机电控制工程基础综合练习解答

1、第一章习题答案一、填空1. 系统输出全部或部分地返回到输入端叫做 反馈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. 我们把输出量直接或间接地反馈到 ，形成闭环参与控制的系统，称作 输入端闭环控制系统4. 控制的任务实际上就是 形成控制作用的规律，使不管是否存在扰动，均能使 被控制对象的输出量满足 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 稳定系统。6自动控制系统主要元件的特性方程式的性质，可以分为 线性控制系统和非线性控制系统。7、为了实现闭环控制，必须对 _输出量进行测量，并将测量的结果反馈到输入端与

2、输入量相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除 。因此，整个控制系统形成一个闭合回路。我们把输出量直接或间接地反馈到 端，形成闭环,参与控制的系统，称作闭环控制系统。偏差输入8、题图，由图中系统可知，输入量直接经过控制器作用于被控制对象，当出现扰动时，没有人为干 预，输出量按照输入量所期望的状态去工作，图中系统是一个 控制系统。不能开环9、如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消扰动量控制器+被控制对熱输屮1重失后，系统能自动恢复到原来的工作状态， 这样的系统称为 系统，否则为系统。任何一个反馈控制系统能正常工作，系统必须是 的。稳定；不稳定；稳定 二、选择1. 开环与闭环结合在一起的系统

3、称为 。（）A复合控制系统；B开式控制系统；C闭环控制系统；D连续控制系统 答：A2. 当t 时，闭环反馈控制系统输出的实际值y（：）与按参考输入所确定的希望值之间的差值叫。（）A微分； B 差分；C稳态误差；D积分答：C3 把输出量反馈到系统的输入端与输入量相减称为 。（D积分答：B）D连续信号控制答:D连续信号控制答:A反馈；B负反馈；C稳态差误；4 机器人手臂运动控制属于。（A闭环控制；B开环控制C正反馈控制5自动售货机控制属于。（A闭环控制；B开环控制C正反馈控制三、判断题1. 若系统的输出量对系统没有控制作用，则该控制系统称为开环控制系统。正确2 火炮跟踪系统属于开环控制系统。错误。

4、3. 自动洗衣机属于闭环控制系统。 错误。4 步进电机控制刀架进给机构属于闭环控制系统。错误。5.当系统的输出量对系统有控制作用时，系统称为闭环控制系统。正确。第二章习题答案一、填空01. 于函数f（t），它的拉氏变换的表达式为 。 F（s） = . f（t）e$dt03.单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是4. 单位脉冲函数的拉普拉斯变换结果为5. e丄的拉氏变换为16. Fs - 的原函数的初值f(0)= s(s +1)解析：初值定理：f (0)=叫 f (t) =im sF(s)。,终值终值定理:s11s 1f (：) =f (二)=lim f (t) = lim sF(s)/0 初值定理：

5、f(0) = lim f (t) = lim sF(s)。7s_c7. 已知f(t)的拉氏变换为冷，贝U初值f(0) =(s + 2)2 +48. f (tetsin2t的拉氏变换为s(s 2)24解析：根据位移性质若 Lf(t) l-F(s)，则 Lef(t)二 F(s a)这个性质表明，函数f(t)乘以et后的拉氏变换等于f(t)的拉氏变换F (s)中的s参变量用s a代换。求esin t的拉氏变换。因为 L s i n t二22故s_atLe sin小亍厂9.若 Lf(t) 】=F(s)，则 Let f (t)二解析：根据位移性质若 Lf(t) = F(s)，则 Lef(t)二 F(s

6、a)F(s a)二 etf(t)etdf(t)e4s a)tdt0 0CO二 f (t)tdF HFs a0这个性质表明，函数f(t)乘以e后的拉氏变换等于f(t)的拉氏变换F (s)中的s参变量用s a代换。10.若 Lf (t)HF(s)，则 Lf (t -2)二esF(s)解析：根据拉氏变换的延迟特性求解，Lf( )0=f(t_ )e$dt0令T=t-，T , dt二dT代入上式得QOQO.f (T)e( T)dT =e . f (T)eTdT 二 eF(s)00这个性质表明，时间函数f(t)的变量在时间轴位移，其拉氏变换等于f(t)的拉氏变换F(s)乘以指数因二、选择1. e1的拉氏变

7、换为(2C.答:A. B.竺 2ss 12. e2t的拉氏变换为(0.5s 11A.B.2s3.脉冲函数的拉氏变换为(A.0 B.gC.4.5.6.7.C.1r20常数D.D.变量答: Cf(t) =5、. t，则 Lf(t)二(A. 5B. 1C. 0D.已知F (s)2s 3s 3A.已知F (s)2s(s 2)(s 2s 5)B. 0 C. 0.6 D. 0.3 s22s 3其原函数的终值f(t)二t .答: Ds(s25s 4)，其原函数的终值(g C. 0.75 D. 3A. 0 B.已知F(sH-a2es，其反变换f (t)为 sa(t -a ) B. a (t -n .) n答:

8、 CA.C. a teD.(t - n )答：B解析：首先f(t) =tm , m为整数，求f (t)的拉氏变换由于 f(0) = f (0)- 二(mJ)(0H0，且 f(m)(t) =m!，由拉氏变换微分性质得Lf (t) =smLf(t)丨，又因 L f (m)(t= L ImH-m! sQO然后 根据拉氏变换的延迟特性求解，Lf (t - )二.f(t- )etdt0令 T=t-，t=T, dt=dT代入上式得QOOO,f (T)e( T)dT =e . f (T)eTdT =e F(s)00因此 L(t - )m= efL sm 1s(s 1)8. 已知F(s)二，1八，其反变换f

9、(t)为( )9. f(t)二esin2t的拉氏变换为()。A.22s严e2B. C.(s 4)4s(s 1)2 4D. -2e-s 答: C s 4解析：根据位移性质若 Lf(t) l-F(s)，则 Letf(t) =F(s a)这个性质表明，函数f(t)乘以e后的拉氏变换等于f (t)的拉氏变换F(s)中的s参变量用Sa代换。求es in -t的拉氏变换。因为 L s i nt二2s +灼Let s i n t22(s + a) +三、判断1 满足狄利赫利条件的函数f(t)的拉普拉斯变换为F(s)oO二Lf (t)f (t)etdt，积分的结果取决于参数t和s,F(s)称为f(t)的象函数

10、，而f(t)为F(s)的原函数。错误解析：以上定义式为定积分，积分限0和:是固定的，所以积分的结果与因此，它是复数s的函数12. 若 Fs二亠，则 f(：)=0s 9错误t无关，而只取决于参数s ,3.f (t)的拉氏变换为Fs=6 ，则 f(t)为3(1 -et)。正确s(s 2)4.单位抛物线函数为0u(t)=1以i2t拉普拉斯变t : 01” c，其拉普拉斯变换结果为-。t 一0s换的定义，单位抛错误的拉普解析：根拉斯变换为F L-t2H lt2e$dt=WRe(s) 02 0 2s5.已知 f(t)=1-e/, f(t)的拉氏变换为 F(s)二Lf(t)1s s 2第三章习题错误数学模

11、型线性控制系统瞬态特性一、填空1. 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系统的 2. 在初条件为零时，与之比称为线性系统(或元件)的传递函数。 输出量的拉氏变换；输入量的拉氏变换3. 根据自动控制系统的特性方程式可以将其分为和非线性控制系统。4. 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。5. 如果系统的数学模型,方程是 的，这种系统叫线性系统。线性Tit)6-环节的传递函数是Gs=y去。惯性讥)7题图 根据以上题图填空，RC+uc(t)=ur(t )。duML)o-dt8. 运动方程式Tyt = Kxt描述的是一个_。惯性环节二、选择1.

12、 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 _。答：BA. y(t) =x(t) LG(s) B. Y(s) =G(s) X(s) C. X(s) =Y(s) G(s) D. Y(s) = G(s)/X(s)2. 线性定常系统的传递函数是。()A.输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比B.零初始条件下，输出与输入之比C.零初始条件下，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比D.无法求出 答：C3.已知系统的传递函数为，则该系统的时域原函数s(s 1)g(t)是A. 1 e B. 1 -eC. 1 et D. et答：B4传递函数 G s = 丫 s二e表示了一个。()答

13、：AX(s)A.时滞环节B.振荡环节 C.微分环节 D.惯性环节解析：时滞环节的微分方程为y t二X t -T其传递函数G s = 丫三=eX(s)5. 一阶系统的传递函数为3；其单位阶跃响应为(tA. 1 -e B.5s 1t3-3e C.tt5 -5e D. 5 5e 答:解析：一阶系统的传递函数为35s 1，其阶跃响应的传递函数为s(5s 1)，进行部分分式分解得:3s(5s 1) s s 1/56.设有一弹簧、质量、阻尼器机械系统，3，因此其反变换为t3 - 3e 5。f(t)为输入量，位移() 答：B解析：弹簧振子是二阶系统。如图所示，以外力y(t)为输出量的运动微分方程式可以对图中

14、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. 47.下图所示的系统开环传递函数Gk s为A.G1G31G3H1G1G2 G3 H2B.1 G3H1 G1 G2 G3 H2C.G($ )=(G1 +G2 ) G3 H2k _ ；D.G1G2 G31 G3H1G1G2 G3 H2答:解析：求出开环传递函数，观察A，B,D答案都不对，因为它们的分子上都不含H2，8 以下图形a为输入x(t)波形，图b为输出y(t)波形，所描述的是一个()bA.积分环节B.微分环节 C. 惯性环节D.时滞环节答案：D解析：显然输出比输入之后迟后了一些，这是一个时滞环节。三、判断1 数学模型

15、是描述系统稳态特性的数学表达式。错误2 如果系统的数学模型方程是线性的，这种系统叫线性系统。正确3. 线性定常系统的传递函数是指初始条件不为零时，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换的比。错误4 传递函数反映系统本身的瞬态特性，与输入有关。错误解析：传递函数的特点是与输入无关，只与系统自身结构、参数有关。5对于可实现的物理系统，传递函数分母中 s的阶次必大于分子中s的阶次。 正确解析：根据传递函数的特点来判断。6. 传递函数并不反映系统的物理结构。正确解析：这是传递函数的特点。7. 不同的物理系统，可以有相同的传递函数，传递函数与初始条件无关。 正确解析：这是传递函数的特点。8. 比例环节(放大环节

16、)的输出量与输入量的关系为yt =Kxt ，K是一个变量 错误解析：根据比例环节的定义，比例环节(放大环节)输出量与输入量的关系为y t 二 Kx t式中 K 环节的放大系数(常数)。Y(s)9. 比例环节的传递函数为G sK 。X(s)正确解析：根据比例环节的定义来判断。10. 常见的电子放大器，齿轮减速器，杠杆等均属于比例环节。 正确解析：根据比例环节的实际应用来判断。11. 当输入x(t)为单位阶跃信号时，输出y(t)如图所示，那么这个系统一定是一个微分环 节。错误解析：根据图像可以看出，输出是输入的积分，所以这个系统是一个积分环节第四章习题答案一、填空1 电源突然接通，负荷的突然变化，

17、指令的突然转换等等，均可视为 0答案：阶跃作用解析：根据阶跃信号的定义以及物理意义来填空。2. 函数S (t)可认为是在间断点上单位阶跃函数对时间的导数。答案：单位脉冲解析：这是单位脉冲函数的特点。3 超调量是指在瞬态过程中，输出量的 值超过稳态或输入值的百分数。答案：最大解析：根据超调量的定义来填空。4过渡过程时间或调节时间ts是指量与稳态值之间的偏差达到允许范围(一般取 2%或5%)并维持在此允许范围以内所需的时间。答案：输出解析：根据对调节时间基本概念的理解来填空。5. CD n和Z这两个参数是决定二阶系统瞬态特性的非常重要的参数，那么可把二阶系统的传递函数写成含有这两个参数的标准式，即

18、 。答案:Gb s =解析：二阶系统闭环传递函数的标准表达式是一个重要基本概念，要求记忆:二、单项选择1. 一阶系统的传递函数为 一2一，其时间常数为。()s+0.25A. 0.25 B. 4 C. 2 D. 1答：B解析：惯性环节的运动方程式为：T dy+ y(t )= Kx(t )dt传递函数：Gs=*=*7，式中T 环节的时间常数;2.若二阶系统的阻尼比为0.4，则系统的阶跃响应为 。()A.等幅振荡 B.衰减振荡 C.振荡频率为 n的振荡 D.发散振荡 答: B解析：在(0Z a 0 B. a =0 C. a 1 D. 0.707 a 0答:C解析：显然迟后环节分母的相位迟后作用要大于

19、分子的相位超前作用，所以分母上s系数应该大于分子上s的系数，答案C正确。4. 系统如图所示， G/S)为一个装置.()A.串联校正B.并联校正C.混合校正D.正反馈校正答:B解析：观察到校正环节接到被校正对象的反馈通道中，显然不是串联校正，也不是混合校正，更不是正 反馈校正，因此只有答案 B正确。5在实际工程系统中常用 来实现类似迟后超前校正作用？（）A.比例一一积分微分调节器B.微分调节器C.积分调节器D.比例一一积分调节器答:A解析：显然答案A正确，因为微分调节器是相位超前的，积分和比例积分调节是相位迟后的，只有比例 一一积分微分调节器才能够实现迟后超前校正。二、判断题1. 在系统校正中，

20、常用的描述系统稳定性的指标有相角裕量和幅值裕量等。 正确解析：基本概念，相角裕量和幅值裕量都是描述系统稳定性的指标。2. 截止频率是描述控制系统精度的指标，它可以直接确定系统的稳态误差。 错误解析：开环增益才是描述控制系统精度的指标，开环增益可以直接确定系统的稳态误差。3. 描述系统快速性的指标通常有穿越频率 c，截止频率b等。正确解析：根据系统性能指标分类的基本概念来判断。4. 为改善系统的性能，通常在系统中增加新的环节，这种方法称为校正。 正确解析：这是校正的基本概念。5. 顺馈校正是一种串联校正。错误解析：串联校正按其性质可分为：相位超前校正；相位迟后校正；相位迟后超前校正6. 反馈校正

21、是一种并联校正。 正确解析：并联校正按其性质可分为反馈校正和顺馈校正。7.相位超前校正会降低系统的稳定性。错误 解析：相位超前校正的特点有 3点： 加大系统的相位裕量，提高稳定性。 提高系统的快速性。 是高通滤波器，降低抗高频干扰能力。8.正确 解析：相位迟后校正能够提高系统开环增益，从而提高稳态精度。这是相位迟后校正的特点。9.正确 解析：相位迟后超前校正适用于稳疋性和稳态精度要求较咼的场合。相位迟后一超前校正兼有迟后，超前两种校正方式的优点，适合于稳定性和稳态精度要求较高的场合10用频率法校正控制系统，实际上就是采用校正环节来改善频率特性形状，使之具有合适的高频、中 频、低频特性和稳定裕量

22、，以便得到满意的闭环系统性能指标要求。正确解析：根据对校正基本概念的理解来判断。第七章习题答案一、填空1. 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。离散解析：离散系统的定义：系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散系统。2. 当采样频率满足 t_2max时，则采样函数 厂到原来的连续函数f(t)。能无失真地恢复解析：根据采样定理的基本内容来填空。3. 离散信号 厂(t)的数学表达式为 QOf (t) =、f (kT)、(t -kT)k=-jodz3 2z21解析：见教材上的离散信号的基本定义和概念。4. Y(z)二 一亍一1所对应

23、的y(kT)的前三项是y(0), y仃)y(2T)依次是 z -z1，2，3解析：将丫(z)进行长除分解，可以得到z3 2z2 1除以z3-z的结果是1 2z 3z ，由于题目要求前3项结果，所以只需要长除得出前3项值，根据Z变换的定义式，前3项的系数就是所对应的y(kT)的前三项值5. s平面与z平面的对应关系是：s平面的左半平面对应于z平面上单位圆以内，s平面的虚轴对应于z 平面，s平面的右半平面，对应于 z平面单位圆以外。单位解析：根据拉氏变换Z变换的对应关系不难理解：s平面的左半平面相当于z平面上单位圆以内，s平面 的虚轴对应于z平面单位圆，s平面的右半平面，对应于z平面单位圆以外。二

24、、选择1.脉冲传递函数是。()A 输出脉冲序列与输入脉冲序列之比B 系统输出的z变换C(z)与输入z变换R(z)之比C.在初条件为零时，系统输出的z变换C(z)与输入的z变换R(z)之比D.在初条件为零时，系统输入的z变换R(z)与输出的z变换之比 答: C解析：根据脉冲传递函数的定义来判断、选择正确答案3. f(t)(a 0)的Z变换F(z)为(B.z-aTz eC.zaT1 -eD.1-aTz e解析：这是一道典型信号的 Z变换的题目，将进行离散化,2.z变换的数学表达式为。()A.-boF(z)f(kT)z 上k:B.-boF(z - f(kT)zk -二:-bo-boC.F(z)八 f

25、(kT)zkD.F(z)f(k)zk=0k=0答:A解析：根据Z变换的定义式可以看出，显然答案 A正确f (kT) =ekT依据z变换定义:oOF(z)二 f (kT)zk=eoO-kaT-k e z 、-akT -k.-aT-1-2aT -2j e z 1 e z e zk =0两边同乘eTz4得aT 4aT -4-2aT -2 ,- kaT -ke zF(z)二e z e z +e z以上2式相减，得F(z) -eTz4F(z) =1F(z)=n=aT所以答案B正确。4. f(t)二 at 的 Z 变换 F(z)%(A.zz aTB.Tz -aC.zTzaD.1 -aT解析：首先将函数离散

26、化,得 f(kT)kT二 a ,依据z变换定义:F(z)八 f(kT)z上八 akz0k 二0kTz =1 aTz1 a2TziakT两边同乘aTz得aTz(z)二 aT zT J 2T 2kT:+a z +a z将2式相减，得F(z) -aTzF(z)=1F(z) 一1答案C正确。-aTz1 z_aT5. f(t) =5的Z变换F(z)为(A.z 5tB.z -5tC.z-5tD.5-2t答: B解析：典型的指数函数f (t)二at其Z变换F(z)1 -aTzJ因此f (t) =5的Z变换结果是一h oz-56.如果max为函数f (t)有效频谱的最咼频率，那么米样频率s满足以下条件时，采样

27、函数f * (t)能无失真地恢复到原来的连续函数f(t) o (A.至少为2 maxB. 至少为 max C. 至多为 max D. 至多为2max答:A解析：根据采样定理的具体内容可知，答案 A正确。7.Y(z)二2z3 2z213z - z所对应的y(kT)的第1项y(0)是A. 1B. 2 C. 3 D. 1/23232解析：很容易看出Y(z)=2z 严 1长除的结果第1项是2,因此、Y(z)二2z 严 1所对应的y(kT)的第1项y(0)是28个时间信号的频率成分范围是1Hz10Hz,以下一定能够对这个信号进行无失真采样的采样频率范 围是。()A. 1Hz10Hz B. 1Hz1 0

28、0Hz C. 5 Hz 5 0 Hz D. 2 5 Hz 5 0 Hz 答：D解析：根据采样定理，采样角频率 s应满足如下关系：s 2max。其中，max是信号f (t)有效频谱的最高频率。因此本题目中s应该大于等于信号f(t)有效频谱的最高频率的2倍，即.s 20Hz。那么只有答案D符合要求。9 已知连续信号f(t)=sint sin3t，那么采样频率,满足以下条件时，采样函数f*(t)能无失真地恢复到原来的连续函数f(t)。()A. 至少为3rad/s B. 至少为6 rad/s C. 至多为3rad/s D. 至多为6 rad/s答：B解析：根据采样定理，采样角频率-s应满足如下关系：s 2 max。其中，max是信号f (t)有效频谱的最高频率。本题目中信号f=S