机械控制基础期末考试题.pdf

第1页 共10页 机 密启用前 大连理工大学网络教育学院 2019 年秋机械工程控制基础 期末考试复习题 注意事项：本复习题满分共：422 分。一、单项选择题 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A B A B C A B A B C 题号 11 12 13 14 15 答案 A B A B C 1、传递函数只取决于（）。A系统的结构参数 B系统输入量的形式 C系统输入量的大小 D反馈形式 2、二阶系统的传递函数为10043)(2sssG，其无阻尼固有频率是（）。A10 B5 C2.5 D25 3、333d ydyyxdxdx（）线性方程。A是 B不是 C无法确定是不是 D以上选项都不对 4、所谓最小相位系统是指（）。A系统闭环传递函数的所有极点均在S平面左半平面 B系统开环传递函数的所有零点和极点均在 S 平面左半平面 C系统闭环传递函数的所有零点和极点均在 S 平面右半平面 D系统开环传递函数的所有零点和极点均在 S 平面右半平面 第2页 共10页 5、瞬态响应直接反映了系统的（）。A静态特性 B稳态特性 C动态特性 D以上选项都不对 6、对于典型二阶系统，在欠阻尼状态下，如果增加阻尼比的数值，则其动态性能指标中的最大超调量将（）。A减少 B不变 C不一定 D增加 7、二阶欠阻尼的性能指标：上升时间、峰值时间和调整时间，反映了系统的（）。A稳定性 B响应的快速性 C精度 D相对稳定性 8、函数表达式)ht,0(0)0(1)(ththtr表示（）。A脉冲信号 B斜坡信号 C阶跃信号 D加速度信号 9、当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为（）。A系统最优控制 B系统辩识 C系统校正 D系统分析 10、比例环节的频率特性相位移为（）。A90 B90 C0 D180 11、某系统的传递函数为)2)(1(5ss，系统的零极点为（）。A极点为-1 和-2 B极点为 1 和 2 C极点为-1 和-2，零点为 5 D极点为 1 和 2，零点为-5 12、在某一输入信号的作用后，时间趋于无穷大时系统的输出状态称为（）。A瞬态响应 B稳态响应 C暂态过程 D时间响应 13、开环系统比闭环系统的抗干扰能力（）。A弱 B强 第3页 共10页 C一样强 D以上选项都不对 14、瞬态响应的几个性能指标中，不能反映系统时间响应的快速性的是（）。A上升时间 B最大超调量 C调整时间 D峰值时间 15、二阶欠阻尼系统的上升时间定义为（）。A单位阶跃响应达到稳态值的 90%所需的时间 B单位阶跃响应从稳态值的 10%上升到 90%所需的时间 C单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值时所需的时间 D单位阶跃响应达到其稳态值的 50%所需的时间 二、填空题 答案：1系统特征方程的各项系数皆大于零 劳斯阵列第一列元素符号一致 2 根据已知系统的微分方程求解 根据系统的传递函数求解 通过实验测得 3阻尼比 无阻尼自然频率 4静态位置误差系数(Kp)静态速度误差系数(Kv)静态加速度误差系数(Ka)5开环控制系统 闭环控制系统 6提高系统开环增益 增加系统的型号数 复合控制 前馈控制 1、劳斯稳定判据的充分且必要条件是_和_。2、频率特性可以通过三种方法求取，包括_、_和_。3、二阶系统的瞬态响应的性能由_和_决定。4、静态误差系数包括_、_和_。5、根据有无反馈作用分类，系统可分为_与_。6、减小稳态误差的方法有_、_、_、_。三、判断题 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 第4页 共10页 题号 11 12 13 14 15 答案 1、提高开环放大倍数 K 可以使稳态误差上升。2、频率响应是系统对不同频率正弦输入信号的瞬态响应。3、从控制系统响应输出的时间历程来看，控制系统的误差主要是稳态误差。4、某环节的传递函数为TssG1)(，则该环节为微分环节。5、两个不同的输入函数，同时作用于线性系统的响应，等于两个输入函数单独作用的响应之和。6、A 系统最大超调量为 5%，B 系统最大超调量为 6%，则 A 系统比 B 系统相对稳定性要小。7、系统从一个稳态过渡到另一个稳态，或系统受扰动又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为静态偏差。8、型系统能够准确地跟踪斜坡输入，稳态误差为零。9、为消除由于扰动输入而引起的稳态误差，可采用前馈控制。10、对稳定的系统，其特征根距离虚轴越远，系统的稳定程度越高。11、最小相位系统的传递函数的零点在复平面的右侧。12、奈奎斯特稳定判据是利用系统闭环奈奎斯特图判断开环系统稳定性的频率域图解方法。13、信号流程图是另一种分析复杂系统的有用工具，它可以直接采用梅逊公式求系统传递函数。14、系统的响应速度与震荡性能之间往往是存在矛盾的。15、当 t时，y(t)收敛于某稳定值，则系统是稳定的。四、名词解释 1、瞬态响应 系统在某一输入信号的作用下，输出量从初始状态到稳定状态的响应过程称为瞬态响应。2、闭环系统的开环传递函数 反馈信号与偏差信号之比。3、偏差信号 输入信号与主反馈信号之差。第5页 共10页 4、系统的相频特性 输出信号与输入信号的相位之差随频率的变化。5、线性系统 如果系统的数学模型是线性的，这种系统称为线性系统。6、稳态响应 在某一输入信号的作用后，时间趋于无穷大时系统的输出状态称为稳态响应。7、传递函数 当全部初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比叫做系统的传递函数。8、系统的幅频特性 输出信号与输入信号的幅值之比。9、误差信号（或误差）指系统输出量的实际值与希望值之差。10、劳斯判据 依据闭环系统特征方程式对系统的稳定性做出判别。11、反馈信号 从系统/元件输出端取出信号，经过变换后加到系统/元件的输入端，即为反馈信号。12、结构框图 将系统中各元件的名称或功用写在框图单元中，并标明它们之间的连接顺序和信号流向，主要用来说明系统构成和工作原理。13、定常系统 描述系统微分方程的系数不随时间而变化的系统称为定常系统。14、幅值穿越频率 对数幅频特性曲线与横坐标轴相交处的频率称为幅值穿越频率。15、函数框图 把元件或环节的传递函数写在框图单元内，并用表明信号传递方向的箭头将这些框图单元连接起来，主要用来说明环节特性、信号流向及变量关系，便于分析系统。16、时变系统 描述系统微分方程的系数随时间变化的系统，称为时变系统。17、控制系统的快速性 第6页 共10页 当系统输出量与给定量之间产生偏差时，消除这种偏差过程的快速程度。18、时间响应 控制系统在典型输入信号的作用下，输出量随时间变化的函数关系称为系统的时间响应。19、奈奎斯特判据 依据系统的开环极坐标图与（1，0）点之间的位置关系对闭环系统的稳定性作出判别。20、频率响应 系统对正弦输入的稳态输出。五、简答题 1、何谓反馈？何谓负反馈？答：（1）反馈是指输出量通过适当的测量装置将信号全部或是一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。（2）若反馈信号与输入信号方向相反，则称为负反馈。2、控制系统对单位阶跃输入的瞬态响应特征中，何谓延迟时间？何谓峰值时间？答：（1）延迟时间：响应曲线第一次达到稳态值的 50%所需的时间。（2）峰值时间：响应曲线超过其稳态值而达到第一个峰值所需的时间叫做峰值时间。3、机械工程控制理论的研究对象是什么？控制工程主要研究并解决的问题是什么？答：（1）机械工程控制理论的研究对象是机械工程系统中的动态特性。（2）控制工程主要研究并解决的问题是：系统分析 系统最优控制 系统辨识 4、何谓连续系统？何谓采样系统？答：（1）连续系统：系统每个环节之间所传递的信息都是时间的连续信号。（2）采样系统：在系统中，计算机参与工作时，环节之间所传递的信息除了有连续信号外，还有离散信号。第7页 共10页 5、用极坐标图表示频率特性的优缺点是什么？答：（1）极坐标图表示频率特性的优点：在一幅图上同时给出了系统在整个频率域的实频特性、虚频特性、幅频特性和相频特性。它比较简洁直观地表明了系统的频率特性。（2）缺点：不能明显地表示出系统传递函数中各个环节在系统中的作用，绘制较麻烦。6、用波德图表示频率特性的优点是什么？答：（1）可将串联环节幅值的乘、除，化为幅值的加、减。因而简化了计算与作图过程。（2）可用近似方法作图。先分段用直线作出对数幅频特性的渐近线，再用修正曲线对渐近线进行修正，就可得到较准确的对数幅频特性图。这给作图带来了很大方便。（3）可分别作出各个环节的波德图，然后用叠加方法得出系统的波德图，并由此可以看出各个环节对系统总特性的影响。7、系统频率特性的求法有哪三种？答：（1）根据已知系统的微分方程求取。（2）根据传递函数求取。（3）通过实验测得。8、系统传递函数的零点和极点分别指的是什么？答：零点：传递函数分子为零的 s 值。极点：传递函数分母为零的 s 值。9、传递函数的典型环节主要有哪几种？答：比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节、振荡环节、延时环节。10、用框图表示系统的优点是什么？答：（1）只要依据信号的流向，将各环节的框图连接起来，就能容易地构成整个系统；（2）通过框图可以评价每个环节对系统性能的影响，便于对系统进行分析和研究。11、控制系统对单位阶跃输入的瞬态响应特征中，何谓上升时间？何谓调整时间？第8页 共10页 答：（1）上升时间：响应曲线从稳态值的 10%上升到 90%，或从 0 上升到 100%所需的时间。（2）调整时间：在响应曲线的稳态线上，用稳态值的百分数作一个允许误差范围，响应曲线第一次达到并永远保持在这一允许误差范围内所需要的时间。12、分别解释什么是正反馈？什么是负反馈？什么是主反馈？答：（1）当反馈信号与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。（2）当反馈信号与输入信号符号相反，抵消输入信号作用时叫负反馈。（3）取自系统最终输出端的反馈叫主反馈。13、频率特性分析方法的特点是什么？答：（1）这种方法可以通过分析系统对不同频率的稳态响应来获得系统的动态特性。（2）频率特性有明确的物理意义，可以用实验的方法获得。这对那些不能或难于用分析方法建立数学模型的系统或环节，具有非常重要的意义。即使对于那些能够用分析法建模的系统，也可以通过频率特性实验对其模型加以验证和修改。（3）不需要解闭环特征方程。由开环频率特性即可研究闭环系统的瞬态响应、稳态误差和稳定性。14、绘制系统方框图的方法是什么？答：（1）列出描述系统各环节的运动方程式；（2）假定初始条件等于零，对方程式进行拉氏变换，求出环节的传递函数，并将它们以方块的形式表示出来；（3）将这些方块单元结合在一起，以组成系统的完整方框图。15、建立线性微分方程式的步骤是什么？答：（1）首先将系统划分为若干个环节。（2）写出每一环节（或元件）输出信号和输入信号相互关系的运动方程式。（3）消去中间变量，最后得到只包含输入量和输出量的方程式；第9页 共10页（4）化成标准形式，即输出量和输入量各占方程式的一侧，且各阶导数项按降幂排列。16、何谓控制系统的稳定性？何谓稳态误差？答：（1）稳定性：若某个处于平衡状态的系统受到外来作用的影响，经过一个过渡过程仍能回到平衡状态，这个系统就是稳定的，否则系统不稳定。（2）稳态误差：系统从一个稳态过度到另一个稳态，或系统受扰动又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态误差。17、分别解释什么是最小相位传递函数？什么是最小相位系统？什么是非最小相位传递函数？什么是非最小相位系统？答：（1）最小相位传递函数：若复平面s的右半平面内既无零点也无极点的传递函数称为最小相位传递函数。（2）最小相位系统：具有最小相位传递函数的系统。（3）非最小相位传递函数：若传递函数 G(s)在复平面s的右半平面内存在零点或极点，则称 G(s)为非最小相位传递函数。（4）非最小相位系统：具有非最小相位传递函数的系统。18、何谓系统分析？何谓系统辨识？答：（1）系统分析：系统已定，并且输入已知时，求出系统的输出，并通过输出来研究系统本身的有关问题。（2）系统辨识：当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型。19、减小系统稳态误差的方法有哪些？答：提高系统的开环增益；增加系统的型号；复合控制；前馈控制 六、计算题 1、设单位负反馈系统的开环传递函数为)6(25)(sssGk 求：（1）系统的阻尼比 和无阻尼自然频率；第10页 共10页（2）系统的峰值时间、超调量、调整时间(=0.02)；答：系统闭环传递函数2562525)6(25)6(251)6(25)(2sssssssssGB 与标准形式对比，可知 26n，225n 故 5n ，6.0 又 22151 0.64dn 0.7854pdt 220.611 0.6%100%100%9.5%41.33sneet 2、设系统特征方程为 s4+2s3+3s2+4s+5=0，试用劳斯稳定判据判别该系统的稳定性。答：用劳斯稳定判据判别，a4=1，a3=2，a2=3，a1=4，a0=5 均大于零，且有 53100420053100424 021 0241322 0124145224323 060)12(5534 所以，此系统是不稳定的。