机械工程控制基础考试题(卷)完整版

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1、机械控制工程基础一、填空题I. 线性控制系统最重要的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和反馈量的偏差进行调节的控制系统。3. 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。4. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序 控制系统。5. 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、 输出关系常用差分程来描述。6. 根据控制系统元件的特性，控制系统可分为线性控制系统、，非线性_控制系统。7. 线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用线性微分程来描述

2、。8. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个面：稳定性、快速性和准确性9. 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分程_、传递函数等。10. 传递函数的定义是对于线性定常系统，在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量 的拉氏变换之比。II. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只 适于零初始条件下的线性定常系统。12. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终稳定状态的响应过程。13. 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力14. 单位斜坡函数t的拉氏变换为 丄 。s215. 单位阶跃信号的拉氏变换是1/S16 在单位斜坡输入信号作用

3、下，0型系统的稳态误差e =。SS 17. I型系统G（s）= K 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 s（s + 2）误差为818. 阶系统丄的单位阶跃响应的表达是1_e-：。Ts +119决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数和 无阻尼固有频率3n20. 二阶系统的典型传递函数是WLs 2 + 2 w s + W2nn21. 二阶衰减振荡系统的阻尼比g的围为0E2，则 L f(t) =( Co t 0B.0t14D. t0D ）有关。B. 误差带A.5s+1B. (5s+1)2C. 0.2s+1D. 1(0.2s +1)233. 某系统的传递函数为G(s)= (

4、s+7)(s-2)，其零、极点是(D )(4s + 1)(s 一 3)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=3C. 零点 s= 7,s=2;极点 s= 1,s=3D零点(分子为0)s= - 7,s=2；极点(分母为 0)s=-0.25,s=334.系统的开环传递函数为3(s+2)，则系统的开环增益和型次依次为(A ) s(2s + 3)(s + 5)原式二s + 1)15(Zs2 + 13 s + 1)1515 丿故K=6/15=0.4(注意多项式的常数项为1)A. 0.4,1B. 0.4,IIC. 3,1D. 3,113

5、5.已知系统的传递函数G(s) =止e-ts，其幅频特性丨G(j3)丨应为(D )1 + TsA.亠 e-11 + TwB.Ke 一 a1 + TwC.K2 e1 + T2 w 2D.36.二阶系统的阻尼比Z，等于(C )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37.设3为幅值穿越(交界)频率，03)为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为ccA. 申(3 )cC. +Q(Q )cB.申(3 )cD. 90 +Q(3 )c38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

6、稳态s(s+5)误差为(AA. 104B.C. 45D. 039.二阶系统的传递函数为G(s)二s2 + 23，在0时，其无阻尼固有频率3与谐2 n振频率3的关系为(C )rA. 3 3n D.两者无关40.串联相位滞后校正通常用于(B )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41. 下列串联校正装置的传递函数中，能在频率3 =4处提供最大相位超前角的是(D )cA. 4s +1B. s +1C. 01s +10.625 s + 1D. 0.625 s +14s + 10.625 s + 101s + 142从某系统的Bode图上，已知其剪切频率3

7、 40，则下列串联校正装置的传递函数中能c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. 0.004 s +10.04 s + 1B. 0.4s +14s + 1C. 4s +110s +1D. 4s +10.4s +1三、简答题1-1机械工程控制论的研究对象与任务是什么？答：1)机械控制工程是研究控制论在机械工程中应用的学科，用于改进和完善机械系统。2)有以下五个任务：(1) 系统分析。最优控制。最优设计。(4) 系统辨识。(5) 滤波与预测。1.2什么是反馈?什么是外反馈和反馈？答: 1)将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输入信号共同作用于

8、系统的过程，称为反 馈或信息反馈。2）外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈，构成一个自动控制 系统。3 反馈是指多机械系统或过程中存在的相互藕合作用，形成非人为的“在”反馈，从而构成一个闭环 系统。1.3 反馈控制的概念是什么?为什么要进行反馈控制?答：1）反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。2）为了提高控制系统的精度，增强系统抗干扰能力。1.4 闭环控制系统的基本工作原理是什么?答：工作原理如下:（1）检测被控制量或输出量的实际值;（2）将实际值与给定值进行比较得出偏差值;（3）用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三

9、个基本功能。1.5 对控制系统的基本要什么?答：基本要稳定性、准确性和快速性。1）稳定性是指系统振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。是保证控制系统正常工作的首要条件。2）准确性是指控制系统的控制精度，一般用稳态误差来衡量。是衡量控制系统性能的重要指标。3）快速性是指系统消除输出量与输入量之间产生偏差的快慢程度。3.1 什么是时间响应？时间响应由那两部分组成？答：1）时间响应：在输入信号作用下，系统的输出随时间变化的过程。2）时间响应由瞬时响应和稳态响应组成。3.2 简述脉冲响应函数和传递函数的关系。 答：脉冲响应的拉氏变换等于传递函数乘以脉冲信号的拉氏变换，由于脉冲信号的拉氏变换为1，所以脉 冲响

10、应的拉氏变换等于传递函数。3.3 简述一阶系统的阶跃响应。答：一阶系统的阶跃响应为：_ Zxo =1 - eT，t 03.4 典型二阶系统的传递函数，两个重要参数是什么？对系统性能的影响如？答：1）典型二阶系统：厂/、e 2G（S ）二ns 2 + 2 A s + e 2nn2）阻尼比及系统的无阻尼固有频率是系统的两个重要参数。3）它们决定着系统的时间响应特性。二阶系统的阻尼比决定了其振荡特性。3.5 简述二阶系统的阶跃响应，并分别画出阶跃响应曲线。e2答：1）二阶单位阶跃响应：X （S）二丁Ls（s2 + 2ge s + e2）nn2）图 3-9.3.6 误差和稳态误差的定义是什么？答:1)

11、 系统实际输出量与期望输出量的偏差称为系统误差；2) 系统进入稳态后其实际输出量与期望输出量之间的相差程度。3.7答:稳态误差和哪些因素有关？计算稳态误差的法有哪几种？1) 系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、型次和输入信号有关。2) 法有：(1)拉氏反变换法；(2) 终值定理法；(3) 静态误差系数法;(4) 误差级数法；(5) 动态误差系数法;(6) 频率特性法。5.1什么是系统的稳定性?控制系统稳定的充分必要条件是什么？答：1)系统的稳定性是指:系统受到扰动作用时，输出偏离平衡状态，当扰动消除后，若系统在足够长的 时间能恢复到其原来的平衡状态或趋于一个给定的新平衡状态，则该系统是稳定

12、的。反之，系统是不稳定 的。2)系统稳定的充分必要条件是:系统的全部特征根都具有负实部，即系统闭环传递函数的全部极点均 位于复平面的左半平面。四、程序题1.已知某闭环系统的传递函数为:G(s)=10 s + 250.16s 3 + 1.96s 2 + 10s + 25求其单位阶跃响应曲线,linBrstc)|咋呛 fi&BfionseTine雄盘单位脉冲响应曲线，以及输入信号为r(t) =1+t的响应曲线。解：程序如下：num=10 25;den=0.16 1.96 10 25; sys=tf( num,de n) subplot(3,1,1);step( num,de n); subplot

13、(3,1,2); impulse( num,de n) t=0:0.01:3;u=1+t; subplot(3,1,3); lsim( num,de n, u,t) end2典型二阶系统的传递函数为G(s)二s2 + 2处+ 32 ； Wn为自然频率，为阻尼比，试绘出当匕=05nn分别取2、4、6、& 10、12时该系统的单位阶跃响应曲线。 nTtre (s&z)解：程序如下：kesi=0.5;wn=2;while wn 0,以及a2a / a = 16.8，因此系统是稳定的。21 20 321 437( s +1)(7/8)(s +1)Ds) s(s + 4)(s 2 + 2s + 2) s

14、(0.25s+4)(0.5s2 + s +1)由G(s)可知，系统式1型系统，且K=7/8,故系统在i(t),t和12信号作用下的稳态误差分别为：e (g) = 0, e (g) = 1 / K，e (g) = 8sspssvssa4-4 解：1)由图可知，其低频段为一水平线，(即v=0),故系统为0型系统;2)由 20lg K = 10(dB /dec)求得K = 3.16 ；3)1由过点2斜率增加-20dB/dec可知，包含一个惯性环节Ts +111(式中，T = = 5)1w11由过点15斜率增加-20dB/dec可知，包含一个惯性环节Ts +12式中，T =沁 0.067)2 153.

15、16综上所述，可得系统的开环传递函数为：G(s) = (0.5s +1)(0.067s +1)4-5 解：1)幅频特性渐近线的斜率变化依次是-20 T -40 T -20 T -40，说明系统具有三个环节：2)1由过点o斜率增加-20dB/dec可知，包含一个惯性环节1T s +11式中，3)综上所述，由过点w斜率增加+20dB/dec可知，包含一个微分环节T2s +12 21由过点 3斜率增加-20dB/dec可知，包含一个惯性环节3T s +13式中，式中，其低频段是斜率为-20dB/dec的直线，为I型系统，K = = 1 w11K (s +1)可得系统的开环传递函数为：G(s)=s (

16、 s +1)(丄 s +1) w1ww,K二亠丄)1w2相似三角形定理)八、解：1)其低频段是斜率为-20dB/dec的直线，为I型系 ，亠 亠80 = 20 x 0.01 + b;统， 由0 = 20w + b;2)由过点0.01斜率增加-20dB/dec可知，包含一1 1个惯性环节(式中，T =100)T s +11 w1 1由过点100斜率增加-20dB/dec可知，包含一个惯性环节(式中，T二丄=001)Ts +12 1002综上所述，可得系统的开环传递函数为：4.01s (100 s + 1)(0.01s +1)八、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：门 1006 G)=-亠s(s

17、 + 2)求 (1)试确定系统的璽.次V和开环增益K； p2)试求输入为= 1 + 3f时，系统的稳态误差* *解:50由函数表达式可知，系统为I型，G (s) =100K112sq s +1) sq s +1)故,K=50.系统的位置误差系数为K = lim G (s) = lim 100p st0st0 s (s + 2)系统的速度误差系数为K = lim sG (s) = lim s100= 50V s T0s T0 s( s + 2)当输入r(t) = 1 + 3t时，系统的稳态误差为ess第五章系统的稳定性 设系统的特征方程为D(s)=3 斛+103+5梓+卄2=0试判别系统稳定性解：列Routh表:S4352S3丈1010S210X5-3X110X2 -3X0,01010S14.7X1 -102 = 3.24.700辭20卡0回：1H H第五章系统的稳定性例:D(s)=3 +s4 +2s3 +2s2 +3s+5=055123*125吨)1X3-1X? _ r102E+25:0a2h 00s&500V第一列符号改变两次二系统不稳定，有两个具有正实部的特征根。SEES专业资料