机械工程控制基础02240

第 1 页 全国 2001 年 10 月 机械工程控制基础试题 课程代码： 02240 第一部分 选择题 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（ ） 环系统的输出对系统有控制作用 环系统的输入对系统有控制作用 环系统有反馈回路 环 系统也不一定有反馈回路 2. 若f t ) , 0 0 51 5 ，则Lf t ()（ ） sB.e s ss e 已知f t t() . , 05 1其Lf t ()（ ） A. s s052. 2s s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（ ） 52s 6s s 5. 若f t te t( ) 2，则Lf t ()（ ） s )s s )s 6. 线性系统与非线性系统的根本区别在于（ ） 非线性系统微分方程的系数为时变函数 第 2 页 非线性系统有多个外加输入 线性系统不满足迭加原理 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（ ） s 1s s( )D. s 8. 二阶系统的极点分别为s 05 4 .,，系统增益为 5，则其传递函数为（ ） 4( . )( )s s 4( . )( )s s 4( . )( )s s 4( . )( )s s 9. 某系统的传递函数为 2s5)s(G ，则该系统的单位脉冲响应函数为（ ） A. 52e tB. 5t C. 52t 10. 二阶欠阻尼系统的上升时间 ） 0%上升到 90%所需的时间 0%所需的 时间 11. 系统类型 、开环增益 ） 高，开环增益 K 越大，系统稳态误差越小 越低，开环增益 K 越大，系统稳态误差越小 高，开环增益 K 越小，系统稳态误差越小 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G s ) 1，则该系统时间响应的快速性（ ） 有关 和 T 有关 有关 第 3 页 13. 一闭环系统的开环传递函数为G s ss s s( ) ( )( )( ) 8 32 3 2，则该系统为（ ） 系统，开环增益为 8 系统，开环增益为 8 系统，开环增益为 4 系统，开环增益为 4 14. 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（ ） s Ks s( ) 22 12，当 K 增大时，其（ ） 尼比增大 尼比减小 尼比减小 尼比增大 16. 所谓最小相位系统是指（ ） 平面左半平面 平面左半平面 平 面右半平面 平面右半平面 17. 一系统的传递函数为G s s( ) 102，则其截止频率 ） A. 2 18. 一系统的传递函数为G s s( ) ( ) 1，则其相位角( )可表达为（ ） A. 1 B. 90 1 19. 一系统的传递函数为G s s( ) 2 2，当输入rt t() 2时 ，则其稳态输出的幅值为（ ） A. 2 B. 2 2/ 0. 延时环节e s ( )0，其相频特性和幅频特性的变化规律是（ ） A. ( ) , ( ) 90 0第 4 页 B. ( ) , ( ) L 1. ( ) , ( ) 90 . ( ) , ( ) L 01. 一单位反馈系统的开环传递函数为G s Ks s s( ) ( )( ) 1 2，当 K 增大时，对系统性能能的影响是（ ） 22. 一单位反馈系统的开环 已知，其幅频特性在低频段是一条斜率为 20dB 渐近直线，且延长线与 0的交点频率为c5，则当输入为rt t() .05时，其稳态误差为（ ） 23. 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（ ） 左半平面的个数 右半平面的个数 右半平面的个数 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（ ） 胡尔维茨判据属代数判据，是用来判断开环系统稳定性的 用来判断闭环系统稳定性的 ） 幅值裕量 6. 一单位反馈系统的开环传递函数为G s Ks s K( ) ( ) ，则该系统稳定的 K 值范围为（ ） 0 1 K 10 D. K 1 27. 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（ ） 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（ ） g 第 5 页 29. 当系统采用串联校正时，校正环节为G s ) 12 1，则该校正环节对系统性能的影响是（ ） 应速度降低 30. 串联校正环节G s ) 11，关于 A 与 B 之间关系的正确描述为（ ） c(s)为超前校正环节，则 A B 0 c(s)为滞后校正环节，则 A B 0 c(s)为超前 滞后校正环节，则 A B c(s)为 正环节，则 A=0， B 0 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） 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。 状态到 状态的响应过程。 ，即系统的特征根必须全部在 是系统稳定的充要条件。 系统G s Ks s( ) ( ) 2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 。 的稳态响应，频率特性包括 两种特性。 三、简答题（共 16 分） 2s s ，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。 们反映系统哪些方面的性能？ 定义、计算公式，并在极坐标上表示出来。 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 第 6 页 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C sR s( )( )及C sN s( )( )42.（ 7 分）系统如图所示，rt t() 1为单位阶跃函数，试求： 1. 系统的阻尼比和无阻尼自然频率动态性能指标：超调量 调节时间)543.（ 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。 第 7 页 45.（ 8 分）已知单位反馈系统的闭环传递函数W s s( ) 2 3，试求系统的相位裕量和幅值裕量 国 2001 年 10 月 机械工程控制基础试题参考答案 课程代码： 02240 一、 单项选择题（本大题共 30 小题，每小题 1 分，共 30 分） 、 填空题（本大题共 5 小题，每空 1 分，共 10 分） 输入量的拉氏变换 最终状态 复平面的左半平面 幅频和相频 三、 简答题（本大题共 4 小 题，共 16 分） 8 页 延迟时间 上升时间 峰值时间 超调量 调节时间 映系统的快速性 映系统的相对稳定性。 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： )(180 c在极坐标下表示为 增加相位余量，提高稳定性 增加幅值穿越频率 c，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） 22t(t(f )t(f)t(2 拉氏变换得：（零初始条件） )s(F)s(KX)s(s(s(F )s(X 2 41. 22121211211 2211221 G)s(R )s(C 1211 11P 2211212 G1)s( 42. 1 )2s(s)2S( 第 9 页 001p )s(3t s(s)s(D 232 由劳斯判据： 一列系数大于零，则系统稳定得 54 又有： 得： K 4 4 K 54 44. 1)1 0 0s)( 0)11 0 0s)(sK)s(G100 s2)s(s(W)s(G 112|)j(G|2，解得3c 12 06018 0)(18 0 g 10 页 浙江省 2002 年 1 月 机械工程控制基础试题 课程代码： 02240 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 ) 系统结构与参数的问题，称为 ( ) D. ) 3.( )=1s a,(a 为常数 ) A. L e B. L C. L e (t a) D. L e (t+a) =( ) A. 12 3( )s B. 1a s a( )C. 22 3( )s D. (s)=42 1s，则 ( )=( ) A. 4 B. 2 C. 0 D. f(t)=a 为实数 )，则 Lf t )0 =( ) A. as aB. 1a s a( )C. 1s s a( )D. 1a s a( ) 第 11 页 7.f(t)=3 20 2 ，则 L f(t) =( ) A. 31 2s e sC. 3 2s e sD. 3 2s e 0 0 0() () () ()x t x t x t ,它是 ( ) (s)=e 2s，它是 ( ) ) A. 1 1. C. D. (s)=34 1002s s ,其无阻尼固有频率 n 是 ( ) A. 10 B. 5 C. D. 25 单位脉冲响应曲线在 t=0 处的斜率为 ( ) A. C. D. (s)= 1,则其单位阶跃响应函数为 ( ) A. 1T e /C. K(1 e t/T) D. (1 e ) ) A. 0 B. C. D. (s)=e s 的相频特性 G(等于 ( ) A. B. 它对应的传递函数 G(s)为 ( ) A. 1+ B. 11 12 页 C. 1(1+ ) A. . 11 1+. 1设 系 统 的 特 征 方 程 为D(s)=40s+40 =0，则此系统稳定的值范围为 ( ) A. 0 B. 014 D. r D. 两者无关 ) B. D. 在频率 c=4 处提供最大相位超前角的是 ( ) A. 4 11B. 14 1C. 01 10625 1. s sD. 0625 101 1. . 上，已知其剪切频率 c 40，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. 0004 1004 1. B. 0 4 14 1. C. 4 1101D. 4 10 4 1空题 (每小题 2 分，共 10 分 ) _和 _ s 5 4 ，则该闭环系统的特征方程为 _开环增益为 _ 调整时间 阻尼比、 _和 _有关。 )与对数坐标图 ( )之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于 上的 _；极坐标图上的负实轴对应于 上的 _。 _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24 32s s ，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Ks s( )7 1，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 ) 第 14 页 1.(7 分 )用极坐标表示系统14 2 12s s 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 G 4 3 41 1 0( ) ( )( ), 、问是否可以称其为 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401 1 001 1s s s( . )( . ) ，请绘出频率特性对数坐标图 ( )，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 ? 浙江省 2002 年 1 月机械工程控制基础试题参考答案 课程代码： 02240 一、单项选择题 (每小题 1 分，共 30 分 ) 、填空题 (每小题 2 分，共 10 分 ) s+K=0， 第 15 页 贝线 180 三、简答题 (共 16 分 ) 11 132s s s s g(t)=e t e 3t,t 0 2.型；稳态值等于 1 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 ) 点 =0 点 n=