机械工程控制基础考试题完整版40065

1、控制基础填空题 (每空 1 分，共 20 分)1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用 _叠加 _原理，而非线性控制系统则不能。2反馈控制系统是根据输入量和_反馈量 _的偏差进行调节的控制系统。3在单位斜坡输入信号作用下，0 型系统的稳态误差ess=_。4当且仅当闭环控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.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和_反馈_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12 。(sa)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

2、随频率而变化的函数关系称为_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_20_dB dec。10二阶系统的阻尼比 为 _ 0_ 时，响应曲线为等幅振荡。11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_0_dB/dec，高度为 20lgKp 。113单位斜坡函数 t 的拉氏变换为1。s214. 根据系统输入量变化的规律， 控制系统可分为 _恒值 _控制系统、_随动 _ 控制系统和程序控制系统。15. 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 _和准确性。16. 系统的传递函数完全由系

3、统的结构和参数决定，与_输入量、扰动量 _的形式无关。17. 决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数 和 _无阻尼自然振荡频率wn 。18. 设 系 统 的 频 率 特 性 (j )=R( )+jI( ), 则 幅 频 特 性 |G(j )|=R2 (w)I 2 (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 _部分。21 从 0 变化到 +时，惯性环节的频率特性极坐标图在_第四_象限，形状为 _半 _圆。22. 用频域法

4、分析控制系统时， 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 的范围为 01。24 G(s)=K的环节称为 _惯性 _环节。Ts125系统输出量的实际值与_输出量的希望值_之间的偏差称为误差。26线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用_线性微分 _2方程来描述。27 稳定性、 快速性和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。28二阶系统的典型传递函数是wn2。22s2 wns wn29设系统的频率特性为 G( j ) R( j)jI ( ) ，则 R( ) 称为实频特性 。30. 根据控制系统元件的特性，控制系统可分为 _线性 _ 控制系统、非线性 _控制系统。31

5、. 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 _准确性 _。32.二阶振荡环节的谐振频率 r 与阻尼系数 的关系为 r= n 1 2 2 。33.根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为_开环 _控制系统、 _闭环 _控制系统。34.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_对数坐标 _图示法。35. 二阶系统的阻尼系数 =_0.707_ 时，为最佳阻尼系数。 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，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励

6、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或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。3K在单位阶跃输入下， 稳态误差为0 ，在单位加4. I 型系统 G (s)s(s2)速度输入下，稳态误差为 。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.

7、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，则称此系统为离散(数字 )控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以（截止频c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和快速性；而低频段主要表明系统的稳态性能。11. 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、快速性和精确或准确性。单项选择题 ：1. 当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为()A. 最优控制B.系统辩识C.系统校正D.42.反馈控制系统是指系统中有()A.

8、反馈回路B.惯性环节C.积分环节D.PID3.()=1,(a 为常数 )saA. L eatB. L eatC. L e (ta)D. L e(t+a)4.L t2e2t =()A.1B.1(s2) 3a(sa)C.(s2D.22) 3s35.若 F(s)= 4，则 Lim f ( t) =()2s1t 0A. 4B. 2C. 0D.6.已知 f(t)=e at,(a 为实数 )，则 L tf (t)dt =()0A.aB.1a( sa)s aC.1D.1a)a(sa)s(s7.f(t)=3t2，则 L f(t) =()0t2A.3B.1e 2sssC.3 e 2sD.3 e2 sss8.某系

9、统的微分方程为5x 0 (t)2x 0 (t)x 0 ( t) xi (t ) ,它是 ()A. 线性系统B.线性定常系统C.非线性系统D.非线性时变系统9.某环节的传递函数为G(s)=e2s，它是 ()A. 比例环节B.延时环节5C.惯性环节D.微分环节10.图示系统的传递函数为()A.1RCs1B.RCsRCs1C. RCs+1D.RCs1RCs11.二阶系统的传递函数为G(s)=3,其无阻尼固有频率 n 是2s 1004s()A. 10B. 5C. 2.5D. 2512.一阶系统K的单位脉冲响应曲线在1TsA.KB. KTC.KTT 2t=0 处的斜率为 ()D.KT 213.某系统的传

10、递函数G(s)=K,则其单位阶跃响应函数为()Ts1A. 1e Kt /TB.K e t / TC. K(1 e t/T)TT14.图示系统称为 () 型A. 0B. C. D. 15.延时环节 G(s)=es 的相频特性 G(j )等于 (A. B. C.°D.D. (1 eKt/T )6°16.对数幅频特性的渐近线如图所示，它对应的传递函数G(s)为()A. 1+TsB.11 TsC. 1D. (1+Ts) 2Ts17. 图示对应的环节为()A. TsB. 11 TsC. 1+TsD. 1Ts18.设系统的特征方程为D(s)=s3+14s2+40s+40 =0，则此系统

11、稳定的值范围为 ()A. >0B. 0< <14C. >14D. <019.典型二阶振荡环节的峰值时间与()A. 增益B.误差带C.增益和阻尼比D. 阻尼比和无阻尼固有频率20.若系统的Bode 图在 =5 处出现转折 (如图所示 )，这说明系统中有()环节。7A. 5s+1B. (5s+1) 2C. 0.2s+1D.1(0.2s1) 221.某系统的传递函数为G(s)= (s7)(s2),其零、极点是 ()(4s1)(s3)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

12、点 s= 1,s=3D. 零点s= 7,s=2; 极点 s= 0.25,s=322.一系统的开环传递函数为3(s2),则系统的开环增益和型次依次s( 2s 3)( s5)为()A. 0.4 ，B. 0.4，C. 3，D. 3，23.已知系统的传递函数G(s)=Ke ts ，其幅频特性G(j ) 应为1Ts()A. 1KeB.KT1TeC.K 2D.KT2 2 e1T 22124.二阶系统的阻尼比 ，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c 为幅值穿越 (交界 )频率， (c)为开环频率特

13、性幅值为1 时的相位角，则相位裕度为()A. 180 ° ( c)B. ( c)C. 180°+ ( c)D. 90°+ (c)826.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=4，则系统在 r(t)=2ts( s5)输入作用下，其稳态误差为 ()A. 10B. 5C.444527.二阶系统的传递函数为 G(s)= 212 n s2snD. 0,在 0 2 时，其无阻尼2固有频率 n 与谐振频率 r 的关系为 ()A. n< rB. n= rC. n>rD.两 者无关28.串联相位滞后校正通常用于()A. 提高系统的快速性B.C.减少系统的阻尼D.29

14、.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率 c=4 处提供最大相位超前角的是 ()A. 4s 1B. s 1C.01. s1D. 0.625s1s 14s 10.625s101. s130.从某系统的Bode 图上，已知其剪切频率c 40，则下列串联校正装置的传递函数中能在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下，通过适当调整增益使稳态误差减至最小的是()A. 0.004 s1B. 0.4s1C.0.04s14s1单项选择题 (每小题 1 分，共 30 分 )4s1D.4s110s10.4s11.B2.A3.A4.B5.B6.C7.C8.C9.B10.B11.B12.C13.C14.B15.B16.

15、D17.C18.B19.D20.D21.D22.A23.D24.C25.C26.A27.C28.B29.D30.B9二、填空题 (每小题 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2.一个单位反馈系统的前向传递函数为K，则该闭环系统的特征s35s24s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 _

16、无关。填空题 (每小题 2 分，共 10 分 )1.型次2.s3+5s2+4s+K=0 ， K 3.误差带无阻尼固有频44.0 分贝线1805.本身参数和结构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线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入。10C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，则可得到系统的 ( B )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控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

17、线函数D阶跃函数4 设 控 制 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 G(s)=10，该系统为s(s 1)(s 2)（ B）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)A -270°B -180°C -90°D0°6. 根据输入量变化的规律分类，控制系统可分为(A)A. 恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统B.反馈控制系统、前馈控制系统前馈反馈复合控制系统C.最优控制系统和模糊控制系统11D.连续控制系统和离散控制系统7采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s

18、)，反馈通道的传递函数为H(s)， 则其等效传递函数为(C)A G(s)B11G(s)1G(s)H (s)CG(s)D G( s)G(s)H (s)G(s)H(s)118 一阶系统G(s)=K的时间常数T 越大，则系统的输出响应达到Ts + 1稳态值的时间(A)A 越长B越短C不变D 不定9拉氏变换将时间函数变换成（ D ）A 正弦函数B单位阶跃函数C单位脉冲函数D 复变函数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1211若某系

19、统的传递函数为G(s)=K，则其频率特性的实部R( )是Ts1（ A ）A 1KB- 1K2T 22T 2CKD -K1T1T12.微分环节的频率特性相 位移 ( )=(A)A. 90°B. -90 °C. 0°D. -180 °13.积分环节的频率特性相 位移 ( )=(B)A. 90°B. -90 °C. 0°D. -180 °14. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？（ 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部分

20、是系统稳定的(C)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u1(t)和 u2(t)时，输出分别为 y1(t)和y2(t) 。 当 输 入 为a1u1(t)+a2u2(t) 时 (a1,a2 为 常 数 ) ， 输 出 应 为13（B）A. a1y1(t)+y 2(t)B. a1y1(t)+a2y2(t)C. a1y1(t)-a 2y2(t)D. y 1(t)+a2y2(t)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)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)25

21、，则系统的阻尼比为18.设系统的传递函数为G(s)= s25s 25（C ）A. 25B. 5C.19 正弦函 数sin12tD. 1的拉氏变换是（B）A.C.1sss22B.D.s221s2220二阶系统当0< <1 时，如果增加，则输出响应的最大超调量%将（B）A. 增加B.减小C.不变D.不定21主导极点的特点是（ D ）A. 距离实轴很远B.距离实轴很近14C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近22余弦函数cost的拉氏变换是（C）A.C.1sss22B.D.s221s2223 设积分环节的传递函数为G(s)= 1，则其频率特性幅值M( )=s（C ）A.C.K1B.D.K212

22、24.比例环节的频率特性相位移()=(C)A.90 °B.-90 °C.0°D.-180 °25. 奈奎斯特稳定性判据是利用系统的(C)来判据闭环系统稳定性的一个判别准则。A. 开环幅值频率特性B.开环相角频率特性C.开环幅相频率特性D.闭环幅相频率特性26.系统的传递函数(C)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1527.一阶系统的阶跃响应，(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特性相位移( )在

23、 ( D )之间。A.0 °和 90°B.0°和 90°C.0°和 180°D.0°和 180°29.某二阶系统阻尼比为0.2，则系统阶跃响应为(C)A. 发散振荡B. 单调衰减C. 衰减振荡D. 等幅振荡二设有一个系统如图1 所示，k1=1000N/m, k2=2000N/m, D=10N/(m/s) ，当系统受到输入信号xi (t ) 5sin t 的作用时，试求系统的稳态输出xo (t) 。(15 分)xiK 1DxoK 2解：X o sk1 Ds0.01sX i sk1 k2 Dsk1k20.015s1然后

24、通过频率特性求出xo t 0.025 sin t 89.14三一个未知传递函数的被控系统，构成单位反馈闭环。经过测试，16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 )17/80.55tO25ms解：（ 1）K07，K0 71K 08(2)X o s7X i s0.025s 8四已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图3 所示。 (10 分)1. 写出开环传递函数 G(s)的表达式； (5 分 )2. 概略绘制系统的 Nyquist 图。 (

25、5 分)1 G( s)sKs1001)(s(s 0.01)(s 100)s(1)0.0110020 lg K80dBK100217五已知系统结构如图4 所示 , 试求： (15 分 )1. 绘制系统的信号流图。 (5 分 )2. 求传递函数X o (s) 及 X o ( s) 。 (10 分 )X i (s)N ( s)N(s)Xi(s) +G1(s)+G2(s)+ +Xo(s)-H1(s)H2(s)L1 G2H1,L2G1G2H 2P1G1G211X o (s)G1G2X i ( s) 1 G2 H 1G1G2 H 2P111 1 G2H1X o (s)1G2H 1N ( s) 1 G2 H

26、 1G1G2 H 2六系统如图5 所示， r (t )1(t) 为单位阶跃函数，试求：(10 分)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：超调量M p 和调节时间 ts (5%) 。 (5 分 )241nS(S2)s(s2n )n 20.52n22 M pe12100% 16.5%333(s)ts0.52n18七如图 6 所示系统， 试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下时， K 的数值。 (10 分 )ess 2.25D (s)s(s3)2Ks36s29sK0由劳斯判据：s319s26Ks154 K0s06K第一列系数大于零，则系统稳定得 0 K 54 又有： e

27、ss 9 2.25K可得： K44K54八已知单位反馈系统的闭环传递函数( s)2，试求系统的相位裕s3量。(10 分)解：系统的开环传递函数为G(s)W ( s)21W (s) s 1| G( j c ) |21 ，解得 c321c180(c ) 180 tg 1c180 601202n三、设系统的闭环传递函数为Gc(s)= s22 ns2n ，试求最大超调量 =9.6%、峰值时间 tp=0.2秒时的闭环传递函数的参数 和 n的值。解： % e 12100% =9.6% =0.6tp= 0.2n 1219 n=314.19.6rad/st p 120.2 1 0.6 2四、设一系统的闭环传递

28、函数为G (s)=22 ，试求最大超调量2cn2 n ssn =5% 、调整时间ts=2 秒( =0.05)时的闭环传递函数的参数 和 n 的值。解： % e 12100%=5% =0.69ts= 3 2n n=2.17 rad/s五、设单位负反馈系统的开环传递函数为25G k (s)6)s( s求（ 1）系统的阻尼比和无阻尼自然频率n；（ 2）系统的峰值时间t 、超调量 、调整时间 t(=0.02) ；pS25解：系统闭环传递函数 GB (s)s( s 6)2525 s22525s(s 6)6s 251s(s6)与标准形式对比，可知2 wn 6， wn225故wn 5，0.6又wdwn 12

29、510.624t p0.785wd4200.6%e 12100% 9.5%100%e 1 0.62ts41.33wn六、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率n，阻尼比 ，超调量 ，峰值时间t p ，调整时间 ts ( =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量及瞬态响应指标。100Xo ss 50s410021002Xi s0.02 s 50s 42 s0.08s 0.0414s 50s与标准形式对比，可知2 wn0.08， wn20.04n 0.2 rad / s0.20.2% e12e 1 0.2252.7%t p16.03 sn

30、120.210.2244100 sts0.20.2n七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：GK (s)100s( s2)21求： (1) 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(0.5s 1)s( s 2)可见， v1，这是一个I 型系统开环增益 K 50；（2）讨论输入信号， r (t ) 13t ，即 A 1， B 3AB130 0.06 0.06根据表 3 4，误差 essK V1501 K p八、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：2GK (s)s2 (s0.1)

31、(s0.2)求： (1) 试确定系统的型次v 和开环增益 K ；（ 2）试求输入为 r (t) 52t 4t 2 时，系统的稳态误差。解：（ 1）将传递函数化成标准形式2100G K (s)1)(5s 1)s2 (s 0.1)( s 0.2) s2 (10s可见， v2，这是一个II 型系统开环增益 K 100；（2）讨论输入信号， r (t )52t4t 2 ，即 A 5，B 2, C=4根据表 3 4，误差 essABC5240 0 0.04 0.04K pK VK a1100122九、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：GK (s)20(0.2s 1)(0.1s 1)求： (1)试确定

32、系统的型次v 和开环增益 K ；（ 2）试求输入为 r (t)2 5t 2t 2 时，系统的稳态误差。解：（ 1）该传递函数已经为标准形式可见， v 0，这是一个0 型系统开环增益 K 20；（2）讨论输入信号， r (t ) 25t2t 2 ，即 A 2，B 5， C=2ABC2522根据表 3 4，误差 essK VKa 1 20 00211 K p十、设系统特征方程为s4+2s3+3s2+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：用劳斯 -赫尔维茨稳定判据判别， a4=1，a3=2， a2=3， a1=4， a0=5 均大于零，且有24001350402400135120223142032342254141204535(12)600所以，此系统是不稳定的。23十一、设系统特征方程为s46s312s210s30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，a1=10，a0=3均大于零，且有4161000112300610001123602612110620361210663101105120433351215360所以，此系统是稳定的。十二、设系统特征方程为s4