机械控制工程复习题1

1、v1.0可编辑可修改机械控制工程复习题一、填空题1自动控制系统按按有无反馈来分有、和按控制作用的特点来分有、和。对控制系统的基本要求是、和。2系统在输入信号的作用下，其输出随时间的变化过程称为系统的响应，它由响应和响应两部分构成。3二阶系统的响应特性完全由和W这两个特征量来描述，当1时，称为,其响应曲线的特点是,=1时称为,01时称为,其响应曲线的特点是,=0时称为,其响应曲线的特点是。从平稳性和快速性两方面来综合考考虑，一般取=。4的传递函数称为最小相位传递函数，称为最小相位系统。某传递函数为G（s）_2_JS-,它是阶系统，是型系统，其零点S（S1）（3S2）（S3）是，其极点个数有个，它

2、（是/否）最小相位传递函数。5系统的稳定性是指系统稳定的必要的充分条件为6输出信号经反馈元件变换后加到输入端的信号称为信号。若它的符号与输入信号相同，称为反馈；若它的符号与输入信号不同，称为反馈；若在主反馈通道中不设反馈元件，即输出为主反馈信号时，称为反馈。7、线性定常系统稳定的充分必要条件是：系统闭环传递函数的（）均位于S的左半平面。8、一般认为系统的方框图有三要素组成：（）、（）、（）。9、理想微分环节的幅频特性为（），相频特性为（）10、系统的频率特性可表示为幅频和相频，幅频特性表示（）的比值。11、对最小相位系统，其幅频特性与相频特性间具有确定的（）关系。12、线性定常系统时间响应的一

3、条重要性质是：系统的输入信号间存在微分和积分关系，那么系统的响应就存在对应（）关系。1613、已知某系统的闭环传递函数为X0(s)(s6)(s16)Xi(s)(s8)(s9)(s4j5)(s4j5)统是（）的。（填稳定，不稳定，临界稳定）二、简化以下方框图，并求系统的传递函数三、解方法1梅逊公式法该系统共有两个前向通道，且与各反馈环路都接触P1=G1G2G3G4G5P2=G1G2G51=A2=1反馈回路共四个，且彼此接触LG2G3H2L2G1G2H1G1G2G5G1G2G3G4G51和* I； !； 仃.f；*工“L3G1G2G5L4G1G2G3G4G51G2G3H2G1G2H1所以系统传递函

4、数为:X0(S)G1G2G5G1G2G3G4G5Xi(s)1G2G3H2G1G2H1G1G2G5G1G2G3G4G5方法2方框图简化法求解：可将图简化为下图所示。则所以系统传递函数为：Xo(s)G1G2G5G1G2G3G4G5Xi(s)1G2G3H2G1G2H1G1G2G5G1G2G3G4G5tId1UoR2C2s2R1R2cle2sR(C1C2)R2c2S1三、求下图1所示系统的传递函数kXi(t)Xo(t)cxo(t)mxo(t)G(S)Xo(S)Xi(s)2mscsk四、设单位反馈控制系统的开环传递函数为-as1G(S)-Vs试确定使相位裕量丫=45?的a值。1aWc五、单位反馈控制系统

5、的开环传递函数为Gk(s)s(s 1)(s 2)试确定系统稳定时开环放大系数K值的范围。Gb(S)Gk(S)1 Gk(S) S(S 1)(S 2) KK32S3 3S2 2S K解得系统稳定时，K的取值范围为0K 6六、已知系统的传递为G (S),求系统的频率特性及系统对正弦输入TSr(t尸Asinwt的稳态响应。xo(t)A(w)Asin(wt(w)Ak 2 - sin( wt arctgwt )1 w t七、设有一闭环系统的传递函数为Xo(s)2Wn22Xi (s) s 2 wnswn为了使系统的单位阶跃响应有5%勺超调量和Ts=2秒的调整时间，试求E和n的值。(课后作业)九.计算题：1、

6、右图是某闭环控制系统的典型动态结构图。(1)以R为输入，当N=0时，分别以C,E为输出时的闭环传递函数。(2)以N为输入，当R=0时，分别以C,E为输出时的闭环传递函数。CG2(s)G(s)R(s)1G2(s).Gi(s).H(s)B(s)G2(s).Gi(s).H(s)R(s)1G2(s).G1(s).H(s)E(s)1R(s)1G2(s)G(s).H(s)C(s)G2(s)N(s)1G2(s).G1(s).H(s)B(s)G2(s).H(s)N(s)1G2(s).G1(s).H(s)EGz(s).H(s)N(s)1G2(s).G1(s).H(s)2、设单位反馈系统的开环传递函数Gs)=1/

7、s(s+1),试求系统的单位阶跃上升时间、超调量、调整时间，并判断系统的稳定性。(课后作业)3、系统的结构如右下图所示。和T的取值。Gk(s)欲保证C(s)K_2_R(s)s(2Kt)sKE(s)s2(2K拈R(s)s2(2K)sK2Kess0.25KnK2n2K综合上面的式子，得K31.36,0.1864设某控制系统的结构图如右图所示，试分析若是该系统的最大超调量等于，峰值时间等于1秒，确定增益K和&的数值，并计算上升时间tr和调节时间tsC(s)kR(s)s2(1kkh)sk2k,2n1kkh,(/L)Mpe()0.2,0.456ptp/d1s,d3.14s10.178-=d3.53s1,

8、k12.5,kh,12harctan2一 1.1radtrtsts3.14 1.13.140.65 s2.48 s, (2%)1.68s,(5%)5已知单位反馈系统的开环传递函数为Gk(s)1s(s 1),求系统的单位阶跃响应。解：已知单位反馈系统的开环传递函数为Gk(s)1s(s 1),则闭环传递函数为G(s)1S(S 1)12.则 n 12 n 1可得 n 10.5由此可知，系统为欠阻尼状态arctan1.05rad，、,1c(t) 1 i 2 ent sin( d )代入计算结果即可。6分析题.第一题图C(s)(1)解：系统的闭环传递函数为 Gb(s)s(s 1)(s 2) K其特征方程

9、为32s +3s +2s+K=0根据劳斯-赫尔维茨稳定性判据，系统稳定的充要条件有：则当0VK0(i=0,1,2,3,4)(2)列劳斯阵列表，判断第一列元素的正负，元素为1,8,16,5结论系统是稳定的。10、某控制系统的特征方程为s6+2s5+8s4+12s3+20s2+16s+16=0,试判断系统的稳定性。11、已知系统的单位阶跃响应为c(t)=+,求:(1)系统的闭环传递函数；(2)系统的阻尼比和无阻尼自然振荡频率。解：由系统的单位阶跃响应为c(t)=+,则C(s)12皿ss4s936(s4)(s9)s1R(s),sG(s)C(s)36n6,2n13,1.08R(s)(s4)(s9)12

10、(1)已知单位负反馈二阶系统的单位阶跃响应曲线如图所示。试确定系统的传递函数。tp一d0.1s,MP e 1 20.2x(t)t 1解以上三个方程，可以计算出，n,k。G(s)s2 2 n13、设最小相位系统开环对数幅频渐近线如图所示。(1) 写出系统开环传递函数；(2) 计算开环截止频率3c；(3) 判别闭环系统的稳定性；解：(1)由图可以分析得出，该系统中含有两个积分环节，一个惯性环节，一个一阶微分环节和一个比例环节，其传递函数为Gk(s)k2(s1)，其中k,t待求。s(ts1)5rad,5, 2i200rad ,T T1200L()20lgk20lg224,(2)由L()201gk20

11、lg220lg/50,可以求出c(3)系统是稳定的。14、设单位负反馈系统的开环传递函数为g(s)=1/(s+1),试求输入信号r(t尸sin5t作用时，系统的稳态输出响应。一.1.一答案：c(t)-=sin(5tarctan2.5)；2915、控制系统方块图如图所示:(1)当a=0时，求系统的阻尼比，无阻尼自振频率n和单位斜坡函数输入时的稳态误差；(2)当=时，试确定系统中的a值和单位斜坡函数输入时系统的稳态误差;解：系统的开环传函为G(s)-8s(28a)s闭环传函为Y(s)8R(s) s2 (2 8a)s 80.36n2.83ess0.25a0.2516、设某控制系统的开环传递函数为kG

12、(s) 2s(s 2s 2)试分析系统稳定时 K的取值范围。解：由Routh稳定判据得 0 V KV417、设某控制系统的开环传递函数为G(S)H (s) =75(02s 1),试绘制该系统的s(s 16s 100)Bode图，并确定剪切频率c的值。18、已知最小相位系统 Bode图的渐近幅频特性如图所示，求该系统的开环传递函数。解：(1)该系统的开环传递函数为75(0.2s 1)G(s)H (s) =-J-；s(s 16s 100)19、已知最小相位开环系统的渐进对数幅频特性曲线如图3所示，试:(1)求取系统的开环传递函数(2)利用稳定裕度判断系统稳定性s( s0.111)( s 1)10K

13、 10(2)0临界稳定7一、，、一，12,20、已知系统传递函数为,当输入信号为Xi(s)1sin(2t45)时，根据频3s273率特性的物理意义，求系统的稳态响应。yT(w)45222x0(t)ysinqt(w)7siW”21、设单位反馈控制系统的开环传递函数G(s)k1为试确定使相位(0.01s1)3裕量丫=45的K值。180(Wc)45wc 100c(Wc)135 3arctg (0.01wc)G(jWc)1 (、(0.01Wc)2 1)3k (.2)32.822.判别具有下述传递函数的系统是否稳定。其中G (S)为系统的前向通道传递函数,H (S)为反馈通道传递函数。G(s)10(s 1).s(s 1)(s 5) 1解：系统的闭环传递函数为(s) Gs1 G(s)H(s)10s 1024s 5s 10对特征议程s3 4s2 5s 10 0劳斯表3 s2 s1 s0 s2.51010 _,一第一列所有兀素大于 0,故系统稳定。0十.作图并分析:Gk(s)(1)某系统的开环传递函数为10s(2s 1)试绘制系统的开环极坐标图，并根据 Nyquist稳定性判据分析系统的稳定性