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吉大《控制工程基础》习题答案

?第一章绪论

一、选择题

1.控制论的创始人是（）

A.钱学森B.维纳C.牛顿D.爱因斯坦

答案：B

解析：控制论是由美国数学家维纳创立的。

2.控制工程的研究对象是（）

A.控制系统B.控制理论C.控制方法D.控制器

答案：A

解析：控制工程主要研究控制系统的分析、设计与实现等。

二、填空题

1.控制系统按其结构可分为______控制系统和______控制系统。

答案：开环；闭环

解析：这是控制系统的基本分类方式。

2.反馈控制系统通常由______、______、______和______组成。

答案：给定环节；比较环节；控制器；执行环节

解析：反馈控制系统各环节共同作用实现对被控对象的控制。

三、简答题

1.简述开环控制系统和闭环控制系统的特点。

答案：

-开环控制系统：结构简单，成本低，适用于对控制精度要求不高的场合，但抗干扰能力差，控制精度难以保证。

-闭环控制系统：通过反馈环节能自动纠正偏差，控制精度高，抗干扰能力强，但结构复杂，成本较高。

解析：分别从优缺点方面阐述两者特点。

2.举例说明控制工程在实际中的应用。

答案：如工业生产中的温度、压力、流量控制；汽车的自动驾驶系统；航空航天中的姿态控制等。

解析：从不同领域举例说明控制工程的应用。

第二章控制系统的数学模型

一、选择题

1.传递函数的定义是在（）条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

A.零初始条件B.非零初始条件C.任意初始条件D.稳态条件

答案：A

解析：传递函数定义基于零初始条件。

2.已知系统的传递函数$G(s)=\frac{1}{s^2+2s+1}$，其零点为（）

A.0B.-1C.无D.1

答案：C

解析：令分子为零，此系统分子为1，无零点。

二、填空题

1.线性定常系统的数学模型有______、______、______等。

答案：微分方程；传递函数；状态空间表达式

解析：这些是描述线性定常系统的常见数学模型。

2.系统的传递函数只取决于系统的______和______，与______无关。

答案：结构；参数；输入输出信号的形式

解析：传递函数反映系统本质特性。

三、简答题

1.求系统微分方程$y(t)+3y(t)+2y(t)=x(t)+x(t)$的传递函数。

答案：

对微分方程两边进行拉氏变换：

$s^2Y(s)+3sY(s)+2Y(s)=sX(s)+X(s)$

整理可得传递函数$G(s)=\frac{Y(s)}{X(s)}=\frac{s+1}{s^2+3s+2}$

解析：通过拉氏变换求解传递函数。

2.简述传递函数的性质。

答案：

-传递函数是复变量$s$的有理真分式函数。

-传递函数只取决于系统的结构和参数，与输入输出信号的形式无关。

-传递函数的分母多项式的根就是系统的极点，分子多项式的根就是系统的零点。

-传递函数与微分方程有相通性，可相互转换。

解析：从函数形式、决定因素、零点极点等方面阐述性质。

第三章控制系统的时域分析

一、选择题

1.一阶系统的时间常数$T$越小，系统的响应速度（）

A.越慢B.越快C.不变D.不确定

答案：B

解析：时间常数越小，响应越快。

2.二阶系统的阻尼比$\zeta$=0时，系统的响应为（）

A.无阻尼振荡B.衰减振荡C.临界阻尼D.过阻尼

答案：A

解析：阻尼比为0是无阻尼振荡情况。

二、填空题

1.一阶系统的单位阶跃响应为______。

答案：$y(t)=1-e^{-\frac{t}{T}}$

解析：这是一阶系统单位阶跃响应的表达式。

2.二阶系统的特征方程为$s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2=0$，其阻尼比$\zeta$=______，无阻尼自然频率$\omega_n$=______。

答案：$\frac{2\zeta\omega_n}{2\omega_n}$；$\sqrt{\omega_n^2}$

解析：根据特征方程确定阻尼比和无阻尼自然频率的表达式。

三、简答题