制能够消除系统误差

C.反馈控制不依赖于系统输出

D.反馈控制不需要测量元件

答案：B。反馈控制是根据系统输出与期望输出的偏差来进行控制的闭环控制方式，它可以通过不断调整输入来减小或消除系统误差。而开环控制没有反馈环节，不依据系统输出进行调整；反馈控制依赖于系统输出，并且需要测量元件来获取输出信息。

2.二阶系统的阻尼比ζ=0.5时，系统的响应为（）。

A.欠阻尼响应

B.临界阻尼响应

C.过阻尼响应

D.无阻尼响应

答案：A。对于二阶系统，当0ζ1时为欠阻尼响应，此时系统的响应会出现衰减振荡；ζ=1为临界阻尼响应，系统响应最快且无振荡；ζ1为过阻尼响应，系统响应无振荡且较慢；ζ=0为无阻尼响应，系统会产生等幅振荡。

3.某系统的传递函数为\(G(s)=\frac{5}{s(s+2)}\)，则该系统的类型为（）。

A.0型系统

B.Ⅰ型系统

C.Ⅱ型系统

D.Ⅲ型系统

答案：B。传递函数分母中\(s\)的幂次决定了系统的类型，该传递函数分母中\(s\)的一次幂，所以为Ⅰ型系统。

二、填空题

1.控制系统的基本要求可归结为稳定性、快速性和准确性。

解释：稳定性是系统正常工作的首要条件，确保系统在受到干扰后能够恢复到平衡状态；快速性要求系统能够快速响应输入信号，减少过渡过程时间；准确性则是指系统的输出能够准确跟踪期望输出，减小稳态误差。

2.线性定常系统的重要特性是满足叠加原理和时不变性。

解释：叠加原理意味着系统对多个输入信号的响应等于各个输入信号单独作用时响应的总和；时不变性表示系统的参数不随时间变化，系统的特性在任何时刻都是相同的。

3.根轨迹是指当系统的某个参数（通常是开环增益\(K\)）从0变化到\(+\infty\)时，闭环系统特征方程的根在复平面上的轨迹。

解释：根轨迹是分析和设计控制系统的一种重要工具，通过研究根轨迹可以直观地了解系统参数变化对闭环系统稳定性和动态性能的影响。

三、简答题

1.简述开环控制系统和闭环控制系统的区别。

答：开环控制系统和闭环控制系统主要有以下区别：

结构方面：开环控制系统没有反馈环节，其控制作用直接由输入信号决定；而闭环控制系统有反馈环节，通过测量系统的输出并将其反馈到输入端与输入信号进行比较，形成偏差信号来进行控制。

控制精度方面：开环控制系统的控制精度取决于系统的校准精度和元件的稳定性，对系统内部参数变化和外部干扰没有补偿能力，控制精度相对较低；闭环控制系统能够根据输出与输入的偏差自动调整控制作用，对系统内部参数变化和外部干扰有一定的补偿能力，控制精度较高。

稳定性方面：开环控制系统不存在稳定性问题，因为它没有反馈，不会形成自激振荡；闭环控制系统由于存在反馈，可能会因为参数选择不当而产生不稳定现象，需要进行稳定性分析和设计。

成本和复杂性方面：开环控制系统结构简单，成本较低；闭环控制系统由于增加了反馈环节和比较环节，结构相对复杂，成本也较高。

2.什么是系统的稳态误差？影响稳态误差的因素有哪些？

答：系统的稳态误差是指系统在稳态时，输出的期望值与实际值之间的差值。它是衡量系统控制精度的一个重要指标。

影响稳态误差的因素主要有以下几个方面：

系统类型：不同类型的系统（如0型、Ⅰ型、Ⅱ型系统等）对不同输入信号的稳态误差表现不同。一般来说，系统的型别越高，对某些特定输入信号的稳态误差越小。

开环增益：开环增益越大，系统的稳态误差越小。但开环增益过大可能会导致系统不稳定。

输入信号的形式：不同形式的输入信号（如阶跃信号、斜坡信号、加速度信号等）会使系统产生不同的稳态误差。例如，0型系统对阶跃输入有稳态误差，对斜坡输入和加速度输入的稳态误差为无穷大；Ⅰ型系统对阶跃输入的稳态误差为0，对斜坡输入有稳态误差，对加速度输入的稳态误差为无穷大。

系统内部参数的变化和外部干扰：系统内部元件参数的变化和外部干扰会影响系统的输出，从而产生稳态误差。闭环控制系统可以通过反馈作用对这些因素引起的误差进行一定的补偿，但并不能完全消除。

四、计算题

1.已知系统的开环传递函数为\(G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}\)，试绘制系统的根轨迹草图。

解：

（1）确定开环极点和零点：

开环极点为\(p_1=0\)，\(p_2=1\)，\(p_3=2\)，无开环零点。

（2）根轨迹的分支数：

根轨迹的分支数等于开环极点的个数，即\(n=3\)。

（3）根轨迹的起点和终点：

根轨迹起始于开环极点，