机械控制工程基础复习题及答案.doc

机械控制工程基础复习题11、 选择填空（30分，每小题2分）（下列各题均给出数个答案，但只有一个是正确的，请将正确答案的序号写在空白 处）1.1在下列典型环节中，属于振荡环节的是 。(A) (B) (C) 1.2系统的传递函数定义为在零初始条件下输出量的Laplace变换与输入量的Laplace变换之比，其表达式 。（A）与输入量和输出量二者有关（B）不仅与输入量和输出量二者有关，还与系统的结构和参数有关（C）只与系统的结构和参数有关，与输入量和输出量二者无关1.3系统峰值时间 满足 。（A） （B） （C）其中，为系统的单位阶跃响应。1.4开环传递函数为G(s)的单位反馈系统的静态速度误差系数的计算式为 。(A) (B) (C) 1.5最大百分比超调量的定义式为 。 （A） (B) （C）其中，为系统的输入量，为系统的单位阶跃响应，为的最大值。1.6给同一系统分别输入和这两种信号（其中，是系统的谐振频率，是系统正常工作频率范围内的任一频率），设它们对应的稳态输出分别为和，则 成立。（A） （B） （C）1.7 若一单位反馈系统的开环传递函数为, 则由系统稳定的必要条件可知， 。 （A）系统稳定的充分必要条件是常数均大于0 （B）不论取何值都不能使系统稳定（C）总可以通过选择适当的值而使系统稳定1.8关于系统稳定性的正确说法是 。 （A）如果开环稳定，那么闭环也稳定 （B）如果开环不稳定，那么闭环也不可能稳定 （C）如果开环是不稳定的，那么闭环可能稳定、也可能不稳定1.9下列传递函数中，属于最小相位传递函数的是 。(A) (B)(C)1.10已知线性系统的输入为，输出为，传递函数为，则下列关系正确的是 。 (A) (B) (C) (D) 1.11 设一阶系统的传递函数为，则其时间常数T为 。(A) 0.25 (B) 4 (C)2 (D) 81.12设系统的结构图如图T-1所示，当R(s)=0时，E(s)/N(s)为 。(A) (B) (C) (D) 图T11.13 图T2所示为3个系统的极点分布图，据此可以断定：系统 是稳定的。图T2（A）（B）（C）1.14某单位反馈系统的开环传递函数为，系统的特征方程为。（A） （B） （C） （D） 1.15由以下3个开环传递函数可知，系统 是型系统。(A) (B) (C) 2、某系统结构图如图T3所示2.1若输入量为=10()，试求系统的瞬态响应。（8分）2.2若输入量为 ()，试求系统的稳态输出。（7分） 2.3若输入量为()，试求系统的稳态误差。（5分）图T3 3、试求图T-4所示系统的传递函数。（10分） 图T4 4、某单位反馈系统的开环传递函数为 试求使系统稳定的K值。（10分）5、图T5（a）、（b）、（c）、（d）分别为开环无零点的系统的开环奈魁斯特图，试写出它们各自对应的传递函数的一般形式（开环放大倍数用K表示，时间常数符号用、等表示）。（12分，每图3分）图 T-56、试求图T6所示最小相位系统开环对数幅频特性曲线对应的传递函数。（8分）图T67、某单位反馈系统的开环传递函数为 试绘制开环频率特性的Nyquist曲线图（概略图），并根据Nyquist图判定系统的稳定性。（10分）机械控制工程复习题答案11、1.1(A) 1.2（C） 1.3（A） 1.4 (C) 1.5 (B) 1.6 （B） 1.7 （B） 1.8（C） 1.9 (C) 1.10 (A) 1.11 (B) 1.12(C) 1.13（A） 1.14（B） 1.15 (C) 2、2.1 2.2 2.3 3、 4、5、(a) (b)(c) (d)6、7、Nyquist图如下图所示，因系统开环传递函数无右极点，且开环奈氏曲线不包围（1，j0）点，故根据奈氏判据，该系统是稳定的。机械控制工程基础复习题2一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共30分)1.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.最优控制B.系统辩识 C.系统校正D.自适应控制2.反馈控制系统是指系统中有( ) A.反馈回路B.惯性环节 C.积分环节D.PID调节器3.( )=,(a为常数)。 A. 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. 8.某系统的微分方程为,它是( ) A.线性系统B.线性定常系统 C.非线性系统D.非线性时变系统9.某环节的传递函数为G(s)=e2s，它是( ) A.比例环节B.延时环节 C.惯性环节D.微分环节10.图示系统的传递函数为( ) A. B. C. RCs+1 D. 11.二阶系统的传递函数为G(s)=,其无阻尼固有频率n是( ) A. 10B. 5C. 2.5D. 2512.一阶系统的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为( ) A. B. KTC. D. 13.某系统的传递函数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的相频特性G(j)等于( ) A. B. C.D.16.对数幅频特性的渐近线如图所示，它对应的传递函数G(s)为( ) A. 1+TsB. C. D. (1+Ts)217.图示对应的环节为( ) A. Ts B. C. 1+Ts D. 18.设系统的特征方程为D(s)=s3+14s2+40s+40=0，则此系统稳定的值范围为( ) A. 0B. 014D. 019.典型二阶振荡环节的峰值时间与( )有关。 A.增益B.误差带 C.增益和阻尼比D.阻尼比和无阻尼固有频率20.若系统的Bode图在=5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.某系统的传递函数为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=322.一系统的开环传递函数为,则系统的开环增益和型次依次为( ) A. 0.4，B. 0.4，C. 3，D. 3，23.已知系统的传递函数G(s)=，其幅频特性G(j)应为( ) A. B. C. D. 24.二阶系统的阻尼比，等于( ) A.系统的粘性阻尼系数 B.临界阻尼系数与系统粘性阻尼系数之比 C.系统粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比 D.系统粘性阻尼系数的倒数25.设c为幅值穿越(交界)频率，(c)为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为( ) A. 180(c)B. (c) C. 180+(c)D. 90+(c)26.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=，则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为( ) A. B. C. D. 027.二阶系统的传递函数为G(s)=,在0时，其无阻尼固有频率n与谐振频率r的关系为( ) A. nrD. 两者无关28.串联相位滞后校正通常用于( ) A.提高系统的快速性B.提高系统的稳态精度 C.减少系统的阻尼D.减少系统的固有频率29.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率c=4处提供最大相位超前角的是( ) A. B. C. D. 30.从某系统的Bode图上，已知其剪切频率c40，则下列串联校正装置的传递函数中能在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下，通过适当调整增益使稳态误差减至最小的是( ) A. B. C. D. 二、填空题(每小题2分，共10分)1.系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、_和_有关。2.一个单位反馈系统的前向传递函数为，则该闭环系统的特征方程为_开环增益为_。3.二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间ts与阻尼比、_和_有关。4.极坐标图(Nyquist图)与对数坐标图(Bode图)之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的_；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的_。5.系统传递函数只与_有关，与_无关。三、简答题(共16分)1.(4分)已知系统的传递函数为，求系统的脉冲响应表达式。2.(4分)已知单位反馈系统的开环传递函数为，试问该系统为几型系统?系统的单位阶跃响应稳态值为多少?3.(4分)已知二阶欠阻尼系统的单位阶跃响应如下，如果将阻尼比增大(但不超过1)，请用文字和图形定性说明其单位阶跃响应的变化。4.(4分)已知各系统的零点(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)用极坐标表示系统的频率特性(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)的传递函数，并在图上标出反馈通道、顺馈通道。3.(6分)已知系统的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的传递函数，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的开环传递函数为，请绘出频率特性对数坐标图(Bode图)，并据图评价系统的稳定性、动态性能和静态性能(要说明理由)。6.(6分)请写出超前校正装置的传递函数，如果将它用于串联校正，可以改善系统什么性能?机械控制工程复习题答案2一、单项选择题(每小题1分，共30分) 1.B 2.A 3.A 4.B 5.B 6.C 7.C 8.C 9.B 10.B 11.B 12.C 13.C 14.B 15.B 16.D 17.C 18.B 19.D 20.D 21.D 22.A 23.D 24.C 25.C 26.A 27.C 28.B 29.D 30.B二、填空题(每小题2分，共10分)1.型次 输入信号2.s3+5s2+4s+K=0，3.误差带 无阻尼固有频率4.0分贝线 180线5.本身参数和结构 输入三、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n=0.5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，具有良好的静态性能。相位裕度约为60度，具有良好的动态性能。6.G0(s)=可增加相位裕度，调整频带宽度。机械控制工程复习题3一、 单项选择题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。1. 开环系统与闭环系统最本质的区别是（ ）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2. 若，则（ ）A.B.C.D.3. 已知其（ ）A.B.C.D.4. 下列函数既可用初值定理求其初始值又可用终值定理求其终值的为（ ）A.B.C.D.5. 若，则（ ）A.B.C.D.6. 线性系统与非线性系统的根本区别在于（ ）A.线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数B.线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入C.线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理D.线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少7. 系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数为（ ）A. B.C.D.8. 二阶系统的极点分别为，系统增益为5，则其传递函数为（ ）A.B.C.D.9. 某系统的传递函数为，则该系统的单位脉冲响应函数为（ ）A.B.C.D.10. 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11. 系统类型、开环增益对系统稳态误差的影响为（ ）A.系统型次越高，开环增益K越大，系统稳态误差越小B.系统型次越低，开环增益K越大，系统稳态误差越小C.系统型次越高，开环增益K越小，系统稳态误差越小D.系统型次越低，开环增益K越小，系统稳态误差越小12. 一系统的传递函数为，则该系统时间响应的快速性（ ）A.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13. 一闭环系统的开环传递函数为，则该系统为（ ）A.0型系统，开环增益为8B.I型系统，开环增益为8C.I型系统，开环增益为4D.0型系统，开环增益为414. 瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的（ ）A.单位脉冲函数B.单位阶跃函数C.单位正弦函数D.单位斜坡函数15.二阶系统的传递函数为 ，当K增大时，其（ ）A.无阻尼自然频率增大，阻尼比增大B.无阻尼自然频率增大，阻尼比减小C.无阻尼自然频率减小，阻尼比减小D.无阻尼自然频率减小，阻尼比增大16. 所谓最小相位系统是指（ ）A.系统传递函数的极点均在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17. 一系统的传递函数为，则其截止频率为（ ）A. 2B.0.5C.5D.1018. 一系统的传递函数为，则其相位角可表达为（ ）A.B.C.D.19. 一系统的传递函数为，当输入时，则其稳态输出的幅值为（ ）A.B.C.2D.420. 延时环节，其相频特性和幅频特性的变化规律是（ ）A. dBB. dBC. dBD. dB21. 一单位反馈系统的开环传递函数为，当K增大时，对系统性能能的影响是（ ）A.稳定性降低B.频宽降低C.阶跃输入误差增大D.阶跃输入误差减小22. 一单位反馈系统的开环Bode图已知，其幅频特性在低频段是一条斜率为的渐近直线，且延长线与0dB线的交点频率为，则当输入为时，其稳态误差为（ ）A.0.1B.0.2C.0D.0.523. 利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，中的Z表示意义为（ ）A.开环传递函数零点在S左半平面的个数B.开环传递函数零点在S右半平面的个数C.闭环传递函数零点在S右半平面的个数D.闭环特征方程的根在S右半平面的个数24. 关于劳斯胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据，以下叙述中正确的是（ ）A.劳斯胡尔维茨判据属代数判据，是用来判断开环系统稳定性的B.乃奎斯特判据属几何判据，是用来判断闭环系统稳定性的C.乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的D.以上叙述均不正确25.以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是（ ） A.截止频率B.谐振频率与谐振峰值C.频带宽度D.相位裕量与幅值裕量kg26. 一单位反馈系统的开环传递函数为，则该系统稳定的K值范围为（ ）A.K0B.K1C.0K10D. K127. 对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系，以下叙述中不正确的有（ ）A.开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性B.中频段表征了闭环系统的动态特性C.高频段表征了闭环系统的抗干扰能力D.低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求28. 以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为（ ）A.上升时间B.调整时间C.幅值穿越频率D.相位穿越频率29. 当系统采用串联校正时，校正环节为，则该校正环节对系统性能的影响是（ ）A.增大开环幅值穿越频率B.增大稳态误差C.减小稳态误差D.稳态误差不变，响应速度降低30. 串联校正环节，关于A与B之间关系的正确描述为（ ）A.若Gc(s)为超前校正环节，则AB0B.若Gc(s)为滞后校正环节，则AB0C.若Gc(s)为超前滞后校正环节，则ABD.若Gc(s)为PID校正环节，则A=0，B0第二部分 非选择题二、填空题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）31.传递函数的定义是对于线性定常系统,在 的条件下，系统输出量的拉氏变换与 之比。32.瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从 状态到 状态的响应过程。33.判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为 ，即系统的特征根必须全部在 是系统稳定的充要条件。34.I型系统在单位阶跃输入下，稳态误差为 ，在单位加速度输入下，稳态误差为 。35.频率响应是系统对 的稳态响应，频率特性包括 两种特性。三、简答题（共16分）36.二阶系统的传递函数为，试在左图中标出系统的特征根在S平面上的位置，在右图中标出单位阶跃曲线。37.时域动态性能指标有哪些？它们反映系统哪些方面的性能？38.简述相位裕量的定义、计算公式，并在极坐标上表示出来。39.简述串联相位超前校正的特点。四、计算题（本大题共6小题，共44分）40.（7分）机械系统如图所示，其中，外力f(t)为系统的输入，位移x(t)为系统的输出，m为小车质量，k为弹簧的弹性系数，B为阻尼器的阻尼系数，试求系统的传递函数（忽略小车与地面的摩擦）。41.（7分）已知系统结构如图，试求传递函数及42.（7分）系统如图所示，为单位阶跃函数，试求：1. 系统的阻尼比和无阻尼自然频率2. 动态性能指标：超调量Mp和调节时间43.（8分）如图所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下时，K的数值。 44.（7分）已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图所示。1. 写出开环传递函数G(s)的表达式；2. 概略绘制系统的乃奈斯特图。45.（8分）已知单位反馈系统的闭环传递函数，试求系统的相位裕量和幅值裕量kg机械控制工程复习题答案3一、 单项选择题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）1.A2.B3.C4.D5.B6.C7.B8.D9.A10.C11.A12.C13.C14.B15.C16.B17.A18.B19.A20.D21.A22.A23.D24.B25.D26.A27.A28.D29.D30.A二、 填空题（本大题共5小题，每空1分，共10分）31.初始条件为零 输入量的拉氏变换32.初始状态 最终状态33.负实根或负实部的复数根 复平面的左半平面34.035.正弦输入 幅频和相频三、 简答题（本大题共4小题，共16分）36.37.td 延迟时间tr 上升时间tp 峰值时间Mp 超调量ts 调节时间 td、tr、tp、ts反映系统的快速性Mp反映系统的相对稳定性。38.定义：是开环频率特性幅值为1时对负实轴的相位差值。即从原点到奈氏图与单位圆交点的连线与负实轴的夹角。计算公式：在极坐标下表示为39.相位超前校正特点： 增加相位余量，提高稳定性 增加幅值穿越频率，提高快速性 增加高频增益（或高通滤波器），抗干扰能力下降。四、计算题（本大题共6小题，共44分）40.系统的微分方程为拉氏变换得：（零初始条件）41.42.1 2 43. 由劳斯判据： 第一列系数大于零，则系统稳定得 又有：2.25 可得：K4 4K5444. 1 245.系统的开环传递函数为，解得又 21