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1、机械工程控制基础试卷(A卷)-填空题(每空1分，共20分)1、对控制系统的皋本要求是.系统的稳定性、响应的快速性、响应的准确性。2、已知f (t)二t+1,对其进行拉氏变换Lf(t)二l/sz+l/s或者(1+s) /S2,3、二阶系统的极点分别为s二14、零频幅值A (0)表示当频率0. 5, s = 4,系统增益为2,则其传递函数G (S) = 2/(s+0.5) (s+ 4):号学 ：名姓接近于零时，11环系统输出的幅值与输入幅值之比。5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学冋题，机械工程控制就是研究系统、a 入、输出三者之间的动态关系。s换为 jw 来求取。6、系统的频率特
2、性求取有三种方法：根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的8、微分环节的控制作用主要有使输出提前、增加系统的阻尼、强化噪声。9、二阶系统的传递函数为G (s) ,其中 为系统的无阻尼固有频率，当S2 2 s 2nnn01时为 欠阻尼系统。在阻尼比E0.707时，幅频特性出现峰值，称谐振峰值，此时 的频率称谐振频率ojr= J1 2 2 on10、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为相似系统。11、对自动控制系统按照输出变化规律分为且动鯉系统、随动系统、程序控制系统。12、对积分环节而言，其相频特性ZG(jw)=z9o二、名词解释(每个4分，共20分)1、闭环系统：当一个系
3、统以所需的方框图表示而存在反馈回路时，称之为闭环系统。 级班业专2、系统稳定性：指系统在干扰作用下偏离平衡位置，当干扰撤除后，系统自动回到平衡位置 的能力。3、频率特性：对于线性定常系统，若输入为谐波信号，那么稳态输出一定是同频率的谐波信 号，输出输入的幅值之比及输出输入相位之差统称为频率特性。4、传递函数：在外界作用系统前，输入、输出的初始条件为零时，线性定常系统、环节或元 件的输出x (t)的Laplace变换X (S)与输入x (t)的Laplace变换X (S)之比，称为该系统、00ii环节或元件的传递函数G(S)5、系统：由相互联系、相互作用的若干部分构成，而且有一定的目的或一定运动
4、规律的一个 整体，称为系统。三、分析题(每题6分，共12分)1、分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。(要求绘 出原理方框图)分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。解：人骑自行车时，总是希望具有一定的理想状态(比如速度、方向、安全等)，人脑根据这个理想状态 指挥四肢动作，使自行车按预定的状态运动，此时，路面的状况等因素会对自行车的实际状态产生影响， 使自行车偏离理想状态，人的感觉器官感觉自行车的状态，并将此信息返回到大脑，大脑根据实际状态与 理想状态的偏差调整四肢动作，如此循环往复。其信息流动与反馈过程可用
5、下图表示。2、若系统传递函数方框图如图所示，求(1)以R(S)为输入，当N(S)=O时,分别以C(S),Y(S) 为输出的闭环传递函数；以N(S)为输入当R(S) = 0时,分别以C(S), Y(S)为输出的闭环传 递函数；(3)比较以上各传递函数的分母，从中可以得出什么结论。C (s) G (s)G (s)1 2R (s)1 G (s)G (s)H (s)1 2Y (s)G (s)1R (s)1 G (s)G (s)H (s)1 2(2以N(S)为输入当R(S) = O时，以C(S)为输出的闭环传递函数；G (s)0Gs)Y(s) G (s)G (s)H (s)c N(s) 1 G (s)G
6、 (s)H (s) Gy(s)帀 】$ 曲(s)H (s)1 2从上可知：对于同一个闭环系统，当输入的取法不同时向通道的传递函数不同，反馈回路的传递 函数不同，系统的传递函数也不同，但系统的传递函数分田不变，这是因为分田反映了系统固有特性，而 与外界无关。四、计算题(每题10分，共30分)1、求图所示两系统的传递函数，其中X (t)、U为输入X (t)、U为输出。(写出具体过程)iiooXi (t)k.Xo(t)jLAAART11UoNcmCWcka 2解：图a中系统，可以得到动力学方程为：x (0 k mx (0 ex (t)oooX (s) k ms 2X (S) csX (S)o00X
7、(S)/Xi(S)k/6s2 CS k)0x (t)ix (s)iG (s)图b中，设i为电网络的电流，可得方程为: 卜=尽+码+ Ui(S) = BI +LSI(S)+譬作Laplace变换，得,o CS消去中间变量，得：G(S) = U (S)/U (S)oi1LCS 2RCS_1请写出其频率特性G(je),实频特性u(e),2、已知惯性环节的传递函数G(S)=1/(TS+1),T1 T2 2虚频特性讥)，幅频特性|G(je)相频特性ZG(je)的表达式，并绘制其Nyquist图。arc tafT一虚频特性讥)1 T 2 23、如图所示的机械系统，在质量块m上施加一个阶跃力x (t)二3牛
8、顿后，系统的时间响应x (t)io如右图所示，试写出系统的最大超调量M,峰值时间t,计算弹簧的刚度K、质量块的质量m pPkx (t) mx (0 ex (t) x (t)oiOOkX (s) ms 2oG(S) =X (S) CSX (S) X (S)00ims 2 cs kcs kS2m m将上式与二阶系统传递函数的标准形式比较可知(1) 由响应曲线的稳态值(1cm)求出k 由于阶跃力x (t)=3N,它的拉普拉斯变换Xi (S)=3,故i13X (s)X (S) ms 2 cs k 1 ms 2 cs k由拉普拉斯变换的终值定理可求的X (t)的稳态输出值0x(t) limX (t) l
9、imsX (S)1ts 00k因此，k=3N/cm=300N/m(2) 由响应曲线可知道Mp二0.095, t二01s,求取系统的、Pn由 M e /:，i 2*100%p0.095,得 二0.6;由 tp=0. IsJl 2将代入上式求得=39. 25rad/s求得 m 二0. 1959kg2m kn(3) 将 =39. 25rad/s 和 二0. 6 代入nn根据可知，使系统响应平稳，应增大,故要使阻尼系数c增大，质n S 2m k量减小；要使系统快速，应增大，减小质量。弹簧的刚度艮一般由稳态值决定。为使系统n具有好的瞬态响应性能应该减小质量，增大阻尼系数，在实践中经常采用轻质材料或空心结
10、 构减小质量。五、求图示系统的传递函数G(s)=Xo (s)/ X (s)oiB点，化简后，再后移至C点，然后从内环到外环逐步化H TcZ根据系统结构特点，应先把图中的点A刖移至 简，其简化过程如下图。GGG G G GI2341 G G G H G H G G23421112、X (s)G G G G )Cr (S) e1 8_34X (s) 1 GG g)G h ) g h gi23412112六、计算分析题设系统的特征方程为D(S) =S5+3S4+4S汁12S2-5S-15试用Routh表判别系统的稳定性，并说明该系统具有正实部特征根的个数。解：根据特征方程的系数，列Routh表如下:S514-50S4312-150S30000由第二行各元素得辅助方程(2p二4, p二2) F(S)= 3S4+12S2-15二0取F(S)对S的导数，则得新方程12S 汁 24S = 0得如下的Routh表S514-50S4312-150S3122400S26-150S1540So-15符号改变次，系统不稳定该系统具有正实部特征根个数为lo
机械工程控制基础试卷及答案
