2018机械工程控制基础考试题及答案

1、填空题每空1分,共20分I. 线性限制系统最重要的特性是可以应用叠加原理,而非线性限制系统那么不能.2 .反应限制系统是根据输入虽和一反应虽_的偏差进行调节的限制系统.3 .在单位斜坡输入信号作用下,0型系统的稳态误差 ess=_.4 .当且仅当闭环限制系统特征方程的所有根的实部都是负数 时,系统是稳定的.5. 方框图中环节的根本连接方式有串联连接、并联连接和 反应 连 接.6. 线性定常系统的传递函数,是在初始条件为零时,系统输出 信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比.7. 函数te-at的拉氏变换为6七.8. 线性定常系统在正弦信号输入时,稳态输出与输入的相位移随频率 而变化的函数关系称

2、为相频特性 .9. 积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线,直线的斜率为一20 dB/deco10. 二阶系统的阻尼比E为0时,响应曲线为等幅振荡.II. 在单位斜坡输入信号作用下,型系统的稳态误差ess= 0 .12. 0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为0dB/dec,高度为 20lgKp .13. 单位斜坡函数t的拉氏变换为-12.s14. 根据系统输入虽变化的规律,限制系统可分为 恒值_限制系统、随动限制系统和程序限制系统.15. 对于一个自动限制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性.16. 系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定,与俞入为、扰动的形式无关.17

3、. 决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数E和_无阻尼自然振荡频率wo18. 设系统的频率特性G(j 3 )=R( 3 )+jI( 3 ),那么幅频特性|G(j3 )|=侦R2(w) I2(w).19. 分析稳态误差时,将系统分为0型系统、I型系统、II型系统, 这是按开环传递函数的 积分环节数来分类的.20. 线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的左局部.21. 3从0变化到+8时,惯性环节的频率特性极坐标图在 凭四象限,形状为上圆.22. 用频域法分析限制系统时,最常用的典型输入信号是正弦函数.23. 二阶衰减振荡系统的阻尼比E的范围为01.24. G(s)=

4、的环节称为 惯性 环节.25. 系统输出虽的实际值与输出虽的希望值之间的偏差称为误差.26 .线性限制系统其输出虽与输入虽间的关系可以用线性微分方程来描述.27. 稳定性、快速性 和准确性是对自动限制系统性能的根本要求.228. 二阶系统的典型传递函数是-些.s 2 wns wn29. 设系统的频率特性为 G(j ) R(j ) jI(),那么R()称为 实频特性.30. 根据限制系统元件的特性,限制系统可分为线性_限制系统、非线性 限制系统.31. 对于一个自动限制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性 .32. 二阶振荡环节的谐振频率3 r与阻尼系数E的关系为3 r=3

5、n(1 2 2.33. 根据自动限制系统是否设有反应环节来分类,限制系统可分为 开环限制系统、闭环限制系统.34. 用频率法研究限制系统时,采用的图示法分为极坐标图示法和 对数坐标图示法.35. 二阶系统的阻尼系数E = 0.707 时,为最正确阻尼系数.这时系统的平稳性与快速性都较理想.1. 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,系统输出虽的拉氏变换与输入虽的拉氏变换之比.2. 瞬态响应是系统受到外加作用鼓励后,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 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

6、定的充要条件4. I型系统Gs云%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8 .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,那么称此系统为离散 数字限制系统,其输入、输出关系常用差分方程来描述

7、.10. 反应限制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以3 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皿 速性；而低频段主要说明系统的稳态性能.11. 对于一个自动限制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定 性、, 性和精确或准确性.单项选择题：1.当系统的输入和输出时,求系统结构与参数的问题,称为B.系统辩识A. 最优限制C.系统校正D.自适应限制2. 反应限制系统是指系统中有(A.反应回路C.积分环节3. ()= 上,(a为常数).A. L：e"atC. L: e"(t "a)4. L : 12e2t:=()A. 1(s 2)3C.上(s

8、2)35. 假设 F(s)= 4,那么 Lim f(t)=()2s 1t 0A. 4B.惯性环节D.PID调节器at |B. Le D. L: e-(t+a):B.D.B. 21a(s a)2 s6. f(t)=eat,a为实数,那么L -t一 f(t)dt =(0A.工B.1s aa(s a)C.D.工s(s a)a(s a)7.f(t)=3 t0t2 ,那么 L : f(t):=()A. 3B. 1e2sssC. 3e2s sD. ?e2s sC. 0D. 8)8.某系统的微分方程为5X0(t) 2x°(t) x°(t) Xi(t),它是()A.线性系统B. 线性定常系

9、统C.非线性系统D.非线性时变系统9. 某环节的传递函数为Gs=e 2s,它是A. 比例环节C. 惯性环节B.延时环节D.微分环节10. 图示系统的传递函数为A 4B RCs. RCs 1C. RCs+1D RCs 1. RCs11. 二阶系统的传递函数为()G(s)=,其无阻尼固有频率4s2 s 100A. 10B. 5C. 2.5D. 2512. 一阶系统 士的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为()A. KB. KT° *D.号13. 某系统的传递函数G(s)=,那么其单位阶跃响应函数为()D. (1 - e"Kt/T)C. K(1 - e t/T)A. 1e Kt/T

10、 B. Ke t/T14. 图示系统称为() 型系统.A. 0B. IC. n15. 延时环节G(s)=e T s的相频特性/ G(j 3 )等于()A. I 3B. - I 3C. 9 0 °D. 180.16. 对数幅频特性的渐近线如图所A. 1+TsB. 11TsC.日D. (1+Ts) 2示,它对应的传递函数G(s)为()17.图示对应的环节为()A. TsB. 尢C. 1+TsD. 1Ts18. 设系统的特征方程为D(s)=s 3+14s2+40s+40 r =0,那么此系统稳定的A. r >0B. 0< T <14 C. T >14D. r <

11、;0C.增益和阻尼比D.阻尼比和无阻尼固19. 典型二阶振荡环节的峰值时间与() 有关A. 增益20.假设系统的 Bode图在3 =5处B.误差带/有频率出现转折如下图,这说明系统中有() 环节.A. 5s+1B.(5s+1) 2C. 0.2s+1 D. 1(0.2s 1)221.某系统的传递函数为G(s)= (s 7)(s 2),其零、极点是()(4s 1)(s 3),',A. 零点 s= - 0.25,s=3;极点 s= - 7,s=2B.零点 s=7,s= - 2;极点 s=0.25,s=3C.零点 s= 7,s=2;极点 s= 1,s=3D.零点 s= 7,s=2;极点 s=

12、0.25,s=322. 一系统的开环传递函数为3(s 2) s(2s 3)(s矿那么系统的开环增益和型次依次A. 0.4, IB. 0.4 , nC. 3,123.系统的传递函数G(s)= K1 Tse ts,其幅频特性| GjA.C.K222 e1 TD.B. *24.二阶系统的阻尼比,等于 A. 系统的粘性阻尼系数B. 临界阻尼系数与系统粘性阻尼系数之比C. 系统粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比D. 系统粘性阻尼系数的倒数25.设3 c为幅值穿越交界频率,巾3 c为开环频率特性幅值为1时的相位角,那么相位裕度为A. 180()(3 c)C.180+巾3 c26.单位反应限制系统的开环传递函数

13、为D. 90+巾(G(S)=狷5)rt=2t输入作用下,其稳态误差为A. ?B. 5C.D. 027.二阶系统的传递函数为Gs=-s 2 ns,在0v v号时,其无阻尼固有频率3 n与谐振频率3 r的关系为A.B. 3 n=3 rC.(jl) n> (jl) rD.两者无关28.串联相位滞后校正通常用于 A.提升系统的快速性B. 提升系统的稳态精度C. 减少系统的阻尼D.减少系统的固有频率29.以下串联校正装置的传递函数中,能在频率3c=4处提供最大相位超前角的是a. yb. 口s 14s 130.从某系统的Bode图上,其剪切频率C 0.1s 1D 0.625s 1.0.625s 1.

14、0.1s 1cQ40,那么以下串联校正装置的传递函数中能在根本保持原系统稳定性及频带苑的前提下,通过适当调整增益使稳态误差减至最小的是A0.004 s 1.0.04 s 1B 0.4s 1.4s 1C.10s 1D.0.4s 1单项选择题每题1分,共30分1. B2.A3.A4.B5.B 6.C7.C8.C9.B10.B 11.B12.C13.C14. B15.B16.D17.C18.B19.D20. D21.D22.A23.D24.C25.C26.A27.C28.B29.D30.B二、填空题每题2分,共10分1. 系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、 和 有关.2. 一个单位反应系统的前

15、向传递函数为3 k2,那么该闭环系统的特征s 5s 4s方程为 开环增益为.3. 二阶系统在阶跃信号作用下,其调整时间ts与阻尼比、和 有关.4. 极坐标图Nyquist图与对数坐标图Bode图之间对应关系为：极 坐标图上的单位圆对应于 Bode图上的;极坐标图上的负实轴 对应于Bode图上的.5. 系统传递函数只与 有关,与 无关.填空题每题2分,共10分1.型次 输入信号2.s 3+5s2+4s+K=0,巴3.误差带 无阻尼固有频4率4.0分贝线 180线 5.本身参数和结构输入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

16、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,那么可得到系统的A. 代数方程B. 特征方程C. 差分方程D.状态方程3. 时域分析法研究自动限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 .设限制系统的开环传递函数为G(s)= 一,该系统为 s(s 1)(s 2)A. 0型系统B. I型系统C. II型系统D. III型系统5.二阶振荡环节的相频特性(),当 时,其相位移()为(B )B. -180D. 0

17、A. -270C. -906. 根据输入虽变化的规律分类,限制系统可分为A )A. 恒值限制系统、随动限制系统和程序限制系统B. 反应限制系统、前馈限制系统前馈一反应复合限制系统C. 最优限制系统和模糊限制系统D. 连续限制系统和离散限制系统7.采用负反应连接时,如前向通道的传递函数为G(s),反应通道的传递函数为(C )H(s),那么其等效传递函数为A.C.G(s)1 G(s)G(s)1 G(s)H(s)B.D.11 G(s)H(s)G(s)1 G(s)H(s)一阶系统G(s)=的时间常数8.稳态值的时间T越大,那么系统的输出响应到达(C )(A )A.越长B.越短C. 不变D.不定拉氏变换

18、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 .假设某系统的传递函数为G(s)= § ,那么其频率特性的实部是(A )Akb . - K12t212t2C.-D .-工1T1 T12. 微分环节的频率特性相位移 e (A )3 )=A. 90C. 0B. -90D. -18013. 积分环节的频率特性相位移 e (3 )=(B )A. 90B.

19、 -90C. 0D. -18014.传递函数反映了系统的动态性能,它与以下哪项因素有关？(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局部是系统稳定的A.充分条件B.必要条件C. 充分必要条件D.以上都不是16. 有一线性系统,其输入分别为ui(t)和U2(t)时,输出分别为yi(t)和y2(t).当输入为au(t)+a 2U2(t)时(ai,a 2为常数),输出应为(B )A. a iyi(t)+y 2(t)B. a iyi(t)+a 2y2(t)C. a iyi(t)-a 2y2(t)D. yi(t)+a 2y2(t)

20、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)C. 0(dB/dec)B. -20(dB/dec)D. +20(dB/dec)i8.(,设系统的传递函数为C )A. 25B. 5G(s)= 丁兰,那么系统的阻尼比为 s 5s 25C. 1D. 12i9(. 正弦函数B )A.C. s22sint 的拉氏变换是B.l sD.广20.二阶系统当0< <i时,如果增加,那么输出响应的最大超调虽将B.减小A.增加C.不变D.不定21A.距离实轴很远B.距离实轴很近22C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近余弦 函cos t 的 拉 氏 变)ACsB._sD

21、.s23.设积分环节的传递函数为G(s)=1,那么其频率特性幅值 sM(C )A. KB.g24.25.C. 1D.A比例环节的频位移.A.90B.-90C.0D.-180奈奎斯特稳定性判据是利用系统的)来判据闭环系统稳定性的一个判别准那么.A.开环幅值频率特性B.开环相角频率特性26.C.开环幅相频率特性D.闭环幅相频率特性A. 与输入信号有关B. 与输出信号有关C. 完全由系统的结构和参数决定D. 既由系统的结构和参数决定,也与输入信号有关27.阶 系 统 的 阶 跃 响 应,(D )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28.二阶振荡环节的对数频率

22、特性相位移e(3)在( d )之间.A.0 和 90B.0 和一90C.0 和 180D.0 和18029.某二阶系统阻尼比为0.2 ,那么系统阶跃响应为(C )A.B.单调寂:减C.衰减瞄D.等幅振荡二. 设有一个系统如图 1 所示,ki=1000N/m, k2=2000N/m, D=10N/(m/s), 当系统受到输入信号Xj(t) 5sint的作用时,试求系统的稳态输出 x°(t).(15 分)0.01s0.015s 1解.kiDs. Xi sk1 k2 Ds k1k2然后通过频率特性求出xo t 0.025sin t 89.14三. 一个未知传递函数的被控系统,构成单位反应闭

23、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)1.2.1 . G(s)解：1 (2)比 0.025s 8四. 开环最小相位系统的对数幅频特性如图3所示.10分写出开环传递函数Gs的表达式；5分概略绘制系统的Nyquist图.5分K100q 三 1三 1 ss 0.01s 1000.01100五. 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RG1G2Xo(s)Xi(s)R 1:1 1G1G21 G2 H1G1G2 H 211G2H1Xo(s)1G2

24、H1(10 分)N(s) 1 G2H1 G1G2H2六. 系统如图5所示,rt 1t为单位阶跃函数,试求:1.系统的阻尼比和无阻尼自然频率n.5 分2.动态性能指标：超调JlM和调节时间ts 5%.5分2ns(s 2 n)0.52. Mp e'1 2 100% 16.5%pts 2 土 3(s)Cd)-J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ess< 2.25时,K的数值.10分6s2D(s)23s(s 3) K s由劳斯判据：3 s2 s1 s0 s9s1654 K6K第一列系数大于零,那么系统稳定得 乂有：K 54可得:旦 < 2.25KKA 4<

25、; Kv 54八.单位反应系统的闭环传递函数(s)土,试求系统的相位裕里.O(10 分)解：系统的开环传递函数为|G(j1解得Gs舞,3180(c)180 tg180601202n'2-2三、 设系统的闭环传递函数为Gc(s)= s 2 nS n ,试求取大超调ma % =9.6%、峰值时间tp=0.2 秒时的闭环传递函数的参数E和3 n的值.解：% e 1 2 100%=9.6%E =0.6t p=；= 0.2. .3 n= 一314一 19.6rad/s四、设一系统的闭环传递函数为G(s)= 2,试求最大超调Hs 2 n s ncr % =5%调整时间t s=2秒( =0.05)时

26、的闭环传递函数的参数E和3 n的值.解：% e 1 2 100%=5%E =0.69. t s= = 2n. n=2.17 rad/s五、设单位负反应系统的开环传递函数为25GkE求(1)系统的阻尼比和无阻尼自然频率 3 n；(2)系统的峰值时间tp、超调虽b%、调整时间tS( =0.02);25解：系统闭环传递函数Gb(s)2551 25 s(s 6) 25s2 6s 25s(s 6)W2 25与标准形式比照,可知2wn6故wn 5,0.6乂Wd Wn.12 5 .1 0.624tp 一0.785Wd40.6% e 1 2100% e 1 0.62100% 9.5%ts4Wn1.33六、某系

27、统如以下图所示,试求其无阻尼自然频率3 n,阻尼比超调虽,峰值时间七 调整时间 队 =0.02)*“)c. 100凡*TV*"T*0,02解：对于上图所示系统,首先应求出其传递函数,化成标准形式,然 后可用公式求出各项特征虽及瞬态响应指标.100Xo ss50s 41002X s 1100002 s50s 4 2 s2 0.08s 0.04.s 50s 4与标准形式比照,可知2 wn 0.08, w2 0.040.2 rad /s0.2L 1 0；% e e 1 0.252.7%tp 16.03 sn1Gk(s)-s2(s0.1)(s 0.2)求：(1)试确定系统的型次 v和开环增益

28、K;(2)试求输入为r(t) 5 2t 4t2时,系统的稳态误差.02.1 0.2244ts 100 ss n 0.2 0.2七、单位负反应系统的开环传递函数如下:Gk(s)100s(s 2)求：试确定系统的型次 v和开环增益K;(2)试求输入为r(t) 1 3t时,系统的稳态误差.解：(1)将传递函数化成标准形式10050Gk (s)s(s 2)s(0.5s 1)可见,V = 1,这是一个I型系统开环增益 K= 50;(2)讨论输入信号,r(t) 1 3t ,即A= 1, B= 3根据表3 4,误差essA 旦 0 0.06 0.061 Kp KV 150八、单位负反应系统的开环传递函数如下

29、:解：(1)将传递函数化成标准形式c , 、-100Gk(S)2 2s试求输入为r(t) 2 5t 2t2时,系统的稳态误差. (s 0.1)(s 0.2) s2(10s 1)(5s 1)可见,v = 2,这是一个II型系统开环增益K= 100;(2)讨论输入信号,r(t) 52t 4t2,即 A= 5 ,B= 2, C=4根据表34,误差A ess1 KpB C 52kt kt 14 0 0 0.04 0.04 100九、单位负反应系统的开环传递函数如下:Gk(s)20(0.2s 1)(0.1s 1)求:试确定系统的型次 v和开环增益K;(2)解:(1)该传递函数已经为标准形式可见,v =

30、0,这是一个0型系统开环增益K= 20;(2)讨论输入信号,r(t) 25t 2t2 ,即 A= 2,B= 5, C=2根据表34,误差A ess1 KpB C 25KV Ka 1 20 02 _2021十、设系统特征方程为432s +2s +3s +4s+5=0试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性.解：用万斯-赫尔维次稳正判据判别,a4=1, a3=2, a2=3, ai=4, a0=5 均大于零,且有13 5 040 2 4 00 13 51 202 2 3 1 4 2 03 23422541412 04 5 3 5 ( 12)60 0所以,此系统是不稳定的.H一、设系统特征方程为

31、s4 6s3 12s2 10s 3 0试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性.解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a4=1, a3=6, a2=12, a=10, a°=3 均大于零,且有6 10 0 01 12 3 0 40 6 10 00 1 12 31 6 02 6 12 1 10 62 03 6 12 10 6 6 3 10 1 10 512 04 3 3 3 512 1536 0所以,此系统是稳定的十二、设系统特征方程为s4 5s3 2 s2 4s 3 0试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性.解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a4=1, a3=5, a2=2,

32、a=4, ao=3均大于零,且有5 4 0 012 3 040 5 4 00 12 31 5 02 5 2 1 4 6 03 52455341451 04 3 3 3 ( 51)153 0所以,此系统是不稳定的.十三、设系统特征方程为2s3 4s2 6s 1 0试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性.解：(1)用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a3=2,a 2=4,a 1=6,a 0=1均大于零,且有32 6 00 4 11 4 02 4 6 2 1 22 03 46144012160所以,此系统是稳定的.十四、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.G(s)制L解：该系统开环

33、增益 K= 30;有一个积分环节,即v = 1;低频渐近线通过(1, 20lg30)这点,斜率为20dB/dec ;有一个惯性环节,对应转折频率为W1 50,斜率增加-0.02'20dB/dec.系统对数幅频特性曲线如下所示.十五、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.100G(s)s(0.1s 1)(0.01s 1)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W1 10 , W2 100 ,斜率0.10.01分别增加20dB

34、/dec系统对数幅频特性曲线如下所示.400L( )/dB-60 dB / dec-40 dB / dec1 10100 (rad/s)-20 dB / dec十六、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.G(s) 0.1s 1解：该系统开环增益 K= 1;无积分、微分环节,即v = 0,低频渐近线通过(1, 20lg1 )这点, 即通过(1, 0)这点斜率为0dB/dec ;有一个一阶微分环节,对应转折频率为W1 10 ,斜率增加0.120dB/dec.系统对数幅频特性曲线如下所示L( )/dB20 dB /10(rad/s)十七、如以下图所示,将方框图化简,并求出其传递函数.C<s)C(s)C(s)R(s)GlGrG 彳*+<J4l+GaGHi+GHi+GiGjII十八、如以下图所示,将方框图化简,并求出其传递函数.解:H1/G2R(S)G1G2C(S)1+ G2H2+G1H1十九、如以下图所示,将方框图化简,并求出其传递函数.R(SLgcq解:R(S)G1G2G3C(S)1+ G2H1+ G1G2H1三、简做题共16分1. 4分系统的传递函数为,求系统的脉冲响应表达式.s 4s 32. 4分单位反应系统的开环传递函数为,试问该系统为几s7s 1型系统？系统的单位阶跃