机械工程控制基础试题

一、单项选择题：1 线性系统和非线性系统的根本区别在于 ( C )A线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入。B线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入。C线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理。D线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理。2令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的 ( B )A代数方程B特征方程 C差分方程D状态方程3 时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 （ D ）A脉冲函数B斜坡函数C抛物线函数D阶跃函数4设控制系统的开环传递函数为G(s)=，该系统为 （ B ）A0型系统BI型系统CII型系统DIII型系统5二阶振荡环节的相频特性，当时，其相位移为 ( B )A-270B-180C-90D06. 根据输入量变化的规律分类，控制系统可分为 ( A )A.恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统B.反馈控制系统、前馈控制系统前馈反馈复合控制系统C.最优控制系统和模糊控制系统D.连续控制系统和离散控制系统7采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其等效传递函数为 ( C )ABCD8 一阶系统G(s)=的时间常数T越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间( A )A越长B越短C不变D不定9拉氏变换将时间函数变换成 （ D ）A正弦函数B单位阶跃函数C单位脉冲函数 D复变函数10线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 （ D ）A系统输出信号与输入信号之比 B系统输入信号与输出信号之比C系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比11若某系统的传递函数为G(s)=，则其频率特性的实部R()是 （ A ）A B- C D-12. 微分环节的频率特性相位移()= ( A )A. 90 B. -90 C. 0 D. -18013. 积分环节的频率特性相位移()= ( B )A. 90 B. -90 C. 0 D. -18014.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？ （C）A.输入信号B.初始条件C.系统的结构参数 D.输入信号和初始条件15. 系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 ( C )A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是16. 有一线性系统，其输入分别为u1(t)和u2(t)时，输出分别为y1(t)和y2(t)。当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数)，输出应为 （B）A. a1y1(t)+y2(t)B. a1y1(t)+a2y2(t)C. a1y1(t)-a2y2(t) D. y1(t)+a2y2(t)17. I型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 （B）A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)18. 设系统的传递函数为G(s)=，则系统的阻尼比为 （C） A.B. C. D. 119正弦函数sin的拉氏变换是 （ B ）A.B. C.D. 20二阶系统当00,30-k00k301. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。3. 判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。4. I型系统在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态误差为 。5. 频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。6. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是(渐进)稳定的系统。7. 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。8. 系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。9. 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、输出关系常用差分方程来描述。10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以c（截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳态性能。二设有一个系统如图1所示，k1=1000N/m, k2=2000N/m, D=10N/(m/s)，当系统受到输入信号 的作用时，试求系统的稳态输出。(15分)解： 然后通过频率特性求出 三一个未知传递函数的被控系统，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环系统的单位阶跃响应如图2所示。(10分)问：(1) 系统的开环低频增益K是多少？(5分)(2) 如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似闭环传递函数；(5分)解：（1），(2) 四已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图3所示。(10分)1. 写出开环传递函数G(s)的表达式；(5分)2. 概略绘制系统的Nyquist图。(5分)1 2五已知系统结构如图4所示, 试求：(15分)1. 绘制系统的信号流图。(5分)2. 求传递函数及。(10分) 六系统如图5所示，为单位阶跃函数，试求：(10分)1. 系统的阻尼比和无阻尼自然频率。(5分)2. 动态性能指标：超调量Mp和调节时间。(5分)1 2 七如图6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。(10分) 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 4K54八已知单位反馈系统的闭环传递函数，试求系统的相位裕量。(10分)解：系统的开环传递函数为，解得一、 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 ）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（ B ）A. B.C. D.3. 已知其（ C ）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（ D ）A. B.C. D.5. 若，则（ B ）A. B.C. D.6. 线性系统与非线性系统的根本区别在于（ C ）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（ B ）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（ D ）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 ）A. B.C. D.10. 二阶欠阻尼系统的上升时间定义为（ C ）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 ）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（ C ）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（ C ）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（ B ）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（ C ）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（ B ）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 ）A. 2B.0.5C.5D.1018. 一系统的传递函数为，则其相位角可表达为（ B ）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 ）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（ D ）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 ）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 ）A.0.1 B.0.2 C.0 D.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（ D ）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（ B ） 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（ D ） 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（ A ）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 ）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（ D ）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（ D ）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 ）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 初始条件为零 的条件下，系统输出量的拉氏变换与 输入量的拉氏变换 之比。32.瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态 状态到最终状态 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 负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面 是系统稳定的充要条件。34.0 34.I型系统在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态误差为 。35.频率响应是系统对 正弦输入的稳态响应，频率特性包括幅频和相频 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。解：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？解：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.简述相位裕量的定义、计算公式，并在极坐标上表示出来。解：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.简述串联相位超前校正的特点。解：.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.（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）。解：系统的微分方程为拉氏变换得：（零初始条件）41.（7分）已知系