控制工程基础测试题1_2_3

1、.机械工程控制基础A 卷参考答案一填空题 :( 每空 1 分, 共 30 分)1. 构成控制系统的基本环节通常有1. 给定环节、 2. 比较环节、 3. 放大环节、4. 执行环节、 5.控制环节、 6.被控对象、 7.反馈环节（或测量环节） 。2.理论上而言，零型伺服控制系统适用于对8. 线位移或角位移信号进行跟踪；I 型伺服系统适用于对 9. 线速度或角速度 信号进行跟踪； II型伺服系统适用于对 10. 线加速度或角加速度信号进行跟踪。3.系统的时间响应中，与传递函数极点对应的响应分量称为11.动态分量、与输入信号极点对应的响应分量称为12.稳态分量 。4.传递函数中的基本环节按性质可分为

2、五类，即 13.比例环节、14.微分环节、15. 惯性环节 、 16. 积分环节 、 17. 延迟环节。5. 时域分析方法中，常使用的性能指标有：18.延迟时间、 19.上升时间、 20.峰值时间、 21.调节时间、 22.最大超调量、 23.稳态误差（或偏差） 。6.经典控制理论中，常使用的校正方式有：24. 串联校正、 25.反馈校正、 26.前馈校正 。7.伯德图 (Bode) 用 27.对数幅频特性坐标系和28.半对数相频特性坐标系分别描述系统的幅频特性和相频特性。8. 奈奎斯特稳定性判据中 N=Z-P ，Z 代表特征函数在右半平面的 29.零点数 、 P 代表特征函数在右半平面的 3

3、0.极点数 。二. 用等效变换法求如下系统传递函数C(S)/R (S):(12 分)G1G2G3答案为： G(S)1G1G2 H 1G1G2G3G2G3 H 2三 . 质量 - 弹簧 - 阻尼系统，试求在作用力 F 作用下，质量块 M的位移方程 :(8 分 )答案：牛顿定律：Fma 可得F ky fdyd 2 ydtm2dtm d 2 yfm dykyFdt 2dt四 . 已知系统的特征方程为s45s310s220s240 ，使用劳斯判据判断系统的稳定性 :(10 分)答案：s411024.s3520s2624s10（ ） -152066240一列系数出现0，用一个小

4、正数代替，上下元素符号相同，表示有一对纯虚根存在，则认为有一次变号此例解得根为：± 2j，-2，-3。故系统不稳定，并且有两个不稳定的特征根。五 . 设系统如图所示。如果要求系统的超调量等于 15% ，峰值时间等于 0.8 s，试确定增益 K1 和速度反馈系数 Kt 。同时，确定在此 K1 和 Kt 数值下系统的上升时间和调节时间。（ 25 分）答案：由图示得闭环特征方程为s2(1K 1 Kt )s K 1 0 -5 分1 K t2即 K 1n2 ， tn2n由已知条件% et /12tt p12nt0.15-5分0.8解得t 0.517,n4.588s1 -5分2 t1于是K 12

5、1.05K tn0.178-5分K 1t rarccos t0.538s1212ntntt s3.51.476s-5分tn解毕。六 .某最小相位系统的渐近对数幅频特性曲线如图五所示，试求在r (t) 0.5t 2 时，系统的稳态误差和相角裕度的值。 (15分 ).解： K a102100( 1 s1)1G( s)4，ess10.01s2(1)K as200由 4c10 2，得c25180G( jc )90251又arctgarctg44结束机械工程控制基础B 卷参考答案一、判断题（共 15分）1.两系统传递函数分别为G1 (s)100, G2 (s)100。调整时间分别为 tS1和 tS 2，

6、则有（A ）。s 1,（ A ） tS1 > tS 2s 10（ D） tS1 t S2 ；（B ） t S1 < t S2（ C） tS1 = t S22. . 系统的稳定性取决于（C ）（ A ）系统的干扰（ B）系统的干扰点位置（C）系统传递函数极点分布（D ）系统的输入3.某单位反馈系统开环传递函数10000( s 1)(5s1) ，当输入为t21(t) 时，系统稳态误差为s2 (s24s 100)2（C）。（A）0（B ）（ C）0.01（ D） 100；4.某串联校正装置的传递函数为Gj (s)s1 ，则它是一种 (B )。0.1s1（ A）滞后校正（B ）超前校正（

7、C）超前滞后校正(D) 比例校正；5.某系统传递函数为(s)100(0.1 s 1)(0.01s1) , 其极点是（ B）。(s1)(0.001s1)（ A） 10， 100（B ） 1， 1000(C) 1 ， 1000 （D ） 10， 100；二. 求如下系统传递函数 C(S)/R (S) :(15 分).三 .设系统如图所示。 如果要求系统的超调量等于15% ，峰值时间等于 0.8 s，试确定增益 K1 和速度反馈系数 Kt 。同时，确定在此 K1 和 Kt 数值下系统的上升时间和调节时间。 （15 分）答案：由图示得闭环特征方程为s2(1K 1 K t )sK10 -5分1 K t2

8、即 K 1n2 ， tn2 n%et / 12t由已知条件0.15-3分t p120.8nt解得t0.517, n4.588s1 -2分21于是K121.05K tt n0.178 -2分K1t rarccos t0.538sts3.5-3 分解毕。221.476sn 11tntnt四 . 已知系统的特征方程为s45s310s220s240 ，使用劳斯判据判断系统的稳定性 :(10分 )答案： s411024s3520s2624.s11 5200（ ） -06 624s0241 624-240第一列系数出现0，用一个小正数代替，上下元素符号相同，表示有一对纯虚根存在，则认为有一次变号此例解得根

9、为：±2j，-2，-3。故系统不稳定，并且有两个不稳定的特征根。五、 系统开环频率特性如图 6 所示 , 且 P=0，试用奈奎斯特判据分析闭环系统的稳定性。（10 分）解图给出的是(- ， 0) 的幅相曲线，而( 0， + ) 的幅相曲线与题给曲线对称于实轴，如右图所示。因为=1，故从 =0的对应点起逆时针补作/2，半径为无穷大的圆弧。在(1， j0) 点左侧，幅相曲线逆时针、顺时针各穿越负实轴一次，故N=N =1，N = NN = 0因此， s 右半平面的闭环极点数z = p 2N = 0 ，闭环系统稳定。六、已知单位反馈系统的开环传递函数（20 分）100(s）21G(s）1)(

10、 ss( s 1)( s1)10201试画出开环传递函数的BODE图 （ 10 分）2试求系统的相角裕度和稳定性（10 分）解 由题给传递函数知，系统交接频率依次为1，2，10，20。低频渐近线斜率为20，且过 ( 1， 40dB) 点。系统相频特性按下式计算( )90 arctanarctan arctanarctan21020作系统开环对数频率特性于图（ -10 分）由对数幅频渐近特性A( c) = 1 求得c 的近似值为.再用试探法求 ( gg) = 180 时的相角穿越频率，得g = 13.1-3分系统的相角裕度和幅值裕度分别为15.8(dB)-2 分h 20lgG( j g )七、复

11、合校正随动系统框图如下，求：系统等效为单位反馈系统时，其开环传递函数表达式，并求前馈环节的传递函数Gr（s）应为何种型式，方能使系统等效为II 型系统（ 15分）。解：Gr T1 s1K 2(T2 s 1)GkGGT1s2-8 分K 21Gk,G k11 GT1s2 (T2 s1)GkG r T1s 1K 2G的分子Gr T1 s1K 2G的分母G的分子T1 s2 (T2 s 1) K 2Gr T1s 1K 2-5 分GkT1s2 (T2 s 1) K 2 G r T1sG rs 1as bs2? ? 时，即包含微分环节时，可使系统等效为II 型系统。 -2 分结束机械工程控制基础 C 卷参考

12、答案一、判断题（共 15分）1.只有稳定的系统，才存在稳态误差。（对）2.振荡环节一定是二阶环节，但二阶环节不一定是振荡环节。（对）3.传递函数的分母反映了系统的固有特性，传递函数的分子反映了系统与外界的关系。（对）4.系统的稳定性与外界无关，但系统的稳态误差与外界有关。（对）5. 线性系统传递函数的零点、 极点和放大系数， 决定了系统的瞬态性能和稳态性能。（对）6. 开环传递函数无量纲。 （对）.7. 自由响应即是瞬态响应。 （不对）8. 临界阻尼的二阶系统，可分解为两个一阶环节的并联。（不对）9. 稳态偏差只与系统的特性有关，与系统的输入信号无关。（不对）10. 频率特性的量纲，等于传递函

13、数的量纲。（对）11. 用频率特性，可求出系统在谐波输入作用下的瞬态响应。（不对）12. 非最小相位系统，必是不稳定的系统。 （不对）13. 开环不稳定，闭环却可稳定；开环稳定，闭环必稳定。（不对）14. 延时环节是线性环节，对稳定性不利。（对）15. 对反馈控制系统而言，原则上，误差不可避免。（对）二 . 用等效变换法求如下系统传递函数 C(S)/R (S) :(15 分)G1G2G3答案为： G(S)1G1G2 H 1G1G2G3G2G3 H 2三 . 设系统如图所示。 如果要求系统的超调量等于 15% ，峰值时间等于 0.8 s，试确定增益 K1 和速度反馈系数 Kt 。同时，确定在此

14、K1 和 Kt 数值下系统的上升时间和调节时间。 （ 15 分）答案：由图示得闭环特征方程为s2(1 K 1 K t )s K1 0 -5 分n2 ， t1 K t2即 K 1n2n%e t / 12t由已知条件0.15-5分t p120.8nt解得t0.517, n4.588s 1-5分2 t1于是K121.05K tn0.178-5分K1.t rarccos t3.5分解毕。220.538s t s1.476s -5n 1n 1tntt四 . 已知系统的特征方程为s45s310s220s 240 ，使用劳斯判据判断系统的稳定性 :(10分 )答案： s411024s3520s26241 5

15、20s10（） -6 6024s024-1 624240第一列系数出现0，用一个小正数代替，上下元素符号相同，表示有一对纯虚根存在，则认为有一次变号此例解得根为：± 2j ，-2 ，-3 。故系统不稳定，并且有两个不稳定的特征根。五、系统结构图如下。 已知传递函数 G(S)10,今欲采用加0.2S1负反馈的办法，在单位阶跃输入作用下，将调节时间减小为原来的 0.1 倍，并保证总放大倍数不变。试确定参数 Kh 和 K0的数值。（ 15 分）解：因调节时间为T 的单值函数，而 G (S)10的 T=0.2S0.2S1闭环后 G* ( S) 的 T=0.02S,1010G*(S)0.2S1100.2s 10kh 11 kh *10.2S10闭环后 G* ( S) 的 T=0.02S=则 Kh=0.90.2S1110kh101010kh1G* (S)0.2 s0.2 s 10kh 1110kh110K0=10*K0=1010kh 1.六、如图所示的乃氏曲线中， 判别哪些是稳定的， 哪些是不稳定的。 (12 分)解： NN0NN01NN0 10P2P00P11222222