机械控制工程基础练习题考试题及其答案.pdf

.1、简答题 1、控制系统的基本要求。1）、简述闭环控制系统的组成。测量元件，给定元件，比较元件，放大元件，执行元件，校正元件2）、非最小相位系统有何特点，与最小相位系统的区别是什么？第二题在复平面【s】右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数，反之，在【s】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数。具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统，反之，具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统3）、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。此滞后校正环节是一个低通滤波器，因为当频率高于1/T时，增益全部下降20lgb(db)，而相位减小不多。如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直，当然低频段的增益就提高了。4）、简述系统超前校正网络的校正原理在对数幅频特性曲线上有20db/dec段存在，故加大了系统的剪切频率Wc、谐振频率Wr与截止频率Wb，其结果是加大了系统的带宽，加快了系统的响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果是增加了系统相位稳定性。5）、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些？1：增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益2：在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节3：采用串级控制抑制内回路扰动。6）、简要说明比例积分微分 PID 控制规律中 P、I 和 D 的作用(1)比例系数Kp直接决定控制作用的强弱，加大 Kp可以减小系统的稳定误差，提高系统的动态响应速度，但Kp过大会使动态质量变坏，引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定(2)在比例的调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差，直到积分的直为零，控制作用才停止(3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。2.已知控制系统的结构图如下图所示，求：R(s)E(s)-4s(s 2)C(s)a s（1）当不存在速度反馈(a 0)时，试确定单位阶跃输入动态响应过程的tr，ts和%。44（1）a=0 时，Gs，s2，所以 0.5,n 2ss 2s 2s 4.trn12，tpn12，%e12（2）确定 0.7时的速度反馈常数a值，并确定r(t)ess。t时系统的稳态误差4ss 2 4as4考虑内反馈时，s24s 2 4as 41ss 2 4as 0.7，所以2 4a 4Gs4ss 2.8a 0.2ess12.8 0.7Kp43.如图所示系统，G132，G2ss 3s 2NsRsEsCsG1sG2s（1）判断系统的稳定性；（2）求静态误差系数kp，kv，ka；（3）当系统输入为r(t)30.2t1t，求系统的稳态误差；（4）若系统的干扰为n(t)0.11t，求系统在输入和干扰共同作用下的稳态误差。G1sG2s63（1）s21G1sG2ss 5s 6s 6有劳斯表，可判定第一列均大于0，所以系统稳定。.Kp limG1sG2s s0（2）KvlimsG1sG2s1s02Kalims G1sG2s 0s0（3）ess0.2 ess1ess2 0 0.2Kvess essressn（4）3s 20.1essn lims Ens lims 0.1s0s0sss 2s 36ess essr essn 0.2 0.1 0.1G1sRsG2sG3sG4sCs4.已知系统结构图如下图所示，化简系统结构图，求出系统的传递函数C(s)/R(s)。5.化简系统结构框图，并求CsRs和CsNs。NsG3sRsG1sG2sCsH1s.NsG2sRsG2sG4sCsG3s6、求下图所示系统的传递函数U0sUis。R2C2RR10UisKU0sCR2C21R1UisKU0s7、求下图力学模型的传递函数s。xit为输入位移，.xot为输出位移。.xif1K1f2K2xo8、已知单位反馈的最小相位系统，其开环对数幅频特性如下图所示，试求（1）开环传递函数；（2）计算系统的相位裕度，并判断系统的稳定性；（3）若将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。（华南理工考试题）K解：（1）设Gs，由图可知，T110,T2 0.05sT1s 1T2s 120lgk 0db,10k=1010传递函数为Gss10 s 10.05 s 1（2）2c10c1001.0.05c211c1（近似计算）.180 Gjc180 90 arctan10carctan0.05c 2.91所以，系统稳定。100（3）右移十倍频程，可得Gs，ss 10.005 s 1c10,180 Gjc180 90 arctanc arctan0.005c 2.91相角裕度不变，截止频率扩大10 倍，系统响应速度加快。9、设系统开环传递函数为：GKs5，作出系统的开环幅频和ss 1s 5相频特性曲线，并判断系统的稳定性。10、设电子心率起搏器系统如下图所示：（南航考试题）Rs期望心跳EsK0.05s 1电子起搏器1s心脏实际心跳其中，模拟心脏的传递函数相当于一纯积分器，试求：（1）若 0.5对于最佳响应，问起搏器的增益 K 为多大？（2）若期望心速为 60 次/min,并突然接通起搏器，问 1s 后实际心速为多大？瞬时最大心速为多大？（3）k20K,s210、Gss0.05s 1s 20s 20K（4）（1）（5）0.5,2n 20,n2 20K,K 20400（2）s2，闭环极点，s1,2 1010 3js 20s 400（6）脉冲响应h（7）阶跃响应cte10tcos10 3t jsin10 3t10tt 60htdt 601ec160.0029次/mint0.（8）tpn12 0.181s，%e1216.5%最大心率60116.5%69.9次。11、系统方框图如下图所示。NsGcsXisEs+_+GnsG1s+G2sXosHs求：（1）输出对指令信号的传递函数XosXis；（2）输出对扰动信号的传递函数XosNs；（3）要消除扰动对系统的影响，Gcs应如何选取。X0sG1sG2s、解：（1）Xis1G1sG2sHsGnsG1sGcsX0sG2s（2）Nis1G1sG2sHsGns（3）Gcs，可以消除扰动对系统的影响G1s12、根据系统图，及所对应的阶跃响应曲线，确定系统质量 M、阻尼系数 C 和弹簧刚度 K 的数值。（武汉科技考试题）.Kf=300NMxC0.2x1.0Mp=0.095t/sXs112、解：s2Fsms cs k12Mp e 0.095，0.63001,K 300Kc limcCst limsts0tpn12 0.2s，n19.6Kcn,，求得：c 18.36,m 0.78m2 K m13、控制系统方块图如下图所示。（中科院考试题）R(s)K1s0.25s 1Y(s)Kts（1）确定是闭环系统稳定的参数 KKt 的取值范围；（2）若要求：系统的最大超调量为 10%，调整时间为 1.5 秒（5%的误差带），试确定参数 K 和 Kt 的值。13、解：(1)由结构图求闭环传递函数，应用劳斯判据K Kt1(2)由超调量求，由调节时间求n，对比传递函数标准型求得K 及 Kt。.14、（南航考试题）系统结构如图所示，G(s)定义误差e(t)r(t)c(t)。K，s(Ts 1)试求：（1）若希望（a）图中，系统所有的特征根位于 s 平面 s=-2 的左侧，且阻尼比为 0.5，求满足条件的 K、T 的取值范围。（2）求（a）图中系统的单位斜坡输入下的稳态误差。（3）为了使稳态误差为零，让斜坡输入先通过一个比例微分环节，如图（b）中所示，试求出合适的 K0值。R(s)G(s)(a)C(s)R(s)K0s 1G(s)(b)C(s)14、解：（1）由劳斯稳定判据求得。s1（2）ess（3）E s 21 Ks RsCsTs 1KK02sTs s Kess limsEss01KK0 0KK01 K1015、设单位负反馈系统开环传递函数为Gk(s)。2ss 4s 100（武汉科技考研题）求（1）写出系统开环幅频、相频特性表达式；（2）绘制系统开环对数幅频特性（渐近线）和相频特性；（3）确定该系统的相位穿越频率，并判断系统的稳定性。16、某单位负反馈系统的开环传递函数为GsK，已知在正弦输入信sTs 1.号rtsin2t作用下，系统的稳态输出为csstsin2t，试确定系统2单位阶跃响应的超调量与调整时间。（电子科大）、解：由开环传递函数G（s）得sKTs2 s K2，j21,j2 2KK 4T 41,K 4T 0，K=2,T=0.5,=0.5,n 2rad s33s12进而求Mp e16.3%，tsn17、（1）已知一最小相位系统开环的对数幅频特性如下图所示。试写出系统开环传递函数 G(s)，计算相位裕度和增益裕度h。（2）若系统原有的开环传递函数为Gs10010.1s，而校正后的对数2s幅频特性正如下图，求串联校正装置的传递函数。（东北大学）L/dB40-40dB/dec-20dB/dec14100lg-40dB/dec 1Ks 1KTs 11417、解：（1）系统开环传递函数Gs2sT2s 1s21s 110020lgK 40lg1 40dB,K 100.A(c)100c41，25cc21，增益裕量为180 c66.9（2）校正前开环传递函数为Gs前后10010.1s2s校正后的开环传递函数为Gs1000.25s 12s0.01s 10.25s 1G后所以，GcsG前0.01s 10.1s 118、设单位负反馈系统的开环传递函数为：G(S)H(S)k，要求s(s1)设计串联无源超前校正网络 Gc(S)，使校正后系统满足下列指标：1)响应r(t)t时的稳态误差 ess=0.05，；2)相角裕度 45；3)截止频率c7.5radS-1。确定 K 值，求校正网络传递函数。18、解：由ess1 0.05,KvK Kv 20GsHs20 4.47rad s1，css 1 12.61180 90 arctanc选取m8rad s1ca 10.24Lc 20lg Gjc 10.1dB10lga 10.1dBT 1ma 0.0392000.4s 1aTs 10.4s 1aGcsGsTs 10.39s 1ss 10.39s 1180 Gjc62.4 45满足设计要求19、下图中 ABC 是未加校正环节前系统的 Bode 图，GHKL 是加入某种串联环节校正后的 Bode 图。试求：（1）加入的是哪种校正方式，写出该校正环节的传递函数；（2）证明系统的开环增益是 K=100。.dB20dB/decGABH11000.02 1K0C40dB/dec60dB/decL19、（1）由于校正后高频增益下降，因此是相位滞后校正，校正装置传递函数为：Gcss 1s 1s150s 10.02（2）这是一个 I 型系统，其低频段对数幅频特性L 20lgK，当K 时，L0dB，所以 K=100。20、闭环离散系统如下图所示，试求其闭环脉冲传递函数z。CsRsEsEsG1sE1sEs1G2sCsHsCs E1sG2sEs EsGs1*1E1s E*sG1sCs EsGsG2s*1Es Rs HsCs Rs E*sG1sG2sHsE*s Rs E*sG1sG2HsRsEs1G1sG2Hs*Cs E*sG1sG2sRsGsGs1G1sG2Hs12.1、根据控制系统元件的特性，控制系统可分为（B）。A、反馈控制系统和前馈控制系统 B、线性控制系统和非线性控制系统C、定值控制系统和随动控制系统 D、连续控制系统和离散控制系统2、开环系统与闭环系统最本质的区别是（A）。A、开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用B、开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用C、开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路D、开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路3、一阶系统的阶跃响应（D）。A、当时间常数 T 较大时有超调 B、当时间常数 T 较小时无超调C、输入信号幅度大时有超调 D、无超调5，则该系统的单位脉冲响应函数为（B）。s252t2tA、5tB、5eC、5eD、tK5、一系统的传递函数为，则该系统时间响应的快速性（C）。Ts14、某系统的传递函数为GsA、与K 有关B、与K 和 T 有关C、与T 有关D、与输入信号大小有关6、二阶系统的传递函数Gs2，当 K 增大时，其（C）。2Ks 2s1A、固有频率n增大，阻尼比增大B、固有频率n增大，阻尼比减小C、固有频率n减小，阻尼比减小D、固有频率n减小，阻尼比增大7、二阶系统的极点分别为s1 0.5,s2 4，系统增益为 5，则其传递函数为（C）。A、52B、s0.5(s4)s0.5(s4)105D、s0.5(s4)s0.5(s4)C、8、单位反馈开环传递函数为2，则其闭环系统的,n分别为（C）。23s 5s452C、，21252D、，63A、，546352B、，629、非最小相位放大环节的频率特性相位移为（A）。A-180B0C90D-90.10、0 型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为（D）A-60（dB/dec）B-40（dB/decC-20（dB/dec）D0（dB/dec）11、闭环系统跟轨迹的条数是（D）A.n.B.m.C.n-m D.n、m 中的大者12、系统的单位脉冲响应为w(t)0.1t，则系统的传递函数为（A）A、0.10.111B、C、D、22ssss3，则该系统时间常数和放大增益为（C）2s 513、设一阶系统的传递函数为A、23B、235 32 3C、D、5 522 27，若系统容许误差为 2%，则系统的调s 214、一阶系统的传递函数为G(s)整时间为（B）A、8B、2C、7D、3.515、已知系统开环频率特性的 Nyquist 图如左图，可判断系统型别是（C）A、0 型B、型C、型D 无法确定=2s 116、传递函数2的零点和极点及比例系数分别是（D）s 3s 2A、零点为0.5，极点为-1、-2，比例系数为1。B、零点为0.5，极点为-1、-2，比例系数为 2。C、零点为-0.5，极点为-1、-2，比例系数为1。D、零点为-0.5，极点为-1、-2，比例系数为 2。17、关于频率特性与传递函数的描述，错误的是（D）A、都是系统的数学模型B、都与系统的初始状态无关C、与单位脉冲响应函数存在一定的数学关系D、与系统的微分方程无关18、跟轨迹渐近线的条数为（C）A、n B、m C、n-m D、n+m.19、下列系统或过程中，不存在反馈的有（C）A、抽水马桶B、电饭煲C、并联的电灯D、教学过程20、以下环节中可以作为相位超前环节的是（A）A、Gcs2s 12s 1B、Gcs3s 13s 1s 1s 1C、GcsD、Gcs 23s 12s 121、已知系统的相位裕度为45，则（C）A、系统稳定B、系统不稳定C、当其幅值裕度大于 0 分贝时系统稳定D、当其幅值裕度小于或等于 0 分贝时系统不稳定22、对于传递函数为G1s101和G2s的两个系统，（A）s 13s 1A、系统 1 的带宽宽，响应速度快B、系统 1 的带宽宽，响应速度慢C、系统 2 的带宽宽，响应速度快D、系统 2 的带宽宽，响应速度慢23、已知系统单位脉冲传递函数为Gzzz 1z 2，其单位脉冲响应为ynT为：(A)A、y00,yT1,y2T3,y3T7,y4T15,B、y00,yT1,y2T3,y3T5,y4T15,C、y00,yT 1,y2T 3,y3T 5,y4T 15,D、y00,yT1,y2T1 3,y3T1 5,y4T115,24、若 线 性 离 散 系 统 为 三 阶 系 统，其 闭 环 极 点 投 影 到平 面 为1,0.02 j0.06，则系统（C）A、稳定B、不稳定C、临界稳定D、稳定与否取决于采样周期.