机械控制工程习题答案.pdf

题目：题目：时间响应由 和 两部分组成。 分析与提示：分析与提示：时间响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成。 答案：答案：瞬态响应、稳态响应 题目：题目：系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程，称为 。 分析与提示：分析与提示：瞬态响应，指系统在某一输入信号作用下，系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应 过程。 答案：答案：瞬态响应 题目：题目：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为 与 。 分析与提示：分析与提示：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为自由响应与强迫响应。 答案：答案：自由响应、强迫响应 题目：题目：系统的时间响应可从两方面分类，按振动来源可分为 与 。 分析与提示：分析与提示：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为自由响应与强迫响应；按振动来源 可分为零输入响应(即由 “无输入时系统的初态” 引起的自由响应)与零状态响应(即仅由输入引起的响应)。 答案：答案：零输入响应、零状态响应 题目：题目：系统微分方程的特解就是系统由输入引起的输出(响应)，工程上称为 。 分析与提示：分析与提示：初始条件及输入信号产生的时间响应就是微分方程的全解。包含通解和特解两个部分。 通解完全由初始条件引起的，它是一个瞬态过程，工程上称为自然响应 (如机械振动中的自由振动)。特 解只由输入决定，特解就是系统由输入引起的输出(响应)，工程上称为强迫响应 (如机械振动中的强迫振 动)。 答案：答案：强迫响应 题目：题目：系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性，还与外加 的形式有关。 分析与提示：分析与提示：系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性，还与外加输入信号的形式有关。 答案：答案：输入信号 题目：题目：单位阶跃信号 00 0 t t tu 1 )(的拉氏变换为【 】 A、 s 1 B、 2 1 s C、1 D、s 分析与提示：分析与提示：熟练掌握典型信号的拉氏变换。B为单位斜坡信号的拉氏变换，C 为单位冲击信号的拉 是变换。 答案：答案：A 题目：题目：选取输入信号应当考虑以下几个方面，输入信号应当具有 ，能够反映系统工作的大部 分实际情况。 分析与提示：分析与提示：选取输入信号应当考虑以下几个方面，输入信号应当具有典型性，能够反映系统工作的 大部分实际情况。 答案：答案：典型性 题目：题目：选取输入信号时，输入信号的形式应当尽可能 。 分析与提示：分析与提示：选取输入信号时，输入信号的形式应当尽可能简单。 答案：答案：简单 题目：题目： 是使用得最为广泛的常用输入信号。 分析与提示：分析与提示：单位脉冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、单位抛物线函数 都为常用输入信号时，单位脉冲函数是使用得最为广泛的常用输入信号。 答案：答案：单位脉冲函数 题目：题目：设一阶系统的传递函数为 52 3 s ，则其时间常数和增益分别是【 】 A 2，3 B 2，3/2 C 2/5，3/5 D 5/2，3/2 分析与提示：分析与提示：一阶系统的传递函数的标准形式为 1Ts k 。 1 5 2 5 3 52 3 s s ，其时间常数和增益分别 为 2/5，3/5 答案：答案：C 题目：题目：某系统的传递函数为 2 4 )( s sG，则该系统的单位脉冲响应函数为 【 】 A. t 4 B.t4 C. t e 2 4 D. t e 2 4 分析与提示：分析与提示：这是一个一阶系统 1 2 2 2 4 )( s s sG，一阶系统的单位脉冲响应函数为 T t e T k ，其 中 T 时间常数为 0.5，k 比例系数为 2。得单位脉冲响应函数为 t e 2 4 答案：答案：D 题目：题目：设温度计能在 1 分钟内指示出响应值的 98%，并且假设温度计为一阶系统，传递函数为 1 1 Ts sG，求时间常数。如果将此温度计放在澡盆内，澡盆的温度依 10/min 的速度线性变化，求 温度计的误差是多大？ 分析与提示：分析与提示：温度计的输入信号为单位阶跃信号，由传递函数可得到单位阶跃信号的响应，1 分钟内 指示出响应值的 98%可得到时间常数。误差为理想输出与实际输出之差。 答案：答案： （1）因一阶系统 1 1 Ts sG的单位阶跃响应函数为 T t o etx 1，令 t=1， %98txo， 即 98.011 1 TT t o eetx 解得 T=0.256min （2）因一阶系统在输入信号 ttxi10作用下的时间响应为 T t io TeTt Ts T s T s L sTs LsXsGLtx 10 1 1 10 10 1 1 2 2 1 2 11 所以有 256.0 156.2110 1010 t T t T t oi eeT TeTtttxtxte 当 t=1min 时， 53.2te 题目：题目：已知系统的单位脉冲响应函数为 tt eetw 5.02.0 510 （1）求系统的传递函数； （2）确定系统的单位阶跃响应。 分析与提示：分析与提示： （1）系统的传递函数可由单位脉冲响应函数函数的拉氏变换得到； （2）几个典型信号之 间具有积分微分关系，则其输出也具有积分微分关系。 答案：答案： （1）对单位脉冲函数作拉氏变换 1.07.0 4.015 5.0 5 2.0 10 510 2 5.02.0 ss s ss eeLtwLsG tt （2）由于单位阶跃函数是单位脉冲函数的积分，因此单位阶跃响应就是单位脉冲响应的积分，即 tttttt t tt t o eeee dteedttwtx 5.02.0 0 5.0 0 2.0 0 5.02.0 0 1050601050 510 题目：题目：一阶系统的传递函数为 2 7 )( s sG，则其单位阶跃响应曲线在0t时的切线斜率是【 】 A -7 B 3.5 C 2 D 1/7 分析与提示：分析与提示：一阶系统的单位阶跃响应曲线在0t时的切线斜率是为 1/T，又 15.0 5.3 2 7 )( ss sG 即 T=0.5，单位阶跃响应曲线在0t时的切线斜率是为 2 答案：答案：C 题目：题目：二次临界阻尼系统具有的一对极点具有如下特征 【 】 A. 实部为零的共轭复数 B. 相等的负实数 C. 相等的正实数 D. 正、负两实数 分析与提示：分析与提示：二次临界阻尼系统具有的一对相等的负实数根。 答案：答案：B 题目：题目：当阻尼比为 时，系统的单位阶跃响应为持续的等幅振荡。 分析与提示：分析与提示：当阻尼比为零时，系统的单位阶跃响应为持续的等幅振荡。 答案：答案：零 题目：题目：已知机械系统的传递函数为 4 4 )( 2 ss sG，则系统的阻尼比是【 】 A 0.25 B 0.5 C 1 D 2 分析与提示：分析与提示：二阶系统传递函数的标准形式为 22 2 2 nn n ss sG ，由题意有 12 4 2 n n 解得25.0 答案：答案：A 题目：题目：二阶系统的响应特性完全由固有频率和 两个特征量来描述。 分析与提示：分析与提示：二阶系统的响应特性完全由固有频率和阻尼比两个特征量来描述。 答案：答案：阻尼比 题目：题目：二次欠阻尼系统具有的一对极点具有如下特征 【 】 A. 实部为负的共轭复数 B. 相等的负实数 C. 实部为零的共轭复数 D. 正、负两实数 分析与提示：分析与提示：二次欠阻尼系统具有的一对极点为实部为负的共轭复数。 答案：答案：A 题目：题目：二阶系统的阻尼比 =0.5, 无阻尼固有频率 n，则系统的阻尼自然频率 d为【 】 A. n 25.1 B n C. n 5.0 D n 75.0 分析与提示：分析与提示：阻尼固有频率为 2 1 nd 。 答案：答案：D 题目：题目：证明下图所示的系统是一个简单的二阶系统，并求其无阻尼固有频率、有阻尼固有频率和阻尼 比。 分析与提示：分析与提示：首先根据系统函数框图，化简得到系统传递函数，再根据二阶系统的传递函数形式，可 得到其特征参数。 答案：答案：简化传递函数框图，有 222 2 22 2 21 22 1 1 2 nnfn n n n f n n n n sKs ss K s ss sG 显然，这是一个简单的二阶系统。比较二阶系统传递函数的标准形式，其无阻尼固有频率为 n ，因 nfnn K22 2 得其阻尼比为 fnK 5.0 有阻尼固有频率为 22 5.011 fnnnd K 题目：题目：已知系统的单位阶跃响应为 tt o eetx 1060 2.12.01 求： （1）该系统的闭环传递函数； （2）系统的阻尼比和无阻尼固有频率。 分析与提示：分析与提示： 系统输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比即得到传递函数， 再由传递函数可得特征参数。 答案：答案：因 tt o eetx 1060 2.12.01 ， 1txi 所以 10 2.1 60 2.01 sss sX o ， s sX i 1 （1） 传递函数为 60070 600 1 10 2.1 60 2.01 2 ss s sss sX sX sG i o （2）这是一个典型的二阶系统，其中 702,600 2 nn 于是 43.1,5.24600 1 s n 题目：题目：当阻尼比1时，二阶系统的单位阶跃响应曲线具有什么特点。【 】 A.等幅振荡 B指数单调上升 C.振幅按指数曲线衰减振荡 D指数单调下降 分析与提示：分析与提示：当阻尼比1时，二阶系统的单位阶跃响应曲线为直属单调上升。 答案：答案：B 题目：题目：工程上通常使在 之间，其超调不大，过渡过程较短。 分析与提示：分析与提示：工程上通常使在 04.-0.8 之间，其超调不大，过渡过程较短。 答案：答案：0.4-0.8 题目：题目：欠阻尼系统的单位脉冲响应曲线具有什么特点【 】 A.增幅的正弦振荡曲线 B减幅的正弦振荡曲线 C.指数衰减的振荡曲线 D指数增加的振荡曲线 分析与提示：分析与提示：欠阻尼系统的单位脉冲响应曲线是减幅的正弦振荡曲线。 答案：答案：B 题目：题目：欠阻尼系统的单位脉冲响应曲线是减幅的正弦振荡曲线，且愈小，衰减愈慢，振荡频率愈大， 故欠阻尼系统又称为 。 分析与提示：分析与提示：欠阻尼系统的单位脉冲响应曲线是减幅的正弦振荡曲线，且愈小，衰减愈慢，振荡频 率愈大，故欠阻尼系统又称为二阶振荡系统 答案：答案：二阶振荡系统 题目：题目：负阻尼表示系统对能量的 。 分析与提示：分析与提示：负阻尼表示系统对能量的补充。 答案：答案：补充 题目：题目：单位脉冲函数是单位阶跃函数对时间的导数，所以单位脉冲的时间响应也可以由单位阶跃响应 进行微分获得 分析与提示：分析与提示：单位脉冲函数是单位阶跃函数对时间的导数，所以单位脉冲的时间响应也可以由单位阶 跃响应进行 获得。 答案：答案：微分 题目：题目：二阶系统传递函数为 22 2 2 )( nn n ss sG ，则当阻尼比0时，其单位脉冲响应 为 。 分析与提示：分析与提示：当阻尼比0，其单位脉冲响应为等幅振荡，振荡频率为无阻尼固有频率。 答案：答案：ttx nn sin)( o 题目：题目：要想减少二阶欠阻尼系统的上升时间，可以采取的措施是【 】 A n 不变，增大 B不变，减小 n C n 减小，增大 D 减小，增大 n 题目：题目：要想减少二阶欠阻尼系统的最大超调量，可以采取的措施是【 】 A n 不变，增大 B n 不变，减小 C 不变，减小 n D 不变，增大 n 题型：题型：多项选择题 题目：题目：二阶系统中能反映系统响应的快速性的性能指标有 【 】 A.上升时间 r t B.峰值时间 p t C.调整时间 s t D.超调量 p M 题目：题目：设单位负反馈系统的开环传递函数为 1ss 1 sG ，求系统单位阶跃响应的上升时间 r t、峰 值时间 p t、超调量 p M和调整时间 s t。 题目：题目：要使下图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量等于 25%，峰值时间 p t为 2 秒，是确定 K 和 Kt 题目：题目：系统的误差又可分为 和 。 分析与提示：分析与提示：系统的误差又可分为稳态误差和动态误差。 答案：答案：稳态误差、动态误差 题目：题目：稳态误差是误差信号的 ，其数学定义是 。 分析与提示：分析与提示：稳态误差是误差信号的稳态分量，其数学定义是)(limtee t ss 。 答案：答案：稳态分量、)(limtee t ss 题目：题目：一闭环系统的开环传递函数为 )2)(42( )4(10 )( sss s sG，则该系统为 【 】 A.0 型系统，开环增益为 10 B.I 型系统，开环增益为 10 C.I 型系统，开环增益为 5 D.0 型系统，开环增益为 5 分析与提示：分析与提示：化为系统型别的标准形式为 )15.0)(15.0( )1(5 )2)(42( )4(10 )( sss s sss s sG 答案：答案：C 题目：题目：系统的稳态性能主要取决于系统的型次和 _，系统的瞬态性能主要取决于系统的 _ 。 分析与提示：分析与提示：系统的稳态性能主要取决于系统的型次和开环