2022年机械工程控制基础期末试卷 .pdf
机械工程控制基础期末试卷1 一. 填空题 ( 每题分，共25 分)1对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、和。2按系统有无反馈，通常可将控制系统分为和。3在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有、等。4反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统的程度。5一阶系统11Ts的单位阶跃响应的表达是。6有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和。7频率响应是线性定常系统对输入的稳态响应。8稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与的类型有关。9脉冲信号可以用来反映系统的。10. 阶跃信号的拉氏变换是。二图 1 为利用加热器控制炉温的反馈系统10 分电压放大功率放大可逆电机+-自偶调压器220VUf+给定毫伏信号+-电炉热电偶加热器UeUg炉温控制系统减速器-图 1 炉温控制结构图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。三、如图 2 为电路。 求输入电压iu与输出电压0u之间的微分方程，并求该电路的传递函数10 分图 2 四、求拉氏变换与反变换(10 分) 1 求0.5tte 5 分Ru0uiLCu0uiCu0uiR(a)(b)(c)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页机械工程控制基础期末试卷2 2 求13(1)(2)sss5 分五、化简图3 所示的框图，并求出闭环传递函数10 分G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)H2(S)Xi(S)XO(S)图 3 六、图 4 示机械系统由质量m、阻尼系数 C、弹簧刚度 K 和外力)(tf组成的机械动力系统。图 4(a)中)(txo是输出位移。当外力)(tf施加 3 牛顿阶跃力后(恒速信号 )，记录仪上记录质量 m 物体的时间响应曲线如图4 b所示。 试求：1该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5 分) 2该系统的自由频率n、阻尼比；(2 分)3该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k； 3 分4时间响应性能指标：上升时间st、调整时间rt、稳态误差sse 5 分 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页机械工程控制基础期末试卷3 f(t)mckx0(t)1.0042t0.095x0图 4(a) 机械系统图 4b响应曲线图 4 七、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数1510sGk，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号斜坡信号作用下的稳态误差sse分别是多少？10 分八、设有如图5 所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k 值的取值范围 10分 。( )iXs-0( )Xsk(s1)(s5)( )Xs1Ts1s图 5 二. 填空题 ( 每题 2 分，共 20 分)10 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性和准确性。11 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。12 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程、传递函数等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页机械工程控制基础期末试卷4 13 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。14 一阶系统11Ts的单位阶跃响应的表达是/1t Te。15 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。16 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。17 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。18 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。10. 阶跃信号的拉氏变换是1/s 。二图 1 为利用加热器控制炉温的反馈系统10 分电压放大功率放大可逆电机+-自偶调压器220VUf+给定毫伏信号+-电炉热电偶加热器UeUg炉温控制系统减速器-图 1 炉温控制结构图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。解答：输出量：炉温。输入量：给定电压信号。被控对象：电炉。系统包括：电位器、放大器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶。原理方框图：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页机械工程控制基础期末试卷5 三如图2 为电路。求输入电压iu与输出电压0u之间的微分方程，并求出该电路的传递函数。 10 分图 2 解答：跟据电压定律得四、求拉氏变换与反变换3 求0.5tte解答：2112(1)ss4 求13(1)(2)sss解答： =t236tete六、化简框图，并求出闭环传递函数Ru0uiLCu0uiCu0uiR(a)(b)(c)0022002211( )1iiu dtuuRCd udud udtRC dtdtRCsG sRCs精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页机械工程控制基础期末试卷6 G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)H2(S)Xi(S)XO(S)图 4 解：七、 图示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K 和外力)(tf组成的机械动力系统。1213212323211HGGGGGHGGGGGXi(s) Xo(s) 2323211HGGGGGH1/G3Xi(s) Xo(s) _ _ G1G2 G3H2H1/G3Xi(s) Xo(s) _ _ + 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页机械工程控制基础期末试卷7 图(a)中)(txo是输出位移。当外力)(tf施加 3 牛顿阶跃力后，记录仪上记录质量m 物体的时间响应曲线如b图所示。试求：1该系统的微分方程数学模型和传递函数；(4 分)2该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k； 3 分3时间响应性能指标：上升时间st、调整时间rt、振荡频数N、稳态误差sse5 分 。f(t)mckx0(t)1.0042t0.095x0图(a) 机械系统图 b响应曲线解答：解：1对于该系统有：tftkxtxctxm000故kcsmssG212求 k 由 Laplace 变换的终值定理可知：sXstxxst0000limlimskcsmsss31lim20k3而0 x=1.0，因此 k=3. 求 m， 由%100000 xxtxMpp得：%5 .9%1000.1095. 0pM又由式%10021eMp求得将,2pt21ndpt中，得n=1.96。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页机械工程控制基础期末试卷8 再由2nmk求得 m=0.78。求 c 由mcn2，求得 c=1.83. 3求stnst3(取=0.05 时 ) nst43.40 (取=0.02 时) 求rt21arctandrt求 N 取=0.05 时，215. 1N取=0.02 时，212N求sse当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为：pssKe11对于 0 型系统1KKp，代入式中求得：sse八、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数1510sGk，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号作用下的sse分别是多少？8 分精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页机械工程控制基础期末试卷9 解答： 该系统为单位负反馈且为0 型系统， k=11, 所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的sse分别是111、。在单位脉冲信号作用下的稳态误差为01151011lim)()()(1)(1lim00sssXsHsGsHsesisss九、设有如下图的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k 值的取值范围( )iXs-0( )Xsk(s1)(s5)( )Xs1Ts1s解答：k( )(s1)(s5)kG ss系统的特征方程：(s1)(s5)k0s可展开为：32s5sk0s列出劳斯数列：321015s6k30-ks6sksk0,30-k0 0k30 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页
