机械工程控制基础考试题A

1、机械工程控制基础考试试卷(A卷)班级 姓名 学号、填空题(每空1分，共20分)题号一二三四总得分评卷人审核人得分1、对控制系统的基本要求是:2、已知f(t)=t+1, 对其进行拉氏变换Lf(t)= 。3、二阶系统的极点分别为si=-0.5,s 2=-4,系统增益为2,则其传递函数G(S)=4、零频幅值A(0)表示当频率接近于零时，环系统输出的幅值与输入幅值之比。5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题，机械工程控制就是研究?输出三者之间的动态关系。6、系统的频率特性求取有三种方法：根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s换为 来求取。7、微分环节的控制作用主要有 &g

2、t; ? 。 28、二阶系统的传递函数为 G(s) n2,其中n为系统的,s 2ns n当01时为 系统。在阻尼比己<0.707时，幅频特性出现峰值，称 ,此时的频率称谐振频率r= nv'1 2 2。9、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为 系统。10、对自动控制系统按照输出变化规律分为 系统、系统、_11 统。11、对积分环节而言，其相频特性/ G(jw)=。二、选择题(每题1分，共15分)1.控制工程主要研究并解决的问题之一是()。A.系统已定，输入不确定，求系统的输出B.系统已定，输入已知，求系统的输出(响应)C.系统已定，规定系统的输入D.系统不定，输入已知

3、，求出系统的输出(响应)2.已知 F(s)=L f(t),若 F(s尸一，则 f(t)|t =?()s2 2s 1A. 1B.1C.1D.02 33 .下列系统中为线性系统的微分模型为：()。2ad2x0(t)A. 16 0- 出2B. 16d2xo(t)dt2dx0(t) 2dxi (t)12( 0 )2 X0(t)idt 0 dtdx0(t)1224xo(t) xi(t)dtc d2x0(t) 2 dx0(t)C.16(02 )2 12024xo(t) xi(t)dt2dt2D. 16d0(-) et 12dx) 241n(t) x0(t) xi(t)dt2dt4.对于定常控制系统来说，（

4、）oA.表达系统的微分方程各项系数不随时间改变B.微分方程的各阶彳分项的事为1C.不能用微分方程表示D.系统总是稳定的5 .二阶系统的传递函数为-，则系统增益为（）。（s 0.5）（s 4）A.10B.0.5C.4D.5t6 .已知一个系统的单位阶跃响应为2Te T ,则该系统的单位脉冲响应为（ttttA. 2Te T B. Te T C. 2e T D. 2e T7 .某系统的传递函数为5系统的零极点为（）。（s 1）（s 2）A.极点 S1=-1, S2=-2，零点 S3=5B.极点 S1=1, s2=2C.极点 S1=-1, S2=-2D.极点 S1=1, S2=2，零点 S3=-58

5、.下列信号中，哪个用来定义二阶系统的瞬态响应指标（）。A.单位阶跃B.单位脉冲C.单位斜坡D.单位正弦A.ess= lim SG(S)s 0B.ess= lim te(t)Ces=|im e(t)D.ess=1im e(t)t 010.某系统传函数为G（s）= ,则转角频率为（）。 sA.-B. rC.k/rD.kr9 .系统如图，其稳态误差定义为（）。11.控制系统中（）。A.系统型次越高，增益K越大，系统稳定误差越大B.系统型次越高，增益K越大，系统稳定误差越小C.系统阶次越低，增益K越大，系统稳定误差越小D.系统阶次越高，稳态误差越大12 .在设计控制系统时，稳定性判断（）。A.不必判断

6、B.绝对必要C.有时是必要的 D.根据系统而定13 .系统的正弦响应是指（）A.不论输入为何种信号，输出都为正弦时的情况B.对系统输入一系列不同频率正弦信号时，输出的响应变化情况C.对系统输入一个固定的频率正弦信号时，输出的响应变化情况D.对系统输入一系列幅值不同的正弦信号时，输出的响应变化情况14 .劳斯判据应用于控制系统稳定性判断时是针对 （）A.闭环系统的传递函数B.开环系统的传递函数C.闭环系统中的开环传递函数的特征方程D.闭环系统的特征方程15 .设c为幅值穿越（交界）频率，小（coc）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）B.（）（

7、 c）C.180° +（|）（ w c）D. 90° + 小（ c）三、计算分析题（共40分）1、通过方框图的等效变换求取下图系统的传递函数G（s）=Xo （s）/ X i（s）。（15分）Xo(S)G G4-+_- TH2HH1 yXi（S）AXf X-4'G7| -+）Mg7V-2、如下图所示的机械系统，在质量块 m上施加一个阶跃力xi（t）=3牛顿后，系统的时 间响应xo（t）如右图所示，试写出系统的最大超调量MP,峰值时间tp,计算弹簧的刚度 K、质量块的质量m和阻尼系数 的值。（15分）3、设系统的特征方程为 D(S) = 55+36+4+120-55-1

8、5试用Routh表判别系统的稳定性，并说明该系统具有正实部特征根的个数。(10分)四、综合题(共25分)1 .已知某单位负反馈最小相位系统的对数幅频特性曲线如下图所示，试 ：(13分)(1)写出该系统的开环传递函数；(2)求该系统的剪切频率c和相位裕量。(图中：-2指斜率-40dB,-1指斜率-20dB)2.设 GK(s)Ks(T1s 1)(T2 s 1)(T1 0,T2 0)为某系统的开环传递函数。(12)(1)概略绘制系统的开环 Nyquist图;(2)讨论K值不同时系统的稳定性。机械工程控制基础考试试卷(A卷)答案一、填空题(每空2分，共20分)2 .系统的稳定性、响应的快速性、响应的准

9、确性；3 .J/s 2+1/s 或者(1+s) /s 2;4 . 2/(s+0.5)(s+_4);5 .闭；6 .系统，输入；7 . jw ;8 .使输出提前 、增加系统的阻尼、 强化噪声 ；9 .无阻尼固有频率欠阻尼 谐振峰值；10 相似；11 .自动调节系统、随动系统、程序控制系统；12 .-90 。二、选择题（每题1分，共15分）1、B; 2、D; 3、B; 4、A; 5、D; 6、C; 7、B; 8、A; 9、C; 10、A;11、B ; 12、B; 13、B; 14、D; 15、C三、计算分析题（共40分）1、（15分）解：根据系统结构特点，应先把图中的点A前移至B点，化简后，再后移

10、至 C点，然后从内环到外环逐步化简，其简化过程如下图。Xi(S)+ +G1 G2G3G41 H2 G2G3G4H1G1G2Xo(S)»2、（15分）解根据牛顿定律，建立机械系统的动力学微分方程，得系统的传递函数为:kxo(t) mxo(t) cxo(t) Xi(t)kXo(s) ms2XO(S) csXO(S) Xi(S)1 * k-* k m2cs ks m m将上式与二阶系统传递函数的标准形式比较可知G(S)= 22 1Xi(s) ms cs kn2 “mk(1)由响应曲线的稳态值(1cm)求出k由于阶跃力xi(t)=3N ,它的拉普拉斯变换Xi(S)=3,故1-Xo(s)-Xi

11、(S)ms cs k由拉普拉斯变换的终值定理可求的2.ms cs k% (t)的稳态输出值x(t) limXo(t)limsXO(S)ts 0因止匕，k=3N/cm=300N/m(2)由响应曲线可知道 Mp=0.095, tp=01s,求取系统的2由MP e '*100% 0.095,得将代入上式求得n =39.25rad/s将 n=39.25rad/s 和=0.6 代入 n2 =0.1s根据nc，r求得 m=0.1959kg2, mkc ， 一 一，可知，使系统响应平稳，应增大 ，故要使阻尼系数2、， mkc增大，质量减小；要使系统快速，应增大 n ,减小质量。弹簧的刚度 k 一般由

12、稳态值决定。为使系统具有好 的瞬态响应性能应该减小质量，增大阻尼系数，在实践中经常采用轻质材料或空心结构减小质量。3、(共10分)解：根据特征方程的系数，列 Routh表如下:S514-50S4312-150S30000由第二行各元素得辅助方程(2P=4,p=2) F(S尸3S 4+12S2-15=0取F(S)对S的导数，则得新方程12S3+24S= 0得如下的Routh表S514-50S4312-150S3122400S2-150S1SO54-15符号改变一次，系统不稳定该系统具有正实部特征根个数为四、综合（共25分）1、（13分）解：（1）根据对数幅频特性曲线图可知，低频段的斜率为40dB

13、/dec,故系统为n型;当1 5时, 常数；当2 常数；当斜率由100 时,1时，(4分)(2)令 L(亦即:可求得:(c)18001800由于 02、（12 分）140dB/dec变为 20dB/dec,故T1 一 0.2为一阶比例微分环节的时间1 .1斜率由 20dB/dec变为 40dB/dec,故T2 一0.01为惯性环节的时间L()1 20log K240 , 即K 100,所以系统的开环传递函数为(2分)G(s)H(s)c)100(0.2s 1)s2(0.01s 1)K(T1s 1) s2(T2s 1)100 5c 1c 20arctg0.2 20 arctg 0.01(c) 1800 108.20 71.80,所以闭环系统是稳定的。解：（1）、GK（jw）20(2分)(1分)(1分)180084.40 12.60108.20 ( 1 分)(1分)(1分)jw(1 jw)(1jT2w)(1分)GK(jw)90arctanT1w arctan T2w(1分)实频特性u(w)K(Ti T2)2 _ 21 w (T1_ 24_ 2_ 2T2 ) w T1 T2(1分)虚频特性v(w)K一(1 w2. .、 w T1T2 )221 w (T1T22)w4T12T