2018机械工程控制基础考试题及答案

1、期货管理条例pl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的拉氏变换为一二。 (s a)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

2、而变化的函数关系称为相频特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/deG10 .二阶系统的阻尼比己为 或 时，响应曲线为等幅振荡。11 .在单位斜坡输入信号作用下，R型系统的稳态误差ess=_0_o12 . 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 。s14 .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、快速归和准确性。16 .系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定，与 输入量、扰动量的形

3、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七和_无阻尼自然振荡频率 Wn。18 .设系统的频率特性G (jco)=R()+jI()，则幅频特性|G(jco)|= Jr2(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一左_部分。21 .从0变化到+8时，惯性环节的频率特性极坐标图在第四象限，形状为_主圆。22 .用频域法分析控制系统时，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工的范围为 01。24 .

4、 G(s)=的环节称为惯性 环节。Ts 125 .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 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。228 .二阶系统的典型传递函数是w2。s 2 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 _Btt _控制系统、非线性 控制系统。31 .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与阻尼系数己的关系

5、为r= CD nTT 033.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、1如控制系统。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己=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

6、充要条件。4 . I型系统G(s)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 s(s 2)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，则称此系统为离散（数字）控制系统，其输入、输出关系常用差

7、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CDc （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.自适应控制2 .反馈控制系统是指系统中有（）A反馈回路B.惯性环节页脚内容5C积分环节D.PID调节器3.()=，,(a 为常数)。s aA. L e atB. L eatC. L e«a)D. L e (

8、t+a)4.L t2e2t=(B. 1a(s a)C. 2(s 2)3D. -2s贝1 Lim f (t)=(t 0A. 4B. 2C. 0D.OO6.已知f（t尸eat,（a为实数）,则L tf(t)dt 0二（A. -as aB.1a(s a)C.s(sD.a)1a(s a)A. 3sB.1 2s-e s期货管理条例plC3 2s .esD. 3e2ssXi(t),它是()A线性系统C非线性系统8.某系统的微分方程为5x0 (t) 2x0x0(t)B.线性定常系统D.非线性时变系统9.某环节的传递函数为G(s尸e2s,它是(B.延时环节A.比例环节C惯性环节D.微分环节10 .图示系统的传

9、递函数为A. 1RCs 1IJlB RCs .RCs 1C. RCs+1D RCs 1RCs11二阶系统的传递函数为G(s)=4S/，其无阻尼固有频率口是()2 s 100A. 10B. 5C. 2.5D. 2512 .一阶系统三的单位脉冲响应曲线在仁。处的斜率为()A. KTB. KTc. AT2D.上T213 .某系统的彳61函数G（s）=JS-Ts 1则其单位阶跃响应函数为（）A. " B. Tet/TC. K( 1e t/T)D.，e Kt/T)14 .图示系统称为（）型系统。A. 0B. IC. nd. m15延时环节G（s尸e,s的相频特性/A. T CDB. -T C.

10、9 0D.l 816对数幅频特性的渐近线如图所示,G3）等于（-IEI 1/T它对应的传递函数G（s）（）A.1+TsB. 1 TsC.-TsD. (1+Ts)7117 .图示对应白环节为（）A. TsB. -A-1 TsC.1+TsD. ±Ts18 .设系统的特征方程为D(s)=S+14S2+40s+40 P =0,则此系统稳定的p值范围为()D. r <0A. r >0B. 0< r <14C. r >1419 .典型二阶振荡环节的峰值时间与()有关。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(

11、如图所示)，这说明系统中有()环节。A. 5s+1B. (5s+1)C. 0.2s+1D.(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=3期货管理条例plC零点 s=7,s=2;极点 s= 1,s=3D零点 s=7,s=2;极点 s= 0.25,s=3页脚内容5122 .一系统的开环传递函数为3(s 2)，则系统的开环增益和型次依次为()s(2s 3)(s 5)A. 0.4, IB. 0.4, nC. 3 ID. 3,

12、 n23.已知系统的传递函数G(s)法ts e,其幅频特性I G3) |应为()A. qe1 TB. -e1 TC. Ve1 T2 2D. 一K1 T2 224 .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CDc为幅值穿越(交界)频率，小(3 c)为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为()A.180 小C. 180 + 小(Wc)D. 90° + 小( c)26.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=-A-,则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为B.

13、54C. 45D. 027二阶系统的传递函数为G（s尸2ns n，在年时，其无阻尼固有频率与谐振频率r的关系为（A. (D n< 3 rC. (D n> 3 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.提高系统的稳态精度C减少系统的阻尼D减少系统的固有频率29.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（）B. -s-4s 1C 01s 1.0.625s 1D 0.625s 1.01s 130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

14、态误差减至最小的是0.004s 1 1.0.04s 10.4s 1B.4s 1C.上10s 1d. q0.4s单项选择题（每小题1分，共30分）1.B2.A3.A4.B13.C14.B15.B 16.D17.C6.C7.C8.C9.B10.B 11.B12.C18.B19.D20.D21.D22.A 23.D24.C5.B25.C 26.A27.C28.B29.D30.B、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、? 口:有关。2 .一个单位反馈系统的前向传递函数为3 K2一,则该闭环系统的特征方程为开环增益为s 5s 4so3 .二阶系统在阶跃信号作用下，其

15、调整时间 ts与阻尼比、?口:有关。4 .极坐标图（NyquistS）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（每小题2分，共10分）1型次 输入信号2.s3+5s2+4s+K=0 ,%3.误差带 无阻尼固有频率44.0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

16、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（B ）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 ）A. -270°B. -180°C. -90°D. 0°6 .根据输入量变化的规律分类，控制

17、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、前馈控制系统前馈一反馈复合控制系统C最优控制系统和模糊控制系统D.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)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)B 11 G(s)1 G(s)H(s)C G(s)D G(s)1 G(s)H(s)1 G(s)H(s)8. 一阶系统G(s)：人的时间常数T越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间 Ts + 1(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

18、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11.若某系统的传递函数为G（s）二2，则其频率特性的实部R3 ）是Ts 1A.K2 _212T2B.K2 _212T2D. - K1 T12.微分环节的频率特性相位移9 （）二A. 90°B. -90°C. 0D. -18013.积分环节的频率特性相位移9 （尸A. 90°B. -90°C. 0D. -18014传递函数反映了系

19、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和U2（t）时，输出分别为y1和*（t）。当输入为aU1（t）+a2U2（t）时（a,a2为常数），输出应为（B ）A. ay(t)+y2(t)B. ay(t)+a2y2(t)C. ayi(t)-ay2(t)D. y(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A. -40(dB/dec)B. -20(dB/de

20、c)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)18 .设系统的传递函数为G（s）r5，则系统的阻尼比为（C ）s2 5s 25A.25B. 5C. -D. 1219 .正弦函数sin t的拉氏变换是（B ）A.C._2 sD.20 .二阶系统当0< <1时，如果增加，则输出响应的最大超调量将A.增加B.减小C不变D不定21 .主导极点的特点是A距离实轴很远B距离实轴很近C距离虚轴很远D距离虚轴很近22 .余弦函数cos t的拉氏变换是A.C s .-22s23 .设积分环节的传递函数为 G(s)=1 ,则其频率特性幅值 M(尸sA.KB.上2C.1D24 .比例环节的频率

21、特性相位移9 ()二A.90°B.-900C.0°D.-18025 .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 . 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8()在(D )之间。A.0° 和 90°B.0

22、6; 和一90°C.O0 和 180°D.0 和一180°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.单调我减C.我减振荡D.等幅振荡5sint.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xi(t)的作用时，试求系统的稳态输出x0(t)。(15分)0.01s0.015s 1解.X0AkiDs Xi s k1 k2 Ds k1k2然后通过频率特性求出 x0 t 0.025sin t 89.14三.一个未知传递函数的被控系统，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环系统的单

23、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）解：（1） 7 , K0 71 K08 X_s_7Xi s 0.025s 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Nyquistffl。（5分）1. G(s)嘀1喘1)100s(s 0.01)(s 100)2.五.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£®及Xo®。（

24、10分）Xi（s） N（s）L1 G2Hl,L2G1G2H2P1 G1G21 1Xo(s)G1G2Xi(s)1 G2Hl G1G2H2P1 11 1 G2HlX o (s)1 G2 H1N(s) 1G2H1G1G2H2六.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 no (5分)2 .动态性能指标：超调量MP和调节时间ts(5%)。(5分)1.S(S 2) s(s 20.52. Mpts100% 16.5%3n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ess02.25时，K的数值。（10分）232D(s) s(s 3) K

25、 s 6s9s由劳斯判据:3 s2 s1 s0 s1654 K6K第一列系数大于零，则系统稳定得0 K 54又有:ess 9 <2.25K可得：K> 44< K< 54八.已知单位反馈系统的闭环传递函数2六，试求系统的相包裕量。（侬）解：系统的开环传递函数为W(s)W(s)2|G(j c)| 180c)180tg 1 c180601202 9三、设系统的闭环传递函数为Gc(s)=s2nS2n ,试求最大超调量(T % =9.6%、峰值时间tp=0.2秒时的闭环传递函数的参数己和n的值。解：= % e 1100%=9.6%.Y =0.6 tp=0.2 Cl) n=tp J

26、 2一314一 19.6rad/s0.2.1 0.62四、设一系统的闭环传递函数为 Gc(s)=-一s 22 n2 ，ns n试求最大超调量(T % =5%、调整时间t=2秒(4=0.05)时的闭环传递函数的参数己和n的值。解：=% e 1 2 100% =5%.Y =0.69: n=2.17 rad/s五、设单位负反馈系统的开环传递函数为Gk(s) 25s(s 6)求(1)系统的阻尼比(和无阻尼自然频率CDn；(2)系统的峰值时间tp、超调量6%、调整时间ts(A =0.02);25解：系统闭环传递函数Gb(S)s(s J)25 丁二5一125 s(s 6) 25 s 6s 25s(s 6)

27、与标准形式对比，可知2 wn 6, w2 25故wn 5,0.6又wd wn12 5 .1 0.62 4tp 0.785wd40.6% e 1 2 100% e 1 0.62 100% 9.5%4ts 1.33 wn六、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率con,阻尼比(，超调量6,峰值时间tp,调整时问 tsg=0.02)。解：对于上图所示系统，首先应求出具传递函数，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。100XoSs50s 41002Xi s 1100002 s50s 4 2 s2 0.08s 0.04s50s 4 .与标准形式对比，可知 2 wn 0.08, w；

28、0.04n 0.2 rad /s0.20.2 22.2% e 1 e 1 0.252.7%tp：16.03 s02,1 0.22ts0.2 0.2100 s七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下:Gk(s)100s(s 2)求：（1）试确定系统的型次v和开环增益K;(2)试求/&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Gk(s)10050s(s 2) s95s 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34,误差essB1 Kp Kv0 0.06500.06八、已知单位负反

29、馈系统的开环传递函数如下:求：(1)试确定系统的型次v和开环增益K；(2)试求/&入为r(t) 5 2t 4t2时,系统的稳态误差。解：(1)将传递函数化成标准形式Gk(s)100s2(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 5 2t 4t2,即A= 5, B=2, C=40.04根据表 34,误差 essA-C-20 0 0.041 KpKVKa1100九、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下:GK(S)Q201)(0.1s 1)求：（1）试确定系统的型次v和开环增益K；(2)试求/&a

30、mp;入为r(t) 2 5t 2t2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) 2 5t 2t2,即 A= 2, B=5, C=2根据表3r误差ess I 言Ka1 2021十、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, ai=4, a0=5均大于零，且有2 4 0 013 5 040 2 4 00 13 51 202 2 3 1 4 2 03 23422541412 04 5 3

31、5 ( 12)60 0所以，此系统是不稳定的。十一、设系统特征方程为 4 一 3_ 2 一 一 一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, a1二10, a0=3均大于零，且有6 10 0 01 12 3 040 6 10 00 1 12 35 6 06 612 1 1062 07 612 10 66 3 101 10 512 08 33 3 5121536 0所以，此系统是稳定的。十二、设系统特征方程为s4 5s3 2s2 4s 3试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。

32、a0二3均大于零,解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1, a3=5, a2=2, a=4且有9 4 0 012 3 040 5 4 00 12 35 5 06 5 2 1 4 6 07 52455341451 08 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 322s3 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，8=2启2=42=6Z0=1均大于零，且有4 1 03 2600 4 14 4 05 4 6 2 1 22 06 46144012160所以，此系统是稳定的十四、设系统开环传递函数

33、如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线G(s)30s(0.02s 1)解：该系统开环增益K= 30;有一个积分环节，即v=1;低频渐近线通过(1, 201g30)这点，余率为20dB/dec；有一个惯性环节，对应转折频率为 wi 50,斜率增加20dB/deCo0.02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G(s)100s(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, 201g10。这点，即通过（1, 40）这点斜率为20dB/dec；11有两个惯性环节，对应转折频率为 w1 10

34、, w2 100,斜率分别增加20dB/dec0.10.01系统对数幅频特性曲线如下所示。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, 201g1）这点，即通过（1, 0）这点斜率为0dB/dec；1有一个一阶微分环节，对应转折频率为 w1 - 10 ,斜率增加20dB/dec。0.1系统对数幅频特性曲线如下所示。十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解:C(s)解:GlGjG jIKhSHl+G2H14GjG2Hl十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。十九、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数解:GGG三、简答题（共16分）1 .（4分）已知系统的传递函数为_2,求系统的脉冲响应表达式。 s2 4s 32 .（4分）已知单位反馈系统的开环传递函数为K ,试问该系统为几型系统？系统的单位阶跃