机械控制基础试题及答案

机械工程控制基础试题机械工程控制基础试题 一 填空题 每题 1 分 共 10 分 1 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 有关 2 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面 稳定性 快速性和 性 3 传递函数的定义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 输入量得拉氏变换之比 4 传递函数的组成与输入 输出信号无关 仅仅决定于 并且只适于零初始 条件下的线性定常系统 5 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 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 6 频率响应是系统对 稳态响应 频率特性包括幅频和相频两种特性 7 系统的性能指标按其类型可分为时域性能指标 频域性能指标 8 用频率法研究控制系统时 采用的图示法分为极坐标图示法和 图示法 9 系统稳定的充要条件是 10 对广义系统 按反馈情况可分为开环系统 二 选择题 每题 1 分 共 10 分 1 拉 氏 变 换 将 时 间 函 数 变 换 成 A 正弦函数B 单位阶跃函数 C 单位脉冲函数 D 复变函数 2 微 分 环 节 的 频 率 特 性 相 位 移 A 90 B 90 C 0 D 180 3 设系统的传递函数为 G s 则系统的阻尼比为 255 25 2 ss A B C D 1255 2 1 4 正弦函数 sin的拉氏变换是 t A B s 1 22 s C D 22 s s 22 s 1 5 比例环节的频率特性相位移 A 90 B 90 C 0 D 180 6 一阶系统的阶跃响应 A 当时间常数 T 较大时有振荡B 当时间常数 T 较小时有振荡 C 有振荡 D 无振荡 7 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 A 充分条件 B 必要条件 C 充分必要条件 D 以上都不是 8 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 A 脉冲函数B 斜坡函数 C 抛物线函数D 阶跃函数 9 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 A 代数方程B 特征方程 C 差分方程D 状态方程 1 0 线 性 定 常 系 统 的 传 递 函 数 是 在 零 初 始 条 件 下 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 三 简答题 每题 5 分 共 20 分 1 什么是反馈 为什么要进行反馈控制 2 什么是系统 什么是线性系统 3 系统稳定性的定义是什么 4 什么是时间响应 时间响应由哪两部分组成 四 计算题 每题 10 分 共 60 分 1 如下图所示 将方框图化简 并求出其传递函数 一 一 H1 G1G2 H2 R S C S 2 设系统开环传递函数如下 试绘制系统的对数幅频特性曲线 101 0 11 0 100 sss sG 3 设系统特征方程为 03425 234 ssss 试用劳斯 赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性 4 已知开环频率特性 分析系统的稳定性 10 1 12 13 G jH j jjj 5 求出图中所示系统的传递函数 Xo s Xi s 10 分 6 由试图所示施加一个 3N 的阶跃力 求出质量 m 阻尼系数 c 弹簧进度系数 k 15 分 tf 答案 一 填空题可分为 1 开环传递函数 2 精准性 3 初始条件为零 4 系统本身的结构和参数 5 复数根 6 正弦输入 7 综合性能指标 8 对数坐标 9 系统的全部特征根都具有负实部 10 闭环系统 二 选择题 1 D 2 A 3 C 4 B 5 C 6 D 7 C 8 D 9 B 10 D 三 简答题 1 答 反馈是指人们为了达到一定的目的 有意加入的反馈 闭环控制系统的工作是基于系统 的实际输出与输入间的偏差之上的 在系统存在扰动的情况下 这种偏差就会出现 进行适当的 反馈控制正好能检测出这种偏差 并力图减小这种偏差 而最终使得偏差为零 事实上 反馈控 制仅仅需为无法预计的扰动设计 因为对可以预知的扰动 总可以在系统中加以校正 2 答 系统是由相互联系 相互作用的若干部分构成而且有一定的目的或一定的运动规律的一 个整体 当系统的数学模型能用线性微分方程描述时 系统称为线性系统 3 答 系统的稳定性是指系统在初始状态的作用下 由它引起的系统的时间响应随时间的推移 逐渐衰减并趋向与零的能力 若随时间的推移 系统能回到平衡位置 则系统是稳定的 若随时 间的推移 系统偏离平衡位置愈来愈远 则系统是不稳定的 4 答 时间响应是指系统的响应在时域上的表现形式 或系统地动力学方程在一定初始条件下 的解 按响应的来源分为 零输入响应 零状态响应 按响应的性质分为 强迫响应 自由响应 四 计算题 1 解 2 解 该系统开环增益 K 100 有一个积分环节 即 v 1 低频渐近线通过 1 20lg100 这点 即通过 1 40 这点斜 率为 20dB dec 有两个惯性环节 对应转折频率为 斜率分别增加10 1 0 1 1 w100 01 0 1 2 w 20dB dec 系统对数幅频特性曲线如下所示 3 解 用劳斯 赫尔维茨稳定判据判别 a4 1 a3 5 a2 2 a1 4 a0 3 均大于零 且有 L dB 20 dB dec 40 dB dec 10100 60 dB dec rad s 0 1 40 3210 0450 0321 0045 4 05 1 064125 2 051414355425 3 0153 51 33 34 所以 此系统是不稳定的 4 解 G j H j 在 s 平面右半平面无极点 即 P 0 10 1 12 13 G jH j jjj 222 10 1 14 1 9 2 222 60 1 1 14 1 9 j 1 222 2 10 1 14 1 9 G jH j 0arctanarctan2arctan3G jH j 令 0 有 10u 0 令 有 1 11 0u 11 11 6 令 1 有 1u 0 5 6 解 由图可得传递函数为 kcsms sG 2 1 K 由 laplace 的终值定理可得 sXtxx s o t 0 0 limlim skcsms s s 3 1 lim