机械工程控制基础期末试卷+答案1(34页).doc

-机械工程控制基础-第 34 页342005年10月全国自考机械工程控制基础试卷机械工程控制基础模拟卷一、选择题1. 控制工程主要研究并解决的问题之一是（ ）A、系统已定，输入不确定，求系统的输出B、系统已定，输入已知，求系统的输出（响应）C、系统已定，规定系统的输入D、系统不定，输入已知，求系统的输出（响应）2. 已知机械系统的传递函数为则系统的阻尼比、增益和放大系数是（）。A. 0.25, 1, 1 B. 0.5,4,1 C. 0.25,4,4 D. 0.5,1,43. 弹簧-质量-阻尼系统的传递函数为1/（ms2+cs+k）,则系统的无阻固有频率n为（ ）   A   B  C   D 4. 对于定常控制系统来说（ ）A、 表达系统的微分方程各项系数不随时间改变B、 微分方程的各阶微分项的幂为1C、 不能用微分方程表示D、 系统总是稳定的5.微分环节反映了输入的变化趋势，可以应用于( )。A. 增加系统阻尼B. 减小系统阻尼 C. 减弱噪声的作用D. 减小稳态误差6. 系统方块图如图所示,其开环传递函数Gk(S)是（ ） A 5S/(3S+1) B (3S+1)/5SC 1/5S(3S+1) D 5/S(3S+1)7.系统的输出误差为e(t)，其稳态误差为：（ ）A B C D 8. 比例环节的对数幅频特性曲线是一条（ ）。A.水平线 B.垂直线 C.斜率为-20db/dec的直线 D.斜率为-10db/dec的直线9. 所谓校正（又称补偿）是指（ ）A、加入PID校正器 B、在系统中增加新的环节或改变某些参数C、使系统稳定 D、使用劳斯判据10. PI校正属于下面哪种校正方法：（ ） A相位超前校正 B 相位滞后校正C相位滞后超前校正 D无法确定二、 填空题1. 设计控制系统基于以下几个要求： 、 和 。2. 传递函数可定义为：在外界输入作用前，输入、输出的初始条件 为 时，线性定常系统的 与 之比。3. 当阻尼比大于0小于1时，系统称为 系统，当阻尼比=0时，系统称为 系统，当阻尼比=1时， 系统称为 系统，当阻尼比大于1时系统称为 系统。三、计算题1. 列出如右图所示的系统的微分方程，并推出传递函数。2. 化简图示系统框图，并写出其传递函数3. 已知传递函数如下图所示，求单位阶跃响应的最大超调量Mp和峰值时间tp4.已知单位反馈系统的开环传递函数为:，求单位阶跃和单位斜坡函数输入作用下的稳态误差5. 已知某系统的特征方程为s4+s3+4s2+6s+9=0，试判别其系统的稳定性 6. 试绘制下列传递函数的Bode图。一. 填空题(每小题2.5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）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。求输入电压与输出电压之间的微分方程， 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（5分）2 求（5分）五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）图3六、图4示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统。图4(a)中是输出位移。当外力施加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、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、调整时间、稳态误差（5分）。图4(a) 机械系统 图4（b）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，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）。图5二. 填空题(每小题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。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 一阶系统的单位阶跃响应的表达是。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）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：三如图2为电路。求输入电压与输出电压之间的微分方程，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 求解答：4 求解答：=六、 化简框图，并求出闭环传递函数图4解：G1G2 G3H2H1/G3Xi(s)Xo(s)_+H1/G3Xi(s)Xo(s)_Xi(s)Xo(s)七、图示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统。图(a)中是输出位移。当外力施加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、调整时间、振荡频数、稳态误差（5分）。图(a) 机械系统 图（b）响应曲线解答：解：1）对于该系统有： 故 2）求k 由Laplace变换的终值定理可知： 而=1.0，因此k=3. 求m， 由得： 又由式求得=0.6 将0.6代入中，得=1.96。再由求得m=0.78。 求c 由，求得c=1.83.3）求 2.55 (取=0.05时) 3.40 (取=0.02时) 求 0.91 2.323 求N 取=0.05时，=0.64 取=0.02时， =0.85 求 当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为： 对于0型系统 ，代入式中求得： =0.5八、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是多少？（8分）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分别是、¥。在单位脉冲信号作用下的稳态误差为九、设有如图所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围解答：系统的特征方程：可展开为：列出劳斯数列：k>0,30-k>0<0k<30