机电控制系统设计复习题

一、选择题

在下列每小题的备选答案中选出所有正确的答案，并将其字母标号填入题干的括号内。注：每小题中，若选择结果错一个扣1分，全对给2分。 1.机电控制系统的数学模型有（ ）。

A.稳态误差 B.频率特性 C.稳定性 D.状态方程 E.幅频特性 F.相频特性 2.控制器的控制规律有（ ）。 A.PI B.DI C. PDD. PID E. P F. PF

3.影响机电控制系统的稳态误差的因素有（ ）。 A.系统稳定性 B.系统稳态性C.稳系统开环增益 D.系统开环积分环节个数 F.系统的类型 4.可用来判别系统稳定性的方法有（ ）。

A.相位余量和幅值余量 B.相位交界频率和幅值交界频率 C.劳斯判据D.开环极点和开环增益 5.可用于检测位移的传感器有（ ）。

A.光纤式传感器 B.热电阻式传感器 C.差动变压器式传感器 D.电容式传感器 6.可用于检测压力的传感器有( )。

A.差动变压器式传感器 B.感应同步器 C.电容式传感器 D.光栅式传感器 7.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系是( ) 。 A 幅频特性 B 相频特性 C 传递函数 D 频率响应函数

8.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B )。

A.上升 B.迅速下降 C.保持不变 D.归零 9.热电偶检测温度的工作原理是基于（ ）。

A.热敏效应 B.压电效应 C.热电效应 D.热电势 10.差动变压器式位移传感器是利用（B、D）的变化。

A.线圈的自感将位移转换成感应电势 B.线圈的互感将位移转换成感应电势 C.线圈的自感将位移转换成感应电压 D.线圈的互感将位移转换成感应电压 11.电液比例溢流阀压力控制回路有（ ）。

A.直动式比例溢流阀调压回路 B.先导式比例溢流阀调压回路 C.调速式比例溢流阀调压回路 D.节流式比例溢流阀调压回路 12.电液比例速度调节方式有（ ）。

A.比例溢流调速 B.比例换向调速 C.比例节流调速 D.比例容积调速 13.机电控制系统响应的瞬态分量就是（ ）

A.强迫运动解 B.自由运动解 C.零输入解 D.控制输入解 14.机电控制系统瞬态分量取决于（ ）

A.系统闭环特征根 B.系统的输入信号 C.系统闭环极点 D.系统输出信号 15.机电控制系统响应的稳态分量就是（ ）

A.强迫运动解 B.自由运动解 C.零输入解 D.控制输入解 16.机电控制系统瞬态分量取决于（ ）

A.系统闭环特征根 B.系统的输入信号 C.系统闭环极点 D.系统控制信号 17.改善机电控制系统快速性采用（ ）

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A.顺馈校正 B.前馈校正 C. PD校正 D.超前校正 18.改善机电控制系统稳态性采用（ ）

A.顺馈校正 B.PI校正 C. PD校正 D.超前校正 19.PD校正可以使系统的（ ）

A.稳态误差减小 B.快速性提高 C.超调量减小 D.精度提高 20.超前校正可以使系统的（ ）

A.稳态误差减小 B.快速性提高 C.频带宽度增加 D.精度提高 21.滞后校正使系统的（ ）

A.稳定性增加 B.快速性提高 C.频带宽度增加 D.频带宽度减小

22.滞后校正使系统的（ ）

A.稳定性增加 B.快速性提高 C.频带宽度增加 D.频带宽度减小

23.有一线性系统，其输入分别为u1(t)和u2(t)时，输出分别为y1(t)和y2(t)。当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数)，输出应为（ ） A.a1y1(t)+y2(t) B.a1y1(t)+a2y2(t)C.a1y1(t)-a2y2(t) D.y1(t)+a2y2(t)

1TS24.某串联校正装置的传递函数为Gc(S)=K(0<β<1)，则该装置是（ ）

1TSA.超前校正装置 C.滞后——超前校正装置 25.设系统的传递函数为G(s)=A.

B.滞后校正装置

D.超前——滞后校正装置

1，则系统的阻尼比为（ ） 225s5s1111B. C. D.1 25521(1j)2，当ω=1rad/s时，其频率特性幅值G(1)=( )。

26.设开环系统的频率特性G(jω)=

11 D. 2427.反馈控制系统又称为（ ）

A.开环控制系统 B．闭环控制系统 C.扰动顺馈补偿系统 D．输入顺馈补偿系统 28.如果典型二阶系统的单位阶跃响应为减幅振荡(又称阻尼振荡)，则其阻尼比（ ）

A. 1 B.

2 C.

A．ξ<0 B．ξ=0 C．0<ξ<1 D．ξ≥1

29.G(s)= 1/[(S+1)(S+2)(S+3)(S+4)]环节的对数相频特性的高频渐近线斜率为（ ）

A． -20dB B．-40dB C．-60dB D． -80dB

30.某自控系统的开环传递函数G(s)= 1/[(S+1)(S+2)] ，则此系统为（ ） A．稳定系统 B．不稳定系统C．稳定边界系统 D．条件稳定系统 31.下列性能指标中的( )为系统的稳态指标。 A.Mp B.ts C.N D.ess

32.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系是( )。 A.幅频特性 B.相频特性 C.传递函数 D.频率响应函数 33.超前校正装置的最大超前相角可趋近（ ） A．－90°B．－45°C．45°D．90°

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34.一般来说，系统增加积分环节，系统的稳定性将（ ）。

A．变好 B.变坏 C.不变 D.可能变好也可能变坏

35.系统开环对数幅频特性L(ω)中频段主要参数的大小对系统的（ ）性能无影响。 A.动态 B. 稳态C. 相对稳定性 D. 响应的快速性 36.反馈控制系统又称为（ ）

A．开环控制系统 B．闭环控制系统 C．扰动顺馈补偿系统 D．输入顺馈补偿系统 37.PID控制器的传递函数形式是（ ）

1A．5+3s B．5+3

s11C．5+3s+3D．5+

ss138.已知系统的特征方程为(s+1)(s+2)(s+3)=s+4，则此系统的稳定性为（ ） A．稳定B．临界稳定 C．不稳定D．无法判断

1Ts,1，该校正装置为（ ） 39.某串联校正装置的传递函数为Gc(s)=k

1TsA．滞后校正装置 B．超前校正装置 C．滞后—超前校正装置 D．超前—滞后校正装置

1)40.设开环系统频率特性G(j，则其对数幅频特性的渐近线中频段斜率为（ ）

j(1j10)(1j0.1)A．-60dB/decB．-40dB/dec C．-20dB/dec D．0dB/d

41.将电阻R 和电容 C 串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的 RC吸收电路，其作用是 （ D ）

A．抑制共模噪声 B．抑制差模噪声 C．克服串扰 D．消除电火花干扰

42.若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（ ）

A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV 43.常用于测量大位移的传感器有( A ) A.感应同步器 B.应变电阻式 C.霍尔式 D.涡流式 44.将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 A.质量块 B.导体 C.弹性元件 D.机器组件 45.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( ) A.上升 B.迅速下降 C.保持不变 D.归零

46.三相半波可控整流电路，电阻性负载输出的电压波形，处于连续和断续的临界状态时，α为 ( )度。 A，0度， B，60度， C，30度， D，120度，

47.单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( )

A、0º-90° B、0º-120° C、0º-150° D、0º-180°

48.三相半波可控整流电阻性负载电路，如果三个晶闸管采用同一相触发脉冲，α的移相范围 ( )。 A、0º--60º； B、0º--90º； C、0º--120º； D、0º--150º；

49.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ ）器件完成控制量的切换工作。

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A．锁存器锁存 B．多路开关 C．A/D转换器转换 D．反多路开关

50.步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（ ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量

C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动

51.小功率直流电机控制控制系统中，正确的作法是（ ） A．改变定子上的通电极性，以便改变电机的转向 B．改变转子上的通电极性，以便改变电机的转向 C．在定子上通以交流电，电机可周期性变换转向 D．在转子上通以交流电，电机可周期性变换转向

52.关于ADC0809中EOC信号的描述，不正确的说法是（ ）。 A. EOC呈高电平，说明转换已经结束 B. EOC呈高电平，可以向CPU申请中断

C. EOC呈高电平，表明数据输出锁存器已被选通 D. EOC呈低电平，处于转换过程中 53.PLC的工作方式是（ ）。

A、等待工作方式；B、中断工作方式； C、扫描工作方式；D、循环扫描工作方式；

54.在输出扫描阶段，将（ ）寄存器中的内容复制到输出接线端子上。 A、输入映象； B、输出映象； C、变量存储器； D、内部存储器； 55.双字整数的加减法指令的操作数都采用（ ）寻址方式。 A、字； B、双字； C、字节； D、位； 56.下列那项属于双字寻址（ ）。 A.QW1;B.V10;C.IB0;D. MD28;

57.SM是哪个存储器的标识符（ ）。

A．高速计数器； B．累加器； C．内部辅助寄存器； D．特殊辅助寄存器； 58.字传送指令的操作数IN和OUT可寻址的寄存器不包括下列那项（ ）。 A.T；B.M；C.AQ； D.AC；

59.可使用位寻址方式来存取信息的寄存器不包括（ ）。

A. I B. Q C. AC D. SM

60.PLC的系统程序不包括（ ）。

A.管理程序； B.供系统调用的标准程序模块； C.用户指令解释程序； D.开关量逻辑控制程序； AC是哪个存储器的标识符。（ ）

A、高速计数器 B、累加器 C、内部辅助寄存器 D、特殊辅助寄存器 61.PLC在RUN状态时，总为ON的特殊存储器位是 （ ） A 、SM1.0 B 、SM0.1 C、SM0.0 D 、SM1.1 62.CPU214型PLC数据存储器容量为（ ） A.2K B.2.5K C.1K D.5K 63.世界上第一台PLC生产于（ ）

A． 1968年德国 B．1967年日本 C．1969年美国 D.1970年法国 64.下列那项属于字节寻址（ ）。

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A.VB10 B.VW10 C.ID0 D. I0.2 65.CPU 逐条执行程序，将执行结果放到( )。

A、输入映象寄存器 B、输出映象寄存器 C、中间寄存器 D、辅助寄存器 66.用来累计比CPU扫描速率还要快的事件的是（ ）。

A、高速计数器 B、增计数器 C、减计数器 D、累加器 67.PLC处于（ D ）模式时，允许进行自由端口通讯。

A.RUN模式 B.PROGRAM模式 C. STOP式 D.都可以 68.下列不属于PLC硬件系统组成的是（ ）。

A. 用户程序 B.输入输出接口 C. 中央处理单元 D.通讯接口

二、名词

1.机电控制系统

2. 驱动装置（执行装置） 3.机电控制系统的瞬态响应 4.机电控制系统的稳态响应 5.状态变量 6.状态空间 7.状态轨迹

8.幅频特性是系统在稳态时，输出信号幅值与输入信号幅值之比与输入信号频率的关系。 9.相频特性是输出信号相位与输入信号相位之差与输入信号频率的关系。

10.相位裕量是在幅值交界频率上使系统达到临界稳定状态所需要附加的相位滞后量。 11.幅值裕量是系统在相位交界频率处的幅频特性的倒数。

12.若沿某些晶体介质的一定方向施加机械力使其变形而产生极化效应，则介质的某些表面上将为产生电荷。 13.热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。

14.热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度。 15.热敏电阻是把金属氧化物陶瓷半导体材料经成形、烧结等工艺制成的测温元件。 16.迟滞比较强的参考电压不等于零。

17.文波抑制比是输出端对输入端叠加的交流文波电压的抑制比。

18.文波抑制比反映出稳压电源对输入端引入的交流文波电压的抑制能力。

19.差动变压器式位移传感器是利用线圈的互感将位移转换成感应电势的变化。

20.电液比例流量控制系统用电液比例流量阀来控制系统的速度。

14.自由运动模态 15.超前校正

16.滞后校正 12.极点配置法

三、简答题

1.简述判断稳定性的几种基本方法。 2.简述4种类型的常用开关量传感器。 3.简述4种类型的位移传感器。 4.简述4种类型的温度传感器。

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5.写出如图所示过零比较器在参考电压UR=0时输出电压特性。

6.写出如图所示单限电压比较器在参考电压UR≠0时输出电压特性。

7.简述高性能放大器种类。

8.简述采用 V / F 转换器代替普通 A / D 变换器的优点？ 9.简述热电偶应用的几个重要定律。 10.简述电压比较强的几种类型。 11.简述运算放大器的特点。 12.简述热电偶的工作原理。

13.简述电液比例控制系统的特点。 14.简述压力回路控制的基本功能。 15.简述电液比例速度调节的方式。

16.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？

答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点。

17.试述热电偶检测系统中温度的补偿电路的工作原理。

答：在实际使用热电偶测温，要求冷端保持在0℃ 较困难，希望在室温下测定，这需要加冷端补偿。热电偶的冷18.端补偿通过补偿电桥实现，。桥臂电阻 Rl 、 RZ 、 R3 及 Rcu 与热电偶冷端处于相同的环境温度下。其中 R ：一 RZ 一 R3 = In ，且都是锰铜线绕成，而 Rcu 是铜导线绕制的补偿电阻。 E （直流 4V ）是电桥的电源， R ，是限流电阻，其阻值随热电偶不同而有差异。在 20 ℃ 时，电桥平衡。当冷端温度升高时， R 。随着增大， Uab 增大；而热电动势 E 二随冷端温度升高而减小。若 Uab 的增加量等于 E 二的减少量，则热电偶输出 Uab 的大小将不随冷端温度变化而变化，从而实现温度的补偿。 在实际测量中，当热端与冷端之间距离较远时，需要采用补偿导线延长热电偶拟端，使之远离测量点加图 3 . 32 所示。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号湘献派胜袄叛鹅弧袅滁浪冷消撅茨年滋甸俄会河而旅牙其擦孰线采用多股廉价金属制造，不同热电偶采用不同的补偿导线（已标准化）。

19.简述热电偶的工作原理。 答：热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。两种不同的导体 A 与 B 组成闭合回路，当两个接点温度不同时，回路中将产生电势，该电势的方向和大小取决于两导体的材料及两接点的温度差，而与两导体的粗细、长短无关。如果固定其中冷端温度，将另一端接触被测对象，就可以通过热电势与热端的对应关系确立被测对象的温度。 20.简述热电偶的几个重要定律。

答：一是匀质导体定律；二是中间导体定律；三是标准电极定律；四是中间温度定律。 21.屏蔽有几种型式?各起什么作用?

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答：屏蔽主要有静电屏蔽、电磁屏蔽、低频磁屏蔽和驱动屏蔽四种。静电屏蔽能防止静电场的影响，电磁屏蔽能削弱高频电磁场的影响，低频磁屏蔽主要是为了抗低频磁场的干扰，驱动屏蔽能有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰。

22.为什么采用 V / F 转换器代替普通的 A / D 变换器？

答：采用 V / F 转换器与计算机接口有下列优点： 1）接口简单、占用计算机资源少。2）频率信号输入灵活。3）抗干扰性能好，与计算机接口很容易采用光电隔离。 4）便于远距离传输。可以无线传播或光纤传送。可以大大简化前向通道。

23.PWM 驱动装置如何实现电机转速和方向的控制？

答：PWM 驱动装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”时间的长短，通过改变直流伺服电动机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，并通过改变平均电压的方向性控制转动方向。因此，这种装置又称为“开关驱动装置”。 24.简述电液比例控制的特点。

电液比例控制的主要优点是：l）操作方便，容易实现遥控。 2）自动化程度高，可实现编程控制。 3）工作平稳，控制精度较高。 4）结构简单，对污染不敏感。 5）节能效果好。电液比例控制的主要缺点是：成本较高，技术较复杂。

25.什么是“±1 误差”?

答：在频率量测量时，由于计数值是以整数形式表示的。对于所选定的测量时基而言，由于被测频率是变化的，被测频率与时基之间并无同步措施，难于做到时基的上升沿与被测频率信号的第一个计数脉冲的上升沿正好对齐。也难保证时基的下降沿与被测频率的最后一个计数脉冲的下降沿正好对齐。因而使得所记录的脉冲数要么比实际值多1，或者比实际值少1，这就产生了“±1”误差。 26.简述二阶系统的动态性能随系统阻尼比的变化情况。

答：（1)当0 时，系统的瞬态响应均处于不稳定的发散状态。 （2) 当0 时，系统的瞬态响应总是稳定收敛的。

（3)当0 时，系统的瞬态响应变为等幅振荡的临界稳定系统。 27.简述可编程控制器的结构。

答：可编程控制器是由中央处理器，存储器，输入/输出接口，电源，编程器等部分组成。 28.请说明什么是循环扫描工作方式。

答：循环扫描工作方式是PLC的工作方式,它是指PLC系统在工作时按系统程序规定的顺序，通过扫描，完成输入状态采集、用户程序执行、输出状态更新等功能。

29.试述图3-13 所示全波线性检波电路工作原理，电路中哪些电阻的阻值必须满足一定的匹配关系，并说明其阻值关系。

答：全波精密检波电路，可用于包络检波和绝对值的计算。图中N1为反相放大器，N2为跟随器。us>0时，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，N2为跟随器,uo=us；us<0时，VD2、VD3导通，VD1、VD4截止，N1为反相放大器,

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取R1=R4，uous，所以。为减小偏置电流影响，取R2=R1∥R4，R3=R5。 30.图3所示电路为一低通滤波电路，Y1—Y5应分别选用何种RC元件？

Y3 Y1 ui(t) Y5 Y4 - Y2 ∞ + + N uo(t)

R 图3

答：此电路要构成低通滤波电路，Y1，Y2，Y3应为电阻，Y4，Y5应为电容。

31.试说明图示差动变压器测量电路的工作原理。

答：差动变压器式位移传感器是利用线圈的互感作用将位移转换成感应电势的变化。当线圈输入交流激励电压时，两个次级线圈将产生交变的感应电动势e1 和e2。由于两个次级线圈极性反接，因此传感器的输出电压为两者之差，即 ey=e1-e2。活动衔铁能改变线圈之间的藕合程度，故输出 ey的幅值大小随活动衔铁的位置而变。输出电压经过放大、相敏检波、滤波后得到ey的幅值输出。 32.机电控制系统的基本组成。

组成：控制装置、能量转换驱动装置、末端工作机械系统以及测量变送器等 33.计算机控制典型机电系统的组成 。

由人机接口、控制计算机系统、信号变换电路、局域控制回路、传感器、驱动元件和执行装置所组成。局域控制回路、信号变换电路和这些电路的供电电源都是机电接口技术。 34.机电能量转换方式。

电→磁→机、电→液（气）→机、电→热→机等。 35.机电控制系统的输出响应分量。

包括瞬态分量和稳态分量。瞬态分量表征系统的固有特性，取决于系统的极点，其表达式结构与系统的模态（零输入响应）相同，稳定系统的瞬态分量随着时间趋近于无穷大而趋近于零；稳态分量取决于外界输入信号，当时间趋近于无穷大时，稳态分量就是系统的稳态响应。 36.闭环特征函数F(s)的特点：

1)F(s)的零点为系统闭环极点， F(s) 的极点是系统开环极点； 2)F(s)分子和分母的阶数相等，闭环极点和开环极点数相同； 3)F(s)与开环传递函数Gk(s)相差一常数“1”，即

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F(s) ＝1＋ Gk(s)

37.描述状态空间模型输入输出间信息传递的两个阶段：第一段是输入引起系统内部状态发生变化，用状态方程描述；第二段是系统内部的状态变化引起系统输出的变化，用输出方程描述。由此可见，状态空间表达式在一定程度上描述了系统内部变量的变化，所以称之为内部描述。

38.开环对数频率特性与性能之间的关系：1）开环幅频特性的低频段幅频特性决定系统类型和开环增益，表明了系统的稳态性能；2）开环幅频特性的中频段幅频特性决定系统的动态性能；3）开环幅频特性的高频段幅频特性决定系统抑制衰减噪声干扰的性能。

39.频率法对系统进行校正的基本思路：通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，使校正后的系统尽可能满足如图所示的希望频率特性。

40.系统校正后其校正装置与被校正系统之间的数学关系：

Gk(jc)Gc(jc)G0(jc)1 Gk(jg)Gc(jg)G0(jg)180

41.要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点：

1）低频段的增益要足够大，以满足稳态精度的要求；

2）中频段的幅频特性的一般以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线,并具有较宽的频带，以保证系统有适当的幅值裕.量和相位裕量，从而获得满意的动态性能：

。

3）高频段要求幅值迅速衰减（即增益要尽可能的小），使系统的噪声影响降低到最小程度，如果系统原有部分高频段已符合该要求，则校正设计时可保持高频段形状不变；高于ωc的频率特性都希望呈现-40dB/dec。

4）衔接频段的斜率一般为前后频段相差20dB/dec ，若相差40dB/dec，则对希望频率特性的性能有较大的影响。 42.用频率法对系统进行超前校正的基本原理：是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目点。为此，在对截止频率没有特别要求时，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（幅值穿越频率）处。

43.用频率法对系统进行滞后校正的基本原理：是利用其高频幅值衰减的特性，以降低系统的开环截止频率，提高系统的相位裕量。

44.串联滞后-超前校正的基本原理：综合应用滞后和超前校正各自的特点，即利用校正装置的超前部分来增大系统的相位裕量，以改善其动态性能；利用它的滞后部分来改善系统的静态性能。 45.控制系统的自由运动模态的组成形式：

（1）极点为互不相等的实数根时，自由运动模态形式为

epjt(j1,2,n)

（4）极点出现如m重复数根时，自由运动模态形式为

（5）极点既有互异的实数根、共轭复数根，又有重实数根、重复数根时，系统自由运动模态形式是上述几种形式的线性组合。

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三、计算应用题

1.用PI、PD、PID对系统进行校正。（见课件例） 2.用极点配制法对系统进行校正。（见课件例） 3.p63~p64题11~15

4. p151~p153题8、10、11、13~19 5.p200~p203题8~19

6.题图所示为电阻R0、R1、R2、电容C与放大器构成的电子线路，ui为输入电压，uo为输出电压。试绘制系统的结构图。

题图 有源网络

7.最小相位系统的对数幅频特性如图所示。试求开环传递函数和相位裕量γ。

L(w) -20db/dec 10 0 1 -20 10 -40 w K解：1）开环传递函数G(s)

s(0.1s1)20lgK010,K100.53.162cK3.162

2

）

180(c)18090arctan(0.1c)72.45

8.已知某系统L（ω）曲线，（1）写出系统开环传递函数G（s）；（2）求其相位裕度γ；

L(ω) [-20] 100 10 25 ωc [-40] 解：1）开环传递函数G(s)ω K(0.1s1) 2s(0.01s1)20lgK2K25625 ,0225 .可修编-

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20lg0.1Kc0c0.1K62.5

2）180(c)180180arctan(0.1c)arctan(0.01c)48.9

9.如果要将4～20mA的输入直流电流转换为0～10V的输出直流电压， 试设计其转换电路。该转换电路如题图所示。

R3 R2 Ub ui i R1 题图 解:根据题图电路，有uo(1R4 ∞ - + + N uo

R3R)iR13Ub R2R2取R1=250Ω，当i=4mA时，ui=1V，当i=20mA时，ui=5V。

因此要求

R3Ub1,R2(1R3)511R2有 R3/ R2=6/5，Ub=5/6(V)，取R2=10k，R3=12k，R4= R2// R3=5.45k，取R4=5.6k 。

10.如图2所示电路，N1、N2、N3工作在理想状态，R1=R2=200KΩ，RP=20KΩ，R3=R4=10KΩ，R5=R6=20KΩ，试求该电路的差模增益。

ui1 + ∞ uo1 R1 IR RP - ∞ R2 uo2 R4

- ∞ + uo

R3 R5 + - N1 + N3 R6 ui2 + + N2 图2 uo2ui2ui2ui1ui1uo1IR 解：

R2RPR1uo1ui1R1R(ui2ui1)uo21(ui2ui1)ui2RPRP

uo2uuo1RuRuR5uo1R6oR3uo16o23oR4R6R3R5R4R6R3R5 .可修编-

- . -

R3R4R5R6

uoR5RRR2(uo2uo1)5(11)(ui2ui1)R3R3RP

kduoRRR22020025(11)(1)42ui2ui1R3RP1020

11.系统特征方程为D(s)s52s4s20试判断系统的稳定性 劳斯表 S S S S S S

02345

1 2 8 ε 16/ε -2

0 0 0 -2

-1 -2

辅助方程F(s)2s42

∵劳斯表第一列有负值 ∴系统不稳定 有辅助方程可知

D(s)s52s4s2(s2)(s41)(s2)(s1)(s1)(sj)(sj)

∴在右半s平面根的个数有1个，纯虚根有2个

12.用镍铬-镍硅(K)热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点的温度。

解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E(40，0)=1.611mV.

E(t,0)= E(t，t0)+ E(t0，0)= 29.188mV+1.611mV=30.799 mV 再通过分度表查出其对应的实际温度为：t=740℃

镍铬-铜镍(康铜)热电偶分度表(分度号:E) (参考端温度为0摄氏度) 温度 000 100 200 300 400 500 600 700 800 00 6.3170 13.419 21.033 28.943 36.999 45.085 53.11 61.022 10 6.9960 14.161 21.814 29.744 37.808 45.819 53.907 61.806 20 0.5910 7.6830 14.909 22.597 30.546 38.617 46.697 54.703 62.588 30 1.1920 8.3770 15.661 23.383 31.350 39.426 47.502 55.498 63.368 40 1.8010 9.0780 16.417 24.171 32.155 40.236 48.306 56.291 64.147 50 2.4190 9.7870 17.178 24.961 32.96 41.045 49.109 57.083 64.294 60 3.6830 10.501 17.942 25.754 33.767 41.853 49.911 57.873 65.7 70 4.3290 11.222 18.71 28.549 34.574 42.662 50.713 58.663 66.473 80 4.9830 11.949 19.481 27.345 35.382 43.47 51.513 59.451 67.245 90 5.6460 12.681 20.256 28.143 36.19 44.278 52.312 60.237 68.015 .可修编-

- . - 900 1000 68.783 76.358 69.549 —— 70.313 —— 71.075 —— 71.835 —— 72.593 —— 73.35 —— 74.104 —— 74.857 —— 75.608 ——

13.理想运算放大电路如习题 8 图，试求输出 uo1 和 uo。

14.试设计一个双速电机驱动的工作台PLC控制程序，要求能够完成如下图所示的控制要求：试分配I/O接口、绘出梯形图程序。

题图 RLC电路

（1）分配I/O接口 启动按钮 行程开关ST1 行程开关ST2 行程开关ST3 停止按钮 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.5 快进继电器KM1 慢进继电器KM2 快进继电器KM3 Q0.0 Q0.1 Q0.2

（2）梯形图如下图所示： .可修编-

- . -

15.试设计2台电动机先后启动、停止的PLC程序，控制要求如下：（1）启动的顺序为: 电动机1→延时10秒→电动机2；（2）停止的顺序为: 电动机2→延时5秒→电动机1；允许使用定时器T，试画出其梯形图程序，并写出指令程序。 （2）指令如下： LD X1 ANI T2 AND T1 ANI X3 OR M1 OUT Y1 ANI M2 OUT M2 ANI X3 LD M1 OUT Y2 LD M2 OUT M1 OUT T1 K100 LD X2 OUT T2 K50 LD M1 LD M1 OR M2 END （1）梯形图如下：

16.设计三台电动机先后启动的PLC程序，控制要求如下： 启动的顺序为: 电动机1→电动机2→电动机3 停止的顺序为: 电动机3→电动机2→电动机1

不允许使用定时器T,试画出其梯形图，并写出指令。 （1）梯形图：

.可修编-

- . -

（2）指令 LD X1 OR Y1 ANI X4 OR Y2

OUT Y1 LD X2 AND Y1 OR Y2

ANI X5 OR Y3 OUT Y2 LD X3

AND Y2 OR Y3 ANI X6 OUT Y3

17.某Ⅰ型单位反馈系统固有的开环传递函数为G(s)K，要求系统在单位斜坡输入信号时，位置输入稳态

s(s1)误差ess≤0.1,减切频率ωc’≥4.4rad/s,相角裕度υ’≥45°，幅值裕度Ｋg(dB)≥100 dB.试用无源相位超前网络矫正系统，使其满足给定的指标要求。

解： 由已知原系统为I 型系统，且ess≤0.1，则ess=1/K≤0.1，故K≥10 校正系统传递函数为G(s)10,有c3.14.4，

s(s1)校正前相位裕量180(c)17.945

 ) 20lg10 -20lgc - 20lgc -6dB L(c故10 )L(c104，T1m0.114s，Gc(s)0.456s1

0.114s1)49.845 校正后系统相位裕量180(c而幅值裕度h =∞，系统性能完全得到满足。

18.设单位反馈系统的开环传递函数G(s)K为要求系统稳态速度误差系数Ｋv≥5,相角裕度

s(s1)(0.25s1)υ′≥40°，采用串联滞后校正，试确定校正装置的传递函数。

.可修编-

- . -

解： 由已知原系统为I 型系统，且ess=1/Kv≤0.2，则ess=1/K≤0.2，故K≥5 校正系统传递函数为G(s)5,有c2.236，

s(s1)(0.25s1)校正前相位裕量180(c)5.1140，需提供m5.1140的相位补偿，采用串联滞后校正。

0.52，L(c ) 20lg10 -20lgc 25.7 取401555对应的频率c故10 )L(c2019.2，211c6.67s16.67s，Gc(s) 0.15，12c0.008，T3.52T3.5125s1)45.840 校正后系统相位裕量180(c而幅值裕度h =∞，系统性能完全得到满足。

19.系统校正前后的开环传递函数如图，试求校正装置。（15分）

L -40 -20 -20 ω 10 -40 20 0.1 1 解： 由系统幅频特性图可知校正前系统传递函数为G(s)K，原系统为I型系统，校正后系统传递函数

s(0.1s1)为G(s)K(s1)

s(0.1s1)(10s1)且有20lgK2 0，故K20，c14.14，c20)54.9945 校正前相位裕量180(c)35.2745，校正后系统相位裕量180(cGc(s)s1

0.1s1而幅值裕度h =∞，系统性能完全得到满足。

20.设系统的开环传递函数没有右平面的零点和极点，且开环渐进对数幅频特性曲线为下图中的L0加入串联校正环节后的开环渐进对数幅频特性曲线为图中的L1求校正环节的传递函数，画出该环节的伯德图（对数幅频特性曲线用渐进线表示），并说明该校正环节的作用 （15分）

.可修编-

- . -

L(ω)/dB -20 L0 -40 -20 0 ω/(rad/s) ω1 ω2 ω3 ω4 ω5 -40 -20 -40

L1 -40 解： 由系统幅频特性图可知校正前系统传递函数为G(s)K，原系统为I型系统，校正后系统传递函

s(0.1s1)数为G(s)K(s1)

s(0.1s1)(10s1)且有20lgK2 0，故K20，c14.14，c20)54.9945 校正前相位裕量180(c)35.2745，校正后系统相位裕量180(cGc(s)s1

0.1s1而幅值裕度h =∞，系统性能完全得到满足。

21.试分析图1所示电路是如何提高放大器的输入阻抗的？

答：图1所示电路是自举电路，利用反馈使电阻两端等电位，减少向输出回路索取电流，而使输入阻抗增大的一种电路。

ii1i2uiuo2uiR1R2

uiuuuoo2oR1R32R1R3

ui1uo2uo22ui2

.可修编-

- . -

iuiuiuRR1RR2uiRii12R1R2R1R2iR2R1

当热R1=R2时，输入回路阻抗无穷大，达到了提高放大器输入阻抗的目的。

22.试分析图6-36中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。

VS1 VS2 R1 R2 ∞ - + + N R3 R a)

题图

此电路为一施密特电路。比较器输出的高、低电压分别为稳压管稳压值UZ、-UZ，因此运算放大器同相端两个门限电压为：U1b) uo

ui UR R2 R1 - + + N VD2 uo VS

R3 VD1 ∞ ui UR R2R3UZURR2R3R2R3，U2R2R3UZUR

R2R3R2R3当ui< UR时，VD1截止，uo输出为稳压管稳压值UZ ；当ui> UR时，VD1导通，运算放大器输出负向饱和电压-E，VD2截止，uo=0，此时运算放大器同相端门限电压为：UT当 ui由大变小并小于UT时，uo = UZ。

其电压传输特性如图X6-2所示：

uo UZ uo UZ U2 U1 ui

R2RUZUR

R2RR2RO -UZ O a)

UT UR ui

b) 图X6-2

23.如图所示电路，当输入信号us与Uc的波形如图所示时，试说明电路工作原理并画出uo在加电容C前后的波形。

Uc为正时，前级放大器工作，uA=-us，后级放大器通过并联电阻电容起反馈补偿作用，保证输出为正；Uc为负时，前级放大器不工作，uA=0，us直接作用于后级放大器，输出被反向为正。 .可修编-

- . -

uo在加电容C前的波形。 uo在加电容C后的波形。

24.已知图（a）电路中Vi波形如图（b）所示，画出对应的Vo波形。

对应的Vo波形

25.电子心率起博器系统如下图所示，其中模仿心脏的传递函数相当于一个积分器。设阻尼比ξ=0.5对应最佳响应，问起博器的增益K多大？ X(S) K/（0.05S+1） 1/S Y(S) 起博器 心脏 2答：G(S)=

K20Kn S(0.05S1)S(S20)S(S2n)2由已知条件可得:n=20 K(1),2ζωn=20(2), ζ=0.5(3)

联立三式解得:K=20

26.如图所示电路，已知Ui1=1V，Ui23sintV，稳压管DZ的稳压值为4V，正向压降为0.7V。试按同一坐标比例对照输入波形画出U0(t)的波形图。

.可修编-

- . -

Ui1 Ui2 R1 4k RF 16k - R4 A1 Uo1 DZ

R3 2.2k Uo

R2 8k + 27.如图所示：运算放大器测量电路R1、R2和 R3的阻值固定，RF是检测电阻。设R1＝R2＝R，R3＝RF，

R>>RF。试求U0与的线性关系表达式。图中E为一直流电源。

(1+)RF

R1 R2 － E ＋ - + A U0

R3 答：uoRRFRFRFRRFFRRRFRE 由于R＞＞RF，故

RRFRERuoFFEF

RRR

28.高输入阻抗放大电路如题2图所示，试求：（1）放大电路的输出电压Uo；（2）为保证共模干扰时输出为零的条件；（3）放大电路的差模增益。

Uo1题2图

解：（1）求放大电路的输出电压

第一个放大器为同相放大器，输入电压为U1，其输出电压为

.可修编-

- . -

URf1o11RU1

1第二个放大器的输入为同相电压U2和反相输入电压为U01，其总输出电压为

U1Rf2RUR02f2RUo1441Rf2RUR

f2Rf1214R4RU11

（2）求保证共模干扰时输出为零的条件

当输入信号为共模干扰时，即U1U2Uic时，带入上式得共模干扰引起的输出电压为

U1Rf2RUR2R0icf1f1Uic

4R4R1要使输出电压为零，即

U1Rf2RR0RUf2icR1f1Uic0

44R1因Uic0，故

1Rf2Rf2Rf1R1R04R41R

f2RRf1R141即保证共模干扰时输出为零的条件为

R1Rf2R f1R4（3）求放大电路的差模增益 将条件R1Rf2R代入放大电路的输出信号计算公式得 f1R4URf2Rf2Rf101RU24R14RU111Rf2

RU2U1KU2U14故差模增益为

K1Rf2R

429.高共模抑制比放大电路如题2图所示，试求：（1）放大电路的输出电压Uo；（干扰时输出为零的条件；（3）放大电路的差模增益。

.可修编-

2）为保证共模- . -

题2图

解：（1）求放大电路的输出电压

设放大器反相输入端电压为U，同相输入端电压为U，由理想放大器同相端和反相端的“虚短”特性有

UU

由理想放大器同相端和反相端的“虚断”特性有

Ui1UUU0 R1RfUi2UU0 R2R3联解上述3个式子得电路输出电压为

RU01fR1RfR3UUi1 i2R1R2R3（2）求保证共模干扰时输出为零的条件

当输入信号为共模干扰时，即Ui1Ui2Uic时，带入上式得共模干扰引起的输出电压为

RfU01R1要使输出电压为零，即

RfR3UicUic RRR123RfU01R1因Uic0，故

RfR3UicUic0 RRR123RfR30 RRR231Rf1R1即保证共模干扰时输出为零的条件为

R1R2,R3Rf

（3）求放大电路的差模增益

将条件R1R2,R3Rf代入放大电路的输出信号计算公式得

RfRfR3U01Ui2Ui1RRRR1123

RfUi2Ui1R1故差模增益为

.可修编-

- . -

KRfR1

.可修编-