机械工程控制基础考试题.doc

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1、控制基础填空题(每空1分，共20分)1. 线性控制系统最重要特性是可以应用_叠加_原理，而非线性控制系统则不能。2反馈控制系统是根据输入量与_反馈量_偏差进行调节控制系统。3在单位斜坡输入信号作用下，0型系统稳态误差ess=_。4当且仅当闭环控制系统特征方程所有根实部都是_负数_时，系统是稳定。5.方框图中环节基本连接方式有串联连接、并联连接与_反馈 _连接。6线性定常系统传递函数，是在_ 初始条件为零_时，系统输出信号拉氏变换及输入信号拉氏变换比。7函数te-at拉氏变换为。8线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出及输入相位移随频率而变化函数关系称为_相频特性_。9积分环节对数幅频特性曲线是

2、一条直线，直线斜率为_20_dBdec。10二阶系统阻尼比为 _ 0_ 时，响应曲线为等幅振荡。11在单位斜坡输入信号作用下，型系统稳态误差ess=_0_。120型系统对数幅频特性低频段渐近线斜率为_0_dB/dec，高度为20lgKp。13单位斜坡函数t拉氏变换为 。14. 根据系统输入量变化规律，控制系统可分为_恒值_控制系统、_随动_ 控制系统与程序控制系统。15. 对于一个自动控制系统性能要求可以概括为三个方面：稳定性、_快速性_与准确性。16. 系统传递函数完全由系统结构与参数决定，及_输入量、扰动量_形式无关。17. 决定二阶系统动态性能两个重要参数是阻尼系数与_无阻尼自然振荡频率

3、wn 。18. 设系统频率特性(j)=R()+jI(),则幅频特性|G(j)|=。19. 分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I型系统、II型系统，这是按开环传递函数_积分_环节数来分类。20. 线性系统稳定充分必要条件是它特征方程式所有根均在复平面_左_部分。21从0变化到+时，惯性环节频率特性极坐标图在_第四_象限，形状为_半_圆。22. 用频域法分析控制系统时，最常用典型输入信号是_正弦函数_。23二阶衰减振荡系统阻尼比范围为。24G(s)=环节称为_惯性_环节。25系统输出量实际值及_输出量希望值_之间偏差称为误差。26线性控制系统其输出量及输入量间关系可以用_线性微分_方程来描述。2

4、7 稳定性 、 快速性 与准确性是对自动控制系统性能基本要求。28二阶系统典型传递函数是。29设系统频率特性为，则称为 实频特性 。30. 根据控制系统元件特性，控制系统可分为_线性_ 控制系统、 非线性_控制系统。31. 对于一个自动控制系统性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性与_准确性_。r及阻尼系数关系为r=n。33.根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为_开环_控制系统、_闭环_控制系统。34.用频率法研究控制系统时，采用图示法分为极坐标图示法与_对数坐标_图示法。=_时，为最佳阻尼系数。这时系统平稳性及快速性都较理想。1. 传递函数定义是对于线性定常系统,在初始

5、条件为零条件下，系统输出量拉氏变换及输入量拉氏变换之比。2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态响应过程。3. 判别系统稳定性出发点是系统特征方程根必须为负实根或负实部复数根，即系统特征根必须全部在复平面左半平面是系统稳定充要条件。4. I型系统在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态误差为 。5. 频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频与相频两种特性。6. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来工作状态，这样系统是(渐进)稳定系统。7. 传递函数组成及输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身结构与参数，并且只

6、适于零初始条件下线性定常系统。8. 系统稳态误差及输入信号形式及系统结构与参数或系统开环传递函数有关。9. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段划分是以c（截止频率）附近区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应稳定性与快速性；而低频段主要表明系统稳态性能。11. 对于一个自动控制系统性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速 性与精确或准确性。单项选择题：1.当系统输入与输出已知时，求系统结构及参数问题，称为( )2.反馈控制系统是指系统中有( )3.( )=,(a为常数)。 A.

7、LeatB. Leat C. Le(ta)D. Le(t+a)4.Lt2e2t=( ) A. B. C. D. 5.若F(s)=，则=( ) A. 4B. 2 C. 0D. 6.已知f(t)=eat,(a为实数)，则L=( )A. B. C. D. 7.f(t)= ，则Lf(t)=( ) A. B. C. D. ,它是( )9.某环节传递函数为G(s)=e2s，它是( )10.图示系统传递函数为( ) A. B. C. RCs+1 D. 11.二阶系统传递函数为G(s)=,其无阻尼固有频率n是( ) A. 10B. 5D. 25单位脉冲响应曲线在t=0处斜率为( ) A. B. KTC. D.

8、 13.某系统传递函数G(s)=,则其单位阶跃响应函数为( ) A. B. C. K(1et/T)D. (1eKt/T)14.图示系统称为( )型系统。 A. 0 B. C. D. 15.延时环节G(s)=es相频特性G(j)等于( ) A. B. 16.对数幅频特性渐近线如图所示，它对应传递函数G(s)为( ) A. 1+TsB. C. D. (1+Ts)217.图示对应环节为( ) A. Ts B. C. 1+Ts D. 18.设系统特征方程为D(s)=s3+14s2+40s+40=0，则此系统稳定值范围为( ) A. 0B. 014D. 019.典型二阶振荡环节峰值时间及( )有关。=5

9、处出现转折(如图所示)，这说明系统中有( )环节。 A. 5s+1B. (5s+1)2 C. 0.2s+1D. 21.某系统传递函数为G(s)=,其零、极点是( ) A.零点s=0.25,s=3;极点s=7,s=2B.零点s=7,s=2;极点s=0.25,s=3 C.零点s=7,s=2;极点s=1,s=3D.零点s=7,s=2;极点s=0.25,s=3,则系统开环增益与型次依次为( ) A. 0.4，B. 0.4，C. 3，D. 3，23.已知系统传递函数G(s)=，其幅频特性G(j)应为( ) A. B. C. D. ，等于( )c为幅值穿越(交界)频率，(c)为开环频率特性幅值为1时相位角

10、，则相位裕度为( ) A. 180(c)B. (c) C. 180+(c)D. 90+(c)26.单位反馈控制系统开环传递函数为G(s)=，则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为( ) A. B. C. D. 027.二阶系统传递函数为G(s)=,在0时，其无阻尼固有频率n及谐振频率r关系为( ) A. nrD. 两者无关28.串联相位滞后校正通常用于( )29.下列串联校正装置传递函数中，能在频率c=4处提供最大相位超前角是( ) A. B. C. D. 30.从某系统Bode图上，已知其剪切频率c40，则下列串联校正装置传递函数中能在基本保持原系统稳定性及频带宽前提下，通过适当调整

11、增益使稳态误差减至最小是( ) A. B. C. D. 单项选择题(每小题1分，共30分)二、填空题(每小题2分，共10分)1.系统稳态误差及系统开环传递函数增益、_与_有关。，则该闭环系统特征方程为_开环增益为_。3.二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间ts及阻尼比、_与_有关。4.极坐标图(Nyquist图)及对数坐标图(Bode图)之间对应关系为：极坐标图上单位圆对应于Bode图上_；极坐标图上负实轴对应于Bode图上_。5.系统传递函数只及_有关，及_无关。填空题(每小题2分，共10分)1.型次 输入信号3+5s2+4s+K=0，3.误差带 无阻尼固有频率4.0分贝线 180线5.本身

12、参数与结构 输入1 线性系统与非线性系统根本区别在于 ( C )A线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入。B线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入。C线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理。D线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理。2令线性定常系统传递函数分母多项式为零，则可得到系统 ( B )A代数方程B特征方程C差分方程D状态方程3 时域分析法研究自动控制系统时最常用典型输入信号是 （ D ）A脉冲函数B斜坡函数C抛物线函数D阶跃函数4设控制系统开环传递函数为G(s)=，该系统为 （ B ）A0型系统BI型系统CII型系统DIII型系统5二阶振荡环节相频特性，当时，其相

13、位移为 ( B )A-270B-180C-90D06. 根据输入量变化规律分类，控制系统可分为 ( A )A.恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统B.反馈控制系统、前馈控制系统前馈反馈复合控制系统7采用负反馈连接时，如前向通道传递函数为G(s)，反馈通道传递函数为H(s)，则其等效传递函数为 ( C )ABCD8 一阶系统G(s)=时间常数T越大，则系统输出响应达到稳态值时间 ( A )A越长B越短C不变D不定9拉氏变换将时间函数变换成 （ D ）A正弦函数B单位阶跃函数C单位脉冲函数 D复变函数10线性定常系统传递函数，是在零初始条件下 （ D ）A系统输出信号及输入信号之比B系统输入信

14、号及输出信号之比C系统输入信号拉氏变换及输出信号拉氏变换之比D系统输出信号拉氏变换及输入信号拉氏变换之比11若某系统传递函数为G(s)=，则其频率特性实部R()是 （ A ）A B-C D-12. 微分环节频率特性相位移()= ( A )A. 90 B. -90C. 0 D. -18013. 积分环节频率特性相位移()= ( B )A. 90 B. -90C. 0 D. -18014.传递函数反映了系统动态性能，它及下列哪项因素有关？ （C）A.输入信号B.初始条件C.系统结构参数 D.输入信号与初始条件15. 系统特征方程式所有根均在根平面左半部分是系统稳定 ( C )16. 有一线性系统，

15、其输入分别为u1(t)与u2(t)时，输出分别为y1(t)与y2(t)。当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数)，输出应为 （B）A. a1y1(t)+y2(t)B. a1y1(t)+a2y2(t)C. a1y1(t)-a2y2(t) D. y1(t)+a2y2(t)17. I型系统开环对数幅频渐近特性低频段斜率为 （B）A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)18. 设系统传递函数为G(s)=，则系统阻尼比为 （C） A.B. C. D. 119正弦函数sin拉氏变换是 （ B ）A.B.C.D. 20二

16、阶系统当01时，如果增加，则输出响应最大超调量将 （ B ）A.增加B.减小C.不变D.不定21主导极点特点是 （ D ）A.距离实轴很远B.距离实轴很近C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近22余弦函数cos拉氏变换是 （ C ）A.B.C.D. 23设积分环节传递函数为G(s)=，则其频率特性幅值M()= （ C ）A.B.C.D.24. 比例环节频率特性相位移()= ( C )25. 奈奎斯特稳定性判据是利用系统( C )来判据闭环系统稳定性一个判别准则。26. 系统传递函数 ( C )D.既由系统结构与参数决定，也及输入信号有关27. 一阶系统阶跃响应， (28. 二阶振荡环节对数频率特性相

17、位移()在( D )之间。与90与90与180与18029. 某二阶系统阻尼比为0.2，则系统阶跃响应为 ( C )A. 发散振荡 B. 单调衰减C. 衰减振荡 D. 等幅振荡二设有一个系统如图1所示，k1=1000N/m, k2=2000N/m, D=10N/(m/s)，当系统受到输入信号 作用时，试求系统稳态输出。(15分)解： 然后通过频率特性求出 三一个未知传递函数被控系统，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环系统单位阶跃响应如图2所示。(10分)问：(1) 系统开环低频增益K是多少？(5分)(2) 如果用主导极点概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似闭环传递函数；(5分)解：（1），

18、(2) 四已知开环最小相位系统对数幅频特性如图3所示。(10分)1. 写出开环传递函数G(s)表达式；(5分)2. 概略绘制系统Nyquist图。(5分)1 2五已知系统结构如图4所示, 试求：(15分)1. 绘制系统信号流图。(5分)2. 求传递函数及。(10分)六系统如图5所示，为单位阶跃函数，试求：(10分)1. 系统阻尼比与无阻尼自然频率。(5分)2. 动态性能指标：超调量Mp与调节时间。(5分)12七如图6所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下时，K数值。(10分) 由劳斯判据： 第一列系数大于零，则系统稳定得 又有： 可得：K4 4K54八已知单位反馈系统闭环传递函数，试求系

19、统相位裕量。(10分)解：系统开环传递函数为，解得三、设系统闭环传递函数为Gc(s)=，试求最大超调量与n值。解：=9.6% =0.6 tp=0.2 n=四、设一系统闭环传递函数为Gc(s)=，试求最大超调量=5%、调整时间ts=2秒(=5)时闭环传递函数参数与n值。解：=5% =0.69 ts=2 n=2.17 rad/s 五、设单位负反馈系统开环传递函数为 求（1）系统阻尼比与无阻尼自然频率n；（2）系统峰值时间tp、超调量、 调整时间tS(=2)；解：系统闭环传递函数 及标准形式对比，可知 ， 故 ， 又 六、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率n，阻尼比，超调量，峰值时间，调整时间(

20、=2)。解： 对于上图所示系统，首先应求出其传递函数，化成标准形式，然后可用公式求出各项特征量及瞬态响应指标。 及标准形式对比，可知 ，七、已知单位负反馈系统开环传递函数如下：求：(1) 试确定系统型次v与开环增益K； （2）试求输入为时，系统稳态误差。解：（1）将传递函数化成标准形式可见，v1，这是一个I型系统 开环增益K50；（2）讨论输入信号，即A1，B3根据表34，误差八、 已知单位负反馈系统开环传递函数如下：求：(1) 试确定系统型次v与开环增益K； （2）试求输入为时，系统稳态误差。解：（1）将传递函数化成标准形式可见，v2，这是一个II型系统 开环增益K100； （2）讨论输入信

21、号，即A5，B2, C=4根据表34，误差九、 已知单位负反馈系统开环传递函数如下：求：(1) 试确定系统型次v与开环增益K； （2）试求输入为时，系统稳态误差。解：（1）该传递函数已经为标准形式 可见，v0，这是一个0型系统 开环增益K20；（2）讨论输入信号，即A2，B5，C=2根据表34，误差十、设系统特征方程为s4+2s3+3s2+4s+5=0试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统稳定性。解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1，a3=2，a2=3，a1=4，a0=5均大于零，且有所以，此系统是不稳定。十一、设系统特征方程为试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统稳定性。解：用劳斯-赫尔维

22、茨稳定判据判别，a4=1，a3=6，a2=12，a1=10，a0=3均大于零，且有所以，此系统是稳定。十二、设系统特征方程为试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统稳定性。解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1，a3=5，a2=2，a1=4，a0=3均大于零， 且有所以，此系统是不稳定。十三、设系统特征方程为试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统稳定性。解：（1）用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a3=2,a2=4,a1=6,a0=1均大于零，且有所以，此系统是稳定。十四、设系统开环传递函数如下，试绘制系统对数幅频特性曲线。解：该系统开环增益K30；有一个积分环节，即v1；低频渐近线通过（1，20l

23、g30）这点，斜率为20dB/dec；有一个惯性环节，对应转折频率为，斜率增加20dB/dec。 系统对数幅频特性曲线如下所示。L(w)/dB20 dB/dec0w /(rad/s) 5040 dB / dec 1 20lg30十五、设系统开环传递函数如下，试绘制系统对数幅频特性曲线。解：该系统开环增益K100；有一个积分环节，即v1；低频渐近线通过（1，20lg100）这点，即通过（1，40）这点斜率为20dB/dec； 有两个惯性环节，对应转折频率为，斜率分别增加20dB/dec系统对数幅频特性曲线如下所示。L(w)/dB20 dB / dec40 dB / dec10100 60 dB

24、/ decw (rad/s)0140十六、设系统开环传递函数如下，试绘制系统对数幅频特性曲线。解：该系统开环增益K1；无积分、微分环节，即v0，低频渐近线通过（1，20lg1）这点，即通过（1，0）这点斜率为0dB/dec；有一个一阶微分环节，对应转折频率为，斜率增加20dB/dec。系统对数幅频特性曲线如下所示。L(w)/dB20 dB / dec10w (rad/s)0十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解：十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。一一H1G1G2H2R(S)C(S)解：一一H1/G2G1G2H2R(S)C(S)一H1/G2G1R(S)C(S)G21

25、+ G2H2一H1/G2R(S)C(S)G1G21+ G2H2R(S)C(S)G1G21+ G2H2+G1H1十九、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。一一G1G3R(S)C(S)G2H1解：一一G1G3H1R(S)C(S)G2H1一H1G3R(S)C(S)G1G21+ G2H1R(S)C(S)G1G2G31+ G2H1+ G1G2H1三、简答题(共16分)1.(4分)已知系统传递函数为，求系统脉冲响应表达式。2.(4分)已知单位反馈系统开环传递函数为，试问该系统为几型系统?系统单位阶跃响应稳态值为多少?3.(4分)已知二阶欠阻尼系统单位阶跃响应如下，如果将阻尼比增大(但不超过1)，请

26、用文字与图形定性说明其单位阶跃响应变化。4.(4分)已知各系统零点(o)、极点(x)分布分别如图所示，请问各个系统是否有非主导极点，若有请在图上标出。四、计算题(本大题共6小题，共44分)1.(7分)用极坐标表示系统频率特性(要求在、=0、=n等点准确表示，其余定性画出)。2.(7分)求如下系统R(s)对C(s)传递函数，并在图上标出反馈通道、顺馈通道。3.(6分)已知系统调节器为问是否可以称其为PID调节器，请说明理由。4.(8分)求如图所示机械网络传递函数，其中X为输入位移，Y为输出位移。5.(10分)已知单位反馈闭环系统开环传递函数为，请绘出频率特性对数坐标图(Bode图)，并据图评价系

27、统稳定性、动态性能与静态性能(要说明理由)。6.(6分)请写出超前校正装置传递函数，如果将它用于串联校正，可以改善系统什么性能?三、简答题(共16分)1. g(t)=ete3t,t02.型；稳态值等于13.上升时间 变大；超调量减少；调节时间减小(大体上)；4.无非主导极点；非主导极点；非主导极点四、计算题(共44分)1.点=0点曲线大体对2.3.(6分)G0(s)=(T3+T4)+T3T4s+1/sG0(s)由比例部分(T3+T4)、微分部分T3T4s及积分部分1/s相加而成4.(8分)B=0G(s)=，T=B/k5.开环传递函数在复半平面无极点，据图相位裕度为正，幅值裕度分贝数为正，根据乃奎斯特判据，系统稳定。系统为型，具有良好静态性能。相位裕度约为60度，具有良好动态性能。0(s)=可增加相位裕度，调整频带宽度。第 25 页