西南科技大学机械控制工程基础习题集及参考答案.pdf

机械控制工程基础习题集机械控制工程基础习题集 一 填空题一 填空题 1 系统输出全部或部分地返回到输入端 就叫做 2 有些系统中 将开环与闭环结合在一起 这种系统称为 复合控制系统 3 我们把输出量直接式间接地反馈到 形成闭环参与控制的系 统 称作 4 控制的任务实际上就是 使不管是否存在扰动 均能使的输 出量满足给定值的要求 5 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 样的系统是系统 6 对于函数 它的拉氏变换的表达式为 7 单位阶跃信号对时间求导的结果是 8 单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是 9 单位脉冲函数的拉普拉斯变换为 10 的拉氏变换为 11 的原函数的初值 终值 12 已知的拉氏变换为 则初值 13 的拉氏变换为 14 若 则 15 描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式 叫做 16 自动控制系统主要元件的特性方程式的性质 可以分为和非线性控制系 统 17 自动控制系统主要元件的特性方程式的性质 可以分为和非线性控制系 统 18 数学模型是描述系统的数学表达式 或者说是描述系统内部变量之间关系的数 学表达式 19 如果系统的数学模型 方程是的 这种系统叫线性系统 20 传递函数反映系统本身的瞬态特性 与本身参数 结构 与输入 不同的物 理系统 有相同的传递函数 传递函数与初始条件 21 二阶系统的标准型式为 22 环节的传递函数是 23 I 型系统开环增益为10 系统在单位斜坡输入作用下的稳态误差 e 为 24 时间响应由响应和响应两部分组成 25 为系统的 它描述系统对不同频率输入信号 的稳态响应幅值衰减 或放大 的特性 为系统的 它描述系统对不同频率输入信号的稳态响应 相位迟后或超前的特性 26 频率响应是响应 27 惯性环节的传递函数为 28 当输入信号的角频率 在某一范围内改变时所得到的一系列频率的响应称为这个系统 的 29 控制系统的时间响应 可以划分为瞬态和稳态两个过程 瞬态过程是指系统从 到接近最终状态的响应过程 稳态过程是指时间t趋于时系统的输出状态 30 若系统输入为 其稳态输出相应为 则该系统的频率特性可表 示为 31 型系统的对数幅频特性低频渐近线斜率为 32 对于一阶系统 当 由0 时 矢量 D j 方向旋转 则系统是稳定的 否 则系统不稳定 33 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号 则称此系统为系统 其输入 输出关系常用差分方程来描述 34 系统输出全部或部分地返回到输入端 就叫做 35 有些系统中 将开环与闭环结合在一起 这种系统称为 36 对于函数 它的拉氏变换的表达式为 37 单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是 38 单位脉冲函数的拉普拉斯变换为 39 的拉氏变换为 40 的原函数的初值 终值 41 环节的传递函数是 42 时间响应由响应和响应两部分组成 43 频率响应是响应 44 我们把输出量直接式间接地反馈到 形成闭环参与控制的 系统 称作 45 控制的任务实际上就是 使不管是否存在扰动 均能使的输 出量满足给定值的要求 46 在初条件为零时 与之比称 为线性系统 或元件 的传递函数 47 频率响应是响应 48 若 则 49 若系统输入为 其稳态输出相应为 则该系统的频率特性可表 示为 50 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号 则称此系统为系统 其输入 输出关系常用差分方程来描述 二 选择题二 选择题 1 的拉氏变换为 A B C D 2 已知 其原函数的终值 A 0 B C 0 75 D 3 3 若 0 则可能是以下 A B C D 4 二阶系统的传递函数为 则其无阻尼振荡频率和阻尼比为 A 1 B 2 1 C 2 2 D 1 5 根据下列几个系统的特征方程 可以判断肯定不稳定的系统为 A B C 其中均为不等于零的正数 6 题图中 R C 电路的幅频特性为 题图二 6 R C 电路 A B C D 7 的拉氏变换为 则为 A B C D 8 已知其反变换 f t 为 A B C D 9 开环与闭环结合在一起的系统称为 A 复合控制系统 B 开式控制系统 C 闭和控制系统 D 正反馈控制系统 10 表示了一个 A 时滞环节 B 振荡环节 C 微分环节 D 惯性环节 11 二阶系统的传递函数为 则其无阻尼振荡频率和阻尼比为 A 1 B 2 1 C 1 0 25 D 12 已知系统频率特性为 则该系统可表示为 A B C D 13 脉冲函数的拉氏变换为 A 0 B C 常数 D 变量 14 已知 其反变换 f t 为 A B C D 15 在初始条件为零时 输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统的 A 增益比 B 传递函数 C 放大倍数 D 开环传递函数 16 一阶系统的传递函数为 其单位阶跃响应为 A B C D 17 下列开环传递函数所表示的系统 属于最小相位系统的是 A B T 0 C D 18 已知系统频率特性为 当输入为时 系统的稳态输出为 A B C D 19 则 A 5 B 1 C 0 D 20 已知的拉氏变换为 A B C D 21 已知线性系统的输入 x t 输出 y t 传递函数 G s 则正确的关系是 A B C D 22 已知道系统输出的拉氏变换为 那么系统处于 A 欠阻尼 B 过阻尼 C 临界阻尼 D 无阻尼 23 已知系统频率特性为 则该系统可表示为 A B C D 24 理想微分环节对数幅频特性曲线是一条斜率为 A 通过 1点的直线 B 通过 1点的直线 C 通过 0点的直线 D 通过 0点的直线 25 已知 其原函数的终值 A B 0 C 0 6 D 0 3 26 图示函数的拉氏变换为 a 0 t A B C D 27 设有一弹簧 质量 阻尼器机械系统 如图所示 以外力 f t 为输入量 位移 y t 为输出量的运动微分方程式可以对图中系统进行描述 那么这个微分方程的阶次是 A 1 B 2 C 3 D 4 28 某一系统的速度误差为零 则该系统的开环传递函数可能是 A B C D 29 下列开环传递函数所表示的系统 属于最小相位系统的有 A B T 0 C D 30 开环对数幅频特性对数相频特性如下图所示 当 K 增大时 A L 向上平移 不变 B L 向上平移 向上平移 C L 向下平移 不变 D L 向下平移 向下平移 三 计算题三 计算题 1 试建立如图所示系统的动态微分方程 图中电压u1为系统输入量 电压u2为系统输出量 C为电容 R为电阻 2 简化下图所示系统的方框图 并求系统的传递函数 3 已设单位负反馈控制系统的开环传递函数如下 试用劳斯判据确定系统稳定时 K的取 值范围 4 试建立如图所示系统的动态微分方程 图中电压u1为系统输入量 电压u2为系统输出量 C为电容 R1 R2为电阻 5 某系统用测速发电机反馈 可以改善系统的相对稳定性 系统如下图所示 1 当K 10 且使系统阻尼比 0 5 试确定Kh 2 若要使系统最大超调量Mp 0 02 峰值时间tp 1s 试确定增益K和速度反馈系 统Kh的数值 并确定在这个K和Kh值的情况下 系统上升时间和调整时间 6 6 设系统开环频率特性如下图所示 试判别系统稳定性 其中p为开环右极点数 为开环传递函数中的积分环节数目 7 试建立如图所示系统的动态微分方程 图中电压u1为系统输入量 电压u2为系统输出量 C为电容 R1 R2为电阻 8 单位负反馈系统的开环传递函数为 试求当输入 0 时的稳态误差 9 化简下图所示系统结构图 并求系统开环传递函数 闭环传递函数 10 试建立如图所示系统的动态微分方程 图中位移x1为系统输入量 位移x2为系统输出量 K为弹簧刚度系数 B为粘性阻尼系数 11 试画出具有下列传递函数的 Bode 图 12 系统开环传递函数为 试绘制系统的开环对数频率特性并计算 值 13 试建立如图所示系统的动态微分方程 图中位移x1为系统输入量 位移x2为系统输出量 K1和K2为弹簧刚度系数 B为粘性阻尼系数 14 已知一些元件的对数幅频特性曲线如下图所示 试写出它们的传递函数G s 并计算 出各参数值 15 某单位反馈系统的开环传递函数 试判定系统的稳定性 TK 1 机械控制工程基础习题集机械控制工程基础习题集 答答案案 一 填空题一 填空题 1 反馈2 复合控制系统3 输入端 闭环控制系统 4 形成控制作用的规律 被控制对象 5 稳定 6 7 单位冲击信号8 9 110 11 0 1 12 013 14 15 系统的数学模型16 线性控制系统17 线性控制系统 18 瞬态特性19 线性20 有关 无关 可以 无关 21 22 惯性23 0 1 24 瞬态 稳态25 幅频特性 相频特性26 正弦输入信号的稳态 27 28 频率特性29 初始状态 无穷大 30 31 40dB dec32 逆时针 33 离散34 反馈35 复合控制系统 36 37 38 1 39 40 0 1041 惯性 42 瞬态 稳态43 正弦输入信号的稳态44 输入端 闭环控制系 统 45 形成控制作用的规律 被控制对象 46 输出量的拉氏变换 输入量的拉氏变 换 47 正弦输入信号的稳态48 49 50 离散 二 选择题二 选择题 1 C2 C3 C4 D5 B6 B 7 C8 B9 A10 A11 C12 B 13 C14 C15 B16 B17 C18 D 19 A20 C21 B22 C23 C24 A 25 D26 A27 B28 D29 D30 A 三 计算题三 计算题 1 解 设回路电流为i 根据基尔霍夫电压定律有 1 2 将方程 1 变形得 代入式 2 中 得 整理后得 即 2 解 3 解 该系统闭环特征方程为 s 3 1180 s 2 918K0 s 1 18 2K0 s 0 18K 4 解 设i为回路总电流 iR1为R1支路电流 iC为C支路电流 根据基尔霍夫电流定律 得 可得 整理后得 5 解 系统的闭环传递函数为 所以 1 将K 10 代入 求得 Kh 0 216 2 算出 Kh 0 27 算出 ts 1 02 s tr 0 781 s 6 解 1 包围圈数N 0 P 0 稳定 2 正穿越次数为1 负穿越次数为0 1 0 P 2 1 稳定 3 正穿越次数为1 负穿越次数为1 1 1 P 2 0 稳定 7 解 根据基尔霍夫电压定律列方程如下 对上述方程进行拉氏变换 传递函数为 展开得 对上式进行拉氏反变换 整理后得 8 解 系统的开环增益 K 14 且为 型系统 将 则 9 解 这是一个无交叉多回路结构图 具有并 串联 局部反馈 主反馈系统 首先将 并联和局部反馈简化如图 b 所示 再将串联简化如图 c 所示 系统开环传递函数为 系统闭环传递函数为 10 解 按牛顿定律列力学方程如下 整理得 11 解 12 解 1 首先将分成几个典型环节 显见该系统由放大环节 积分环