机械控制工程基础习题集

1、机械控制工程基础习题及解法目录介绍控制系统的数学模型控制系统的时域分析控制系统的频域分析控制系统性能分析控制系统的综合校准模拟考试题型和分数分布第一章 简介一、选择填空题1. 开环控制系统在其控制器和被控对象之间只有（正向动作）。 P2A. 反馈动作 B. 前馈动作 C. 正向动作 D. 反向动作2、闭环控制系统的主反馈取自（被控对象的输出端）。 P3A. 给定输入 B. 干扰输入 C. 控制器输出 D. 系统输出3. 闭环系统在其控制器和被控对象之间具有（反向作用）。 P3A. 反馈动作 B. 前馈动作 C. 正向动作 D. 反向动作A. 输入量 B. 输出量 C. 反馈量 D. 干扰量4、

2、自动控制系统的控制和调整过程是消除偏差（偏差的过程）。 P2-3A. 偏差过程 B. 输入过程 C. 扰动过程 D. 稳态过程5.一般来说，开环控制系统是（稳定系统）。 P2A. 不稳定系统 B. 稳定系统 C. 时域系统 D. 频域系统6、闭环控制系统除了开环控制系统的所有环节外，还必须有（B）项。 p5A. 给定环节 B. 比较环节 C. 放大环节 D. 执行环节7.闭环控制系统必须通过（C）。 p3A.输入量前馈参与控制 B.干扰量前馈参与控制C.输出反馈到输入参与控制 D.输出本地反馈参与控制8、跟随系统要求系统的输出信号能跟随（C的变化）。 P6A. 反馈信号 B. 干扰信号 C.

3、输入信号 D. 模拟信号9. 如果反馈信号的方向与原始系统输入信号的方向相反（负反馈）。 P3A. 本地反馈 B. 主反馈 C. 正反馈 D. 负反馈10、输出量对系统控制功能没有影响的控制系统是（开环控制系统）。 P2A. 开环控制系统 B. 闭环控制系统 C. 反馈控制系统 D. 非线性控制系统11、自动控制系统的反馈环节一般有（B）。 p5A. 给定元件 B. 检测元件 C. 放大元件 D. 运算单元12.控制系统的稳态误差反映了系统的 Bp8A. 快速B. 准确度 C. 稳定性D. 动态13. 输出对系统控制有直接影响的系统是 (B) p3A. 开环控制系统 B. 闭环控制系统 C.

4、线性控制系统 D. 非线性控制系统14、通过动态调整达到稳定后，控制量与期望值一致的控制系统为（无差系统）。 p6A. 差分系统 B. 无差异系统 C. 连续系统 D. 离散系统15、自动控制系统的控制和调整过程是消除偏差（A）。 P5-6A. 偏差过程 B. 输入过程 C. 扰动过程 D. 稳态过程16、闭环控制系统除了开环控制系统的所有环节外，还必须有（B）项。 P4-5A. 给定环节 B. 比较环节 C. 放大环节 D. 执行环节17.闭环控制系统必须通过(C)。 P3-4A.输入量前馈参与控制 B.干扰量前馈参与控制C.输出反馈到输入参与控制 D.输出本地反馈参与控制18、输出信号对控

5、制动作有影响的系统为（B）。 p3A. 开环系统 B. 闭环系统 C. 本地反馈系统 D. 稳定系统19. 系统扰动后的再平衡偏差称为系统的(B)。 p8A. 静态误差 B. 稳态误差 C. 动态误差 D. 累积误差20. 在扰动下，扰动消失后偏离原来平衡状态的稳定系统（B）。 P7A. 将偏离原始平衡状态 B. 将衰减收敛回原始平衡状态C. 在原始平衡状态下会以等幅振荡 D. 在偏离平衡状态时会一直振荡21. 无差异系统参考（B）。 P6A. 零扰动误差系统 B. 零稳态误差系统C. 动态误差为零的系统 D. 累积误差为零的系统22. 称系统从一个稳态到系统新稳态的偏差 (B)p8A. 静态

6、误差 B. 稳态误差 C. 动态误差 D. 累积误差23.开环系统与相同精密元件组成的闭环系统的精度比较为（B）p2-4A. 开环高 B. 闭环高 C. 相位几乎相同 D. 相同高24.跟随系统要求系统的输出信号可以跟随(C) p6A. 反馈信号变化 B. 干扰信号变化 C. 输入信号变化 D. 模拟信号变化25.对于抗干扰能力强的系统，有（B）p3-4A. 开环系统 B. 闭环系统 C. 线性系统 D. 非线性系统26. 一般控制系统用 (A) p2A. 开环不振荡 B. 闭环不振荡 C. 开环必须振荡 D. 闭环必须振荡27.输出对系统控制效果没有影响的控制系统为(A)p2A. 开环控制系

7、统 B. 闭环控制系统 C. 反馈控制系统 D. 非线性控制系统2. 填空1、任何闭环系统都有信息传递和反馈，都可以使用（feedback for control）。 P32.控制系统性能的基本表现应该是（稳定、准确、快速）。 P73.控制系统校正元件的作用是（提高系统性能）。 P54、开环控制系统的控制精度优于闭环控制系统（差或低）。 P2-35、恒值控制系统的输出保持一定的精度（希望值）。 P66、通过动态调整达到稳定后，控制量与期望值一致的控制系统为（无差系统）p67、在扰动的作用下，偏离原来平衡状态的稳定系统在扰动效应消失后会（恢复）到原来的平衡状态。8 无差异系统是（稳态误差）为零的

8、系统。 P69. 负反馈系统通过纠正偏差使系统趋向于（给定值）。 P3 (6.16)三、名词解释1、自动控制：在没有人直接参与的情况下，使生产过程或被控对象的某些物理量按预期规律准确变化的控制和调节过程。 P12、开环控制系统：控制器与被控对象之间只有正向控制的系统。 P23、闭环控制系统：输出与输入之间存在反馈回路，输出直接参与系统的控制。 P34、稳定性：稳定性是指控制系统在扰动消失后从初始偏差恢复到初始平衡状态的性能。 P75、快速性：指在系统稳定的前提下消除系统输出与给定输入偏差的速度。 P76、精度：指系统响应的动态过程完成后，控制量与期望值之间的误差值。误差值越小，精度越高。 P8

9、4. 简答题1、简述开环控制系统的特点：1）输出端和输入端之间没有反馈回路； 2）没有自校正能力，控制精度低； 3）结构简单，成本低； 4) 一般稳定可靠。 P22、简答闭环控制系统特点：1）输出端和输入端之间有反馈回路； 2）具有自主纠偏能力，控制精度高； 3）结构复杂，成本高。 P33、简述闭环控制系统的控制原理：1）检测输出值的实际值； 2）将实际值与给定值（输入值）进行比较，得到偏差值； 3）利用偏差值产生控制和调节，消除偏差。 P3-44、简述控制系统的基本要求：1）稳定性：稳定性是指控制系统在扰动消失后从初始偏差恢复到初始平衡状态的性能； 2）精度：控制变量与期望值之间的稳态误差，

10、稳态误差值越小精度越高； 3) 快速性：消除系统输出与给定输入之间的偏差的速度。 P7-85. 简答反馈控制系统的组成：答：反馈控制系统主要包括给定元件、反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件和校正元件等。 P4第二章控制系统的数学模型一、选择填空题1. 线性常数系统对输入信号的导数（积分）的时域响应等于 (B)。 P10A. 输入信号时域响应的积分（微分） B. 输入信号时域响应的微分（积分）C. 输入信号频率响应的积分（微分） D. 输入信号频率响应的微分（积分）2、如果系统中的齿轮或丝杠螺母传动存在间隙，则系统的换向工作状态为（A）。 P11A. 本质非线性状态 B. 本质非线性状态 C

11、. 本质线性状态 D. 本质线性状态3. 描述系统零输入状态的齐次微分方程的根是系统的 (A)。 P12, 17A. 闭环极 B. 开环极 C. 开环零 D. 闭环零4.线性稳态系统的输入信号导数的时间响应等于输入信号的时间响应（D）A. 傅里叶变换 B. 拉普拉斯变换 C. 积分 D. 导数5.微分方程的通解是描述系统的固有特征（B）。 P12, 15A. 强制运动解决方案 B. 自由运动解决方案 C. 全响应 D. 稳态响应6.传递函数G(s)的零点是(A)。 P17AG(s)的解=0BG(s)的解=CG(s)不等式的解0DG(s)不等式的解07、线性稳态系统的输入信号积分的时间响应等于输

12、入信号的时间响应（C）A. 傅里叶变换 B. 拉普拉斯变换 C. 积分 D. 导数8. 传递函数的分母反映了系统本身（C）。 P17A. 振荡特性 B. 阻尼特性 C. 独立于外界的固有特性 D. 与外界的关系9. 系统的特征方程为(C)。 P28A.1+（闭环传递函数）=0 B.1+（反馈传递函数）=0C.1+（开环传递函数）=0 D.1+（正向传递函数）=010. 实际物理系统的零点映射到复平面为（A）。 p17A. 坐标原点 B. 极点 C. 零点 D. 无穷大点11.同一控制系统的闭环特性方程和开环传递函数（A）。 P29A. 唯一，与输入或输出无关 B. 相同，与输入或输出无关C.

13、唯一，与输入和输出有关 D. 相同，与输入和输出有关12.求线性稳态系统的传递函数条件为(C)。 p16A. 稳定条件 B. 稳态条件 C. 零初始条件 D. 瞬态条件13. 系统的开环传递函数为，则单位反馈的闭环传递函数为 (A) p27-28ABCD _ _ _14. 差动连杆使系统(A) p20A. 输出领先 B. 输出落后 C. 输出大于输入 D. 输出小于输入15.闭环系统的前向传递函数为(C)p27A. 输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比B. 输入信号的拉普拉斯变换与输出信号的拉普拉斯变换之比C. 输出信号的拉普拉斯变换与误差信号的拉普拉斯变换之比D. 误差信号的拉

14、普拉斯变换与输出信号的拉普拉斯变换之比16. 不同性质的物理系统可以有相同的形式 (A) p17A. 数学模型 B. 受控对象 C. 受控参数 D. 结构参数17.单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则其闭环系统的前向传递函数与(C) p27-28相同A. 反馈传递函数相同 B. 闭环传递函数相同C. 开环传递函数相同 D. 误差传递函数相同18. 可以使用叠加原理的系统是(D)p10A. 开环控制系统 B. 闭环控制系统 C. 离散控制系统 D. 线性控制系统19. 对于给定系统，其输入输出传递函数为 (A)p17A. 独特 B. 不独特C. 取决于输入信号的形式 D. 取决于具体的分析

15、方法20. 差分链路是一个高通滤波器，它将使系统 (A) p21A. 增加干涉误差 B. 减少干涉误差 C. 增加步进输入误差 D. 减少步进输入误差21.控制框图等效变换原理为变换前后( B )p30 (1.2)A. 输入和反馈保持不变 B. 输入和输出保持不变C. 输入和干扰保持不变 D. 输出和反馈保持不变22.线性控制系统（B）p10A. 必须是一个稳定的系统 B. 是一个满足叠加原理的系统C. 是一个稳态误差为零的系统 D. 是一个不满足叠加原理的系统23.同一系统可能因研究目的不同而有不同的（B）p17A. 稳定性 B. 传递函数 C. 谐波函数 D. 脉冲函数24. 非线性系统最

16、重要的特征是 (B) p11-12A. 可以应用叠加原理 B. 不能应用叠加原理 C. 可以线性化 D. 不能线性化25.理想微分环节的输出与（B）p19成正比A. 反馈微分 B. 输入微分 C. 反馈 D. 输入26. 不同性质的物理系统可以有相同的形式 (A) p17A. 传递函数 B. 反函数 C. 正弦函数 D. 余弦函数27.比例链接可以立即响应（B）p18A. 输出变化 B. 输入变化 C. 误差变化 D. 反馈变化28.满足叠加原理的系统是(C)p10A. 定常系统 B. 非定常系统 C. 线性系统 D. 非线性系统29.弹簧质量阻尼系统的阻尼力和两个相对运动构件的（B）p13A

17、. 相对位移成正比 B. 相对速度成正比C. 与相对加速度成比例 D. 与相对力成比例30.传递函数的维数为(B) p16-17A. 取决于输入和反馈信号的维度 B. 取决于输出和输入信号的维度C. 取决于扰动的维度与给定输入信号的关系 D. 取决于系统的零极配置31. 理想差分链路的传递函数为 (C) p19A. B. Cs D.1+ Ts32. 一阶微分环节的传递函数为 (D) p23A. B. Cs D.1+ Ts33.实际系统的传递函数的分母阶（C）p17A. 小于分子级 B. 等于分子级C. 大于或等于分子级 D. 大于或小于分子级34.如果积分环节的时间常数为T，则产量会随着时间的

18、增加而不断增加，增长斜率为（B）p21AT B.1/T C.1+1/T D.1/T 235.传递函数只与系统有关 (A) p16-17A、与自身结构参数有关 B、与输入信号有关 C、与输出信号有关 D、与干扰信号有关36. 闭环控制系统的开环传递函数为 (C)p27A. 输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比B. 输入信号的拉普拉斯变换与输出信号的拉普拉斯变换之比C. 反馈信号的拉普拉斯变换与误差信号的拉普拉斯变换的比值D. 误差信号的拉普拉斯变换与反馈信号的拉普拉斯变换之比37.实际物理系统微分方程中输入、输出及其导数项的系数由(A)p12决定，它表征了系统的固有特性A. 结构参

19、数组成 B. 输入参数组成 C. 干扰参数组成 D. 输出参数组成38. 实际物理系统的微分方程的输入和输出的系数及其导数用系统的固有特性表示(A) p12A. 特征参数组成 B. 输入参数组成 C. 干扰参数组成 D. 输出参数组成39.传递函数代表系统的固有特性，只与系统本身的（D）p16-17有关A. 实际输入 B. 实际输出 C. 预期输出 D. 零件结构、参数40. 惯性连杆不能立即重现 (B) p22-23A. 反馈信号 B. 输入信号 C. 输出信号 D. 偏差信号41.测量惯性连杆惯性的参数是(C)p22A. 固有频率 B. 阻尼比 C. 时间常数 D. 增益系数42.微分环节

20、可以提高系统的稳定性，可以（C）p19-21A. 增加其固有频率 B. 降低其固有频率 C. 增加其阻尼 D. 减少其阻尼43.惯性链所包含的储能元件数量为（B）p22A.2 .1 C44.积分器的作用是直到输入信号消失，它的输出将是（A）p21A. 直线向上 B. 垂直向上 C. 指数线向上 D. 水平线不变45. 系统的输入输出关系为，则系统为 (B) p11-12A. 线性系统 B. 非线性系统 C. 线性时变系统 D. 线性常数系统46. 开环控制系统的传递函数为 (A) p16A. 输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比B. 输入信号的拉普拉斯变换与输出信号的拉普拉斯变换

21、之比C. 反馈信号的拉普拉斯变换与误差信号的拉普拉斯变换的比值D. 误差信号的拉普拉斯变换与反馈信号的拉普拉斯变换之比47.积分调节器的输出取决于（B）p21A. 扰动量对时间的累积过程 B. 输入量对时间的累积过程C. 反馈量时间累积过程 D. 误差量时间累积过程48.积分环节的积分时间常数为T，其脉冲响应为(B)p21A.1 B.1/TC.TD.1 1 / T49. 实际物理系统的极点映射到复平面为 (D)。 p17A. 坐标原点 B. 极点 C. 零点 D. 无穷大点2. 填空1.系统的齐次微分方程描述了零输入（自由运动状态或模式）下的系统。 P122、工作点附近存在本质非线性系统（不连

22、续的直线、跳跃、折线和非单值关系）等严重的非线性特性。 P123. 如果输入已经给定，系统的输出完全取决于（传递函数）。 P174、实际系统具有惯性，系统能量有限，系统输出不会领先于输入，因此传递函数的分母s的n阶必须（大于或等于）分母 . p175、同一闭环控制系统的开环传递函数和（闭环特征方程）是唯一的。 P296、同一闭环控制系统的闭环特征多项式和开环特征多项式具有（相同）阶。 P297. 同一闭环控制系统的闭环传递函数和开环传递函数相同（零点），但不存在（共极）。 P298、积分环节的特点是其输出是输入对（时间）的累加。 P219. 满足叠加原理的系统是（线性）系统。 P1010. 不

23、同性质的物理系统可以有相同的形式（数学模型）。 P1711. 闭环系统的前向传递函数是输出信号的拉普拉斯变换与（偏置信号）的拉普拉斯变换之比。 P2712.理想差分链路的输出与（输入）的差分成正比。 P1913. 求线性稳态系统的传递函数条件为（零初始条件）。 P1614.差分链路是高通滤波器，会增加系统（干扰误差）。 P2115、控制框图的等效变换原理是变换前后的（输入和输出）保持不变。 P3016、积分环节的特点是其输出是输入对（时间）的累加。 P2117. 实际系统传递函数的分母阶数（大于或等于）。的极点映射到复平面为（无穷远处的点）。 P1719. 理想差分链路的传递函数为 (Ts)。

24、 P1920、比例链接可以立即响应（输入）变化。 P1821.积分环节的输出随着时间的增加而不断增加，增加的斜率为（时间常数的倒数）。 P21三、名词解释1、本质非线性系统：系统在工作点附近具有不连续的直线、跳跃、折线和非单值关系等严重的非线性特性。 P122、系统微分方程的通解：系统因初始条件而产生的瞬态响应过程。 P12, 153、开环传递函数：指在闭环系统中前向信道传递函数与反馈传递函数的乘积。 P274、传递函数：线性稳态系统在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换的比值。 P165、系统微分方程的特解：输入引起的系统强制响应。 P12, 156、比例环节：输出音量可

25、以立即按比例再现输入音量。 P187、微分环节：输出与输入比例微分的环节。 P198.积分环节：输出的积分环节与输入成正比。 P219、延迟环节：输出滞后于输入但不失真的环节。 P25输出和输入之间的动态关系是一阶微分方程形式的链接。 P22和输入之间的动态关系是一个二阶微分方程形式的环节。 P234. 简答题1.简要回答线性时变系统的两个重要性质。 P10答：1）满足叠加原理； 2）线性稳态系统对输入信号的导数（积分）的时域响应等于输入信号的时域响应的导数（积分）。2.简要回答几种常见的非线性特性。 P10, 11答：1）非线性传动间隙； 2）非线性死区； 3）非线性摩擦力； 4）非线性饱和

26、； 5）非线性平方律。3. 如果输入为电流，输出为电压，分别写出电阻、电容和电感的复阻抗（传递函数），如图所示。答： 1) 电阻 2) 电容 3) 电感4. 以力为输入，位移为输出，写出机械系统的弹簧、粘性阻尼和质量的传递函数，如图所示。答：1）弹簧： ；2) 粘性阻尼： ;3）质量：5. 已知控制系统如图a)，利用系统图等价变换原理确定第31题图b)所示系统功能框中的内容A和B。 p30-31(一) (二)图片答：根据系统框图的等效原理，由图a）6、已知控制系统如图a)所示，利用系统图等价变换原理确定图b)所示系统功能块中的容量AB。 p30-31(一) (二)图片答：根据系统框图等效原理，

27、由图a)和图b)7.简述闭环传递函数与同一闭环控制系统的开环传递函数的特征关系。 P29答：1）闭环特征方程是开环传递函数有理分式的分母多项式和分子多项式之和；2）闭环特征多项式和开环特征多项式的阶数相同；3）闭环传递函数和开环传递函数的零点相同，但没有公共极点。8. 说明同一个闭环系统的闭环传递函数和开环传递函数的零点相同。 P27-29答：假设系统的前向传递函数为： ，反馈传递函数为： ，则系统的开环传递函数为：系统的闭环传递函数为：同样的方程可以通过将开环传递函数和闭环传递函数的分子分别设置为零得到： ，方程的根是传递函数的零点，所以闭环传递函数和开环传递函数具有相同的零点。9. 简答典

28、型链接的基本类型。 P18-25答：典型环节的基本类型包括：比例环节、微分环节、积分环节、惯性环节、振荡环节、延时环节等。10. 写出线性稳态系统传递函数的三个数学表达式模型。 P16-171）传递函数的基本模型：2）传递函数的零极点增益模型式中， 控制系统的增益；控制系统的零点； - 控制系统的极点。3) 传递函数的时间常数模型式中， 控制系统的增益； 控制系统的各种时间常数。11、简述控制系统的基本连接方法。 P26-281）如何串联链接对于一个由 n 条链节串联组成的系统，系统传递函数是每个链节传递函数的乘积，即2) 链接并联对于一个由n条并联链路组成的系统，系统传递函数是每条链路传递函

29、数之和，即3) 链接反馈连接如果系统正向通道的传递函数为；反馈通道的传递函数为 ，则系统的传递函数为12. 写出比例、微分、积分、惯性、振荡和延迟元件的传递函数。 P18-25答：比例环节、差动环节、振荡环节、积分环节、惯性环节、延时环节13.简述传递函数的特点。 P171) 是用系统参数来表示线性常数系统的输出量与输入量之间关系的代数表达式；2）如果系统的输入给定，则系统的输出完全取决于传递函数；3）实际物理系统的传递函数的分母阶必须大于等于分子阶；4）传递函数的维度取决于系统的输入和输出；5) 传递函数不能描述系统的物理结构。14.简述差速环节对系统的控制作用。 P19-21 (5.32)

30、答：1）提前输出，提高系统的速度； 2）增加系统阻尼，降低系统超调量，提高系统稳定性； 3）加强系统的噪声干扰效果，提高噪声灵敏度，增加干扰误差引起的噪声。15.简述基于分支点和求和点移动的传递函数框图模型的等价变换原理。答：1）分支点移动：当分支点在逆（信号）流中移动时，在每个分支分支上乘以交叉传递函数；如果分支点向下游移动，则将其除以每个分支分支传递函数上的交叉传递函数。2）求和点的移动：如果求和点逆流移动，则输入分支除以交叉传递函数；求和点向下游移动，每个输入分支乘以交叉传递函数。3) 分支点和求和点不能相互移动。5.计算应用问题1. P12-18解决方案：对m进行力分析从牛顿第二定律系

31、统的微分方程排序为：传递函数为2 、已知图中k 1和k 2为弹簧刚度， c为阻尼器的阻尼系数， x i为输入量， x o为输出量，求弹簧的传递函数和单位步长阻尼系统响应如图所示。 P16-18对于力分析，可以写出以下微分可用的：3 、图中为电感L 、电阻R 、电容C的串并联电路， ui为输入电压， u o 为输出电压。求这个系统的传递函数。 P16-18RLC电路解开：根据基尔霍夫定律，我们有：经过拉普拉斯变换后，最后两个方程代入第一个方程，我们得到：所以传递函数为：在公式中， 。4 、如图所示系统，为弹簧刚度，为阻尼器阻尼系数，为系统输入信号，为系统输出信号，求系统传递函数。 P16-18、

32、P23-24图片解：系统的受力分析由牛顿第二定理得到：所以系统的微分方程为：对等式两边进行拉普拉斯变换，我们得到由传递函数定义5.无源 RCL 网络如图 38 所示，其中为输入电压，为输出电压，为电流，为电阻，为电容，为电感，求其传递函数。 P16-18、P23-24第38题图网络方程为经过拉普拉斯变换，我们得到消除中间变量的传递函数为6. P12-18 _7.给定图中，k 1和k 2是弹簧刚度，c 是阻尼器的阻尼系数，x i是输入量，x o是输出量，求所示弹簧阻尼系统的传递函数图中。 P16-18解：设中间变量为x ，则对上述两个方程进行拉普拉斯变换，我们得到：消除中间变量后，系统的传递函数

33、为：8 、电路系统如图所示，建立系统的传递函数。 P16-18(c) (d)(e) (f)解开：(a) 从图中根据基尔霍夫电流电压定理(1)(2)将方程（1）代入方程（2），在零初始条件下进行拉普拉斯变换：(3)将上述公式的第一个公式减去第三个公式，并将第二个公式代入其中，我们得到：(4)由式(3)的第二式求得，代入式(3)的第三式可得：(5)将式(5)代入式(4)，可得系统的传递函数为：(6)当时 ，(b) 根据基尔霍夫电流电压定理由图(1)(2)将方程（1）代入方程（2），在零初始条件下进行拉普拉斯变换：(3)将上述公式的第一个公式减去第三个公式，并将第二个公式代入其中，我们得到：(4)由

34、式(3)的第二式求得，代入式(3)的第三式可得：(5)将式(5)代入式(4)，可得系统的传递函数为：(6)那时，那么(c) 从图中根据基尔霍夫电流电压定理，(1)(2)将方程（1）代入方程（2），在零初始条件下进行拉普拉斯变换：(3)将上述公式的第一个公式减去第三个公式，并将第二个公式代入其中，我们得到：(4)由式(3)的第二式求得，代入式(3)的第三式可得：(5)将式(5)代入式(4)，可得系统的传递函数为：(6)当时 ，(d) 根据基尔霍夫电流电压定理由图(1)(2)将方程（1）代入方程（2），在零初始条件下进行拉普拉斯变换：(3)将上述公式的第一个公式减去第三个公式，并将第二个公式代入其

35、中，我们得到：(4)由式(3)的第二式求得，代入式(3)的第三式可得：(5)将式(5)代入式(4)，可得系统的传递函数为：(6)当时 ，(e) 根据基尔霍夫电流电压定理由图(1)(2)将方程（1）代入方程（2），在零初始条件下进行拉普拉斯变换：(3)将上述公式的第一个公式减去第三个公式，并将第二个公式代入其中，我们得到：(4)由式(3)的第二式求得，代入式(3)的第三式可得：(5)将式(5)代入式(4)，可得系统的传递函数为：(6)那时，那么(f) 从图中根据基尔霍夫电流电压定理(1)(2)将方程（1）代入方程（2），在零初始条件下进行拉普拉斯变换：(3)将上述公式的第一个公式减去第三个公式，

36、并将第二个公式代入其中，我们得到：(4)由式(3)的第二式求得，代入式(3)的第三式可得：(5)将式(5)代入式(4)，可得系统的传递函数为：(6)那时，那么第三章控制系统的时域分析一、选择填空题1. 高阶系统的单位阶跃响应稳态分量取决于 (D)。 P60-61A. 系统的实极 B. 系统的虚极 C. 复极的实部 D. 控制输入信号2. 二阶系统的固有频率为，阻尼比为，其单位斜坡响应的稳态误差为 (C)。 P54-55ABCD _ _ _3. 一阶系统的时间常数为T，其单位阶跃响应为(A) p45ABCD _ _ _4. 系统的自由（固有）运动特性 (A) p61A. 取决于系统的极点 B.

37、取决于系统的零点C. 取决于外部输入信号 D. 取决于外部干扰信号5. 高阶系统时间响应的一阶链路瞬态分量之和取决于 (A)。 P60-61A. 系统的实极 B. 系统的虚极 C. 复极的实部 D. 控制输入信号6. 一阶系统的时间常数为 T，其脉冲响应为 (C)。 p46ABCD _ _ _7. 高阶系统时间响应的二阶链路瞬态分量之和取决于 (C)。 P60-61A. 系统的实极 B. 系统的虚极 C. 复极的实部 D. 控制输入信号8. 一阶系统的时间常数为 T，其单位斜坡响应为 (B) p46-47ABCD _ _ _9. 过阻尼二阶系统的单位阶跃稳态响应为 (C) p52-53A. 零

38、 B. 恒定 C. 单调上升曲线 D. 等幅衰减曲线10. 高阶系统时间响应的瞬态分量之和是系统的 (D)。 P60-61A. 单位阶跃响应 B. 单位斜坡响应 C. 单位正弦响应 D. 自由运动响应11. 一阶系统的时间常数为T，其单位阶跃响应的稳态误差为(A) p45-46A.0 B. C. D.12.单位冲量函数的拉普拉斯变换为(B) p40-41A.1/s B. .1 CD.1 +1/s13. 当高（ n ）阶系统的极点为不等实极点时，系统的自由运动模态形式为（ C ）。 P61ABCD _ _ _14. 一阶系统的时间常数为T，其单位斜坡响应的稳态误差为(B) P47A.0 B. C

39、. D.15.输入量突变时，惯性连杆输出量不能突变，只能按（B）p22、p45-46A. 正弦曲线变化 B. 指数曲线变化 C. 斜坡曲线变化 D. 加速度曲线变化16.线性稳态二阶系统的输出与输入的关系为(A) p49-55A. 振荡衰减关系 B. 比例线性关系 C. 指数上升关系 D. 等幅振荡关系17. 一阶系统在t=0时单位阶跃响应的斜率越大，系统的(A)p45越大A.响应速度越快 B.响应速度越慢 C.响应速度保持不变 D.响应速度趋于零18.控制系统的时域稳态响应为时间(D) p42-43A. 初始值等于零 B. 最终值接近零 C. 过程值变化 D. 最终值接近无穷大19. 临界阻

40、尼二阶系统的单位阶跃稳态响应为 (B) p49-52A. 零 B. 恒定 C. 单调上升曲线 D. 等幅衰减曲线20. 欠阻尼二阶系统的输出信号幅度的衰减率取决于 (A) p49-54ABCD _ _ _21.单位加速度信号的拉普拉斯变换为(D)p40A.1 B. C. D.22. 三个一阶系统的时间常数关系为 T2 T1 T3，则 (A) p44-46A. T2 系统比 T3 系统响应快 B. T1 系统比 T2 系统响应快C. T2 系统响应比 T1 系统慢 D. 三个系统响应相同23.闭环控制系统的时域性能指标为（C）p44A. 相位裕度 B. 输入信号频率 C. 最大过冲 D. 系统带

41、宽24.输入阶跃信号稳定时，脉冲信号输入时(C) p59-62A. 将成为一个不稳定的系统 B. 稳定性变好 C. 稳定性保持不变 D. 稳定性变差25. 二阶欠阻尼系统的阶跃响应为 (C) p49-52A. 单调上升曲线 B. 等幅振荡曲线 C. 衰减振荡曲线 D. 指数上升曲线26.单位斜坡信号的拉普拉斯变换为(C)p40A.1 B. C. D.27. 若二阶系统的阻尼比和固有频率分别为和，则其共轭复极点的实部为 (B) p49-50ABCD _ _ _28.一阶系统的时间常数T越小，系统跟踪斜坡信号的(C)p47A. 稳定性越好 B. 稳定性越差 C. 稳定性越好 D. 稳定性越差29.

42、 二阶临界阻尼系统的阶跃响应为 (A) p52A. 单调上升曲线 B. 等幅振荡曲线 C. 衰减振荡曲线 D. 指数上升曲线30.控制系统最大超调量（A）p56A. 仅与阻尼比有关 B. 仅与固有频率有关C.与阻尼比和固有频率都有关 D.与阻尼比和固有频率无关31.过阻尼二阶系统与临界阻尼二阶系统的比较，其响应速度（A）p49-55A. 过阻尼小于临界阻尼 B. 过阻尼大于临界阻尼C. 过阻尼等于临界阻尼 D. 过阻尼与临界阻尼成反比32. 二阶过阻尼系统的阶跃响应为 (D) p52-53A. 单调衰减曲线 B. 等幅振荡曲线 C. 衰减振荡曲线 D. 指数上升曲线33. 一阶系统在时间的单位

43、阶跃响应为 (D) p45-46A. 1 B. 0.98 C. 0.95 D. 0.63234. 当一个二阶系统的极点落在复平面 S 的负实轴上时，它的系统 (C) p50A. 阻尼比为 0 B. 阻尼比大于0 C。阻尼比大于等于1D。阻尼比小于035. 欠阻尼二阶系统输出信号的阻尼振荡角频率为(B) p49-54A. 无阻尼固有频率 B. 阻尼固有频率 C. 幅度交叉频率 D. 相位交叉频率36、反映系统动态精度的指标有（A）p44、p56A. 过冲 B. 调整时间 C. 上升时间 D. 振荡时间37. 典型二阶系统在欠阻尼时的阶跃响应为 (B) p50A. 等幅振荡曲线 B. 衰减振荡曲线

44、 C. 发散幅值曲线 D. 单调上升曲线38.当系统极点落在复平面S的虚轴上时，其系统（A）p50A. 阻尼比为 0 B. 阻尼比大于0 C。阻尼比小于1且大于0 D.阻尼比小于039. 当系统的极点落在复平面 S 的第二象限或第三象限时，它的系统 (C) p50A. 阻尼比等于 0 B. 阻尼比等于 1 C. 阻尼比大于 0 但小于 1 D. 阻尼比小于 040. 欠阻尼二阶系统是 (A)p50A. 稳定系统 B. 不稳定系统 C. 非最小相位系统 D. II 型系统41. 二阶无阻尼系统的时间响应为 (B) p49-54A. 单调上升曲线 B. 等幅振荡曲线 C. 衰减振荡曲线 D. 指数

45、上升曲线42. 工程中的二阶系统总是 (C)p49-54A. 开环系统 B. 闭环系统 C. 稳定系统 D. 非线性系统43. 一阶系统的时间常数为T，当要求单位阶跃响应的误差范围为0.02时，调整时间为(D) p46AT B.2T C.3T D.4T44. 线性稳态系统输出响应的等幅振荡频率为ABCD _ _ _45. 欠阻尼二阶系统的单位步长稳态响应为 (B) p50-52A. 零 B. 常数 C. 等幅振荡曲线 D. 等幅衰减曲线46.单位阶跃函数的拉普拉斯变换为(A)p40A.1/s B. .1 CD.1 +1/s47. 输出量的拉普拉斯变换为，其稳态值由终值定理(C) p43得到A.

46、B. 4 C.0.1 D.048. 一阶系统的时间常数为T，单位阶跃响应曲线起点的斜率为(C)p45ABCD _ _ _50. 高阶系统的主极远离(D) p62 (4.5)A. 实轴距离大于其他极点的 1/5 B. 实轴距离小于其他极点的 1/5C. 虚轴距离大于其他极点的 1/5 D. 虚轴距离小于其他极点的 1/52. 填空1. 高阶系统的单位阶跃响应的稳态分量取决于系统（控制输入信号）。 P60-611-1。高阶系统的单位脉冲响应的稳态分量是（零）。 P61 (2.18)2. 临界阻尼二阶系统的单位步稳态响应为（常数） 。 P50-523. 高阶系统时间响应的一阶链路瞬态分量之和取决于（

47、实极点）。 P60-61、一阶系统的时间常数T越小，系统跟踪(斜坡信号)的稳态误差越小。 P475. 高阶系统时间响应的二阶链路瞬态分量之和取决于（复极点实部）。 P60-615-1高阶系统时间响应的瞬态分量取决于系统的（极点）。 P61 (1.18)6.弹簧质量阻尼系统的阻尼力与两个相对运动构件的（相对速度）成正比。 P227. 高阶系统时间响应的瞬态分量之和就是系统（自由运动模式）。 P60-618. 一阶系统的时间常数为 T，其脉冲响应为 ( )。 P469. 当高阶系统的极点具有相等的多个实极点时，系统的自由运动模态形式为 ( )。 P6110. 过阻尼二阶系统的单位阶跃稳态响应为 (

48、常数)。 P50-5311. 一阶系统在t=0时单位阶跃响应的斜率越大，系统的（响应速度）越快。 P45-4612.当系统极点落在复平面S的负实轴上时，其系统阻尼比（大于等于1）。 P50-5113.单位冲激函数的拉普拉斯变换为(1)。 P4014. 二阶临界阻尼系统的阶跃响应是一条（单调上升的）曲线。15、当输入量突变时，惯性连杆输出量按（指数曲线）单调递增。 P22、P45-4616. 二阶欠阻尼系统的时间响应是一条（阻尼振荡）曲线。 P49-5517. 欠阻尼二阶系统的输出信号以（阻尼固有频率）为角频率衰减振荡。 P5218、一阶系统的时间常数为T。当要求单位阶跃响应的误差范围为0.05

49、时，调整时间为（3T）。 p4619. 当系统极点落在复平面S的虚轴上时，系统阻尼比为(0)。 P5020、控制系统的最大超调量只与（阻尼比）有关。 P5621.单位冲激函数的拉普拉斯变换为(1)。 P4022. 欠阻尼二阶系统的输出信号随着阻尼比的增加而减小（增加）振荡幅度。 P50-5523. 一阶系统单位阶跃响应曲线起点的斜率为 ( )。 P45-46一阶系统在瞬间的单位阶跃响应为稳态值（63.2%）。25.系统极点落在复平面S的第二或第三象限时的系统阻尼比（大于0且小于1）。 P5026. 欠阻尼二阶系统的输出信号随着（阻尼比）的减小和振荡幅度的增大而增大。27. 工程中的二阶系统总是

50、（稳定的）系统。 P49-5528、一阶系统的时间常数为T，当要求单位阶跃响应的误差范围为0.02时，调整时间为（4T）。 P4629.积分环节的积分时间常数为T，其脉冲响应为(1/T)。 p42-4330. 一阶系统单位斜坡响应的稳态分量为 (t+T)p46(6.18)三、名词解释1、时间响应：在输入信号的作用下，系统的输出随时间变化。 P42-432、瞬态响应：是指系统在一定输入信号的作用下，从初始状态输出到稳态的过渡过程。 P433. 主极点：高阶系统中距离虚轴最近的极点，距离小于其余极点的1/5倍，附近没有零点的极点。 P624、稳态响应：指系统在t时的输出状态，表示系统的输出最终再现

51、输入的程度。 P435. 瞬态分量：瞬态响应中取决于系统结构或实部的系统极点的部分，代表了不受控制的初始条件（即初始状态转移项）引起的线性系统的运动。 P42-436、稳态分量：取决于控制输入信号在瞬态响应中的部分，即在控制作用下的被控项。 P427. 一阶系统：其动力学由一阶微分方程描述的系统。 P448. 二阶系统：其动力学由二阶微分方程描述的系统。 P499.高阶系统：由几个零阶、一阶和二阶链路、延迟链路等组合而成的三阶系统。 P59-612、系统的全响应：直线系统在控制输入信号作用下的强制运动。 P434. 简答题1.简述一阶系统单位阶跃响应的特征。 P45答：1）系统的唯一极点位于s

52、复平面的左侧，系统单调上升并收敛到无振荡的稳态值，为稳定系统； 2）时间常数越小，系统的惯性越小，响应速度越快； 3）调整时间t s =4 T （误差范围 =2%），响应值，调整时间t s =3 T （误差范围 =5%），响应值。2.简述高阶系统单位阶跃响应的组成及其影响因素。 P60-61答：1）稳态分量，即依赖于系统控制输入信号的受控项； 2）一阶环节（指数曲线）的瞬态分量和取决于系统的实极点； 3）瞬态分量的二阶链接（振荡）曲线取决于共轭复极点的实部。3. 简要描述高阶系统极点对时间响应的影响。 P61-P62答：1）如果所有极点都位于s复平面的左半平面，即实极点小于零且复极点的实部小于

53、零，则系统会随着时间的增长收敛到稳态值，系统处于稳定状态；2）如果系统有一个极点位于s复平面的右半平面，即实极点大于零且复极点的实部大于零，则系统的时间响应将随着时间的增长发散，系统将处于不稳定状态；3）若系统有虚极点，其余极点位于s复平面的左半平面，则系统的时间响应随时间的变化等幅振荡，系统为处于临界稳定状态。4. 简述极点对稳定系统动态性能的影响。 P62答：1）极点越靠近s复平面上的虚轴，系统自由运动响应的模态幅值衰减越快，动力响应的过渡过程时间越短； 2) 极点离实轴越远，系统的自由运动响应越快。运动响应的模态振荡频率越高； 3）极点离原点越远，对应项的模态幅度越小，对系统过渡过程的影

54、响越小。5.简述当极点在S平面上不同位置时控制系统动态性能的变化。 P62答：1）当控制系统的极点在S平面的右半边时，相应的瞬态响应发散或振荡发散；2）当控制系统的极点在S平面的左半边时，相应的瞬态响应衰减或振荡衰减；3）当控制系统的极点在S平面的虚轴上时，相应的瞬态响应不变或等幅振荡。6. 简要描述作为系统阻尼比函数的二阶系统的动态性能。 P49-511）当时，系统的瞬态响应都处于不稳定的发散状态。2）此时，系统的暂态响应总是稳定收敛。3）此时，系统的暂态响应成为一个具有等幅振荡的临界稳定系统。7.简述高阶系统自由运动模态的组成。 P61答：1）当极点为互不相等的实极点时，系统的自由运动模态

55、形式为： ； 2）当极点中存在共轭复极点时，系统的自由运动模态形式会出现：或； 3 ) 当极点中存在相等的多个实数极点时，系统的自由运动模态形式将出现： ； 4）当极点出现重复数极点时，系统的自由运动模态将出现：或5）当极点有不同的实数极点、共轭复数极点、多个实数极点和重复数极点时，系统的自由运动模态形式是上述形式的线性组合。8.简述线性稳态控制系统稳定的充要条件。 P61-62答：1）当系统特征方程的所有根（系统极点）的实部都为负时，或者所有特征根都在S平面的左半平面内时，系统是稳定的；2）当系统特征方程的根（系统极点）在S平面上有一个右半平面（即实部为正）时，系统不稳定；3）当系统特征方程

56、的根在S平面的虚轴上时，系统处于临界稳定状态。9.简述控制系统的时域动态性能指标。 P43-44答：1）延迟时间； 2）上升时间； 3) 高峰时间； 4）调整时间； 5）过冲； 6) 振荡时间。10.简述三种典型输入信号的数学描述。 P39-421) 单位阶跃信号2) 单位斜坡信号3) 单元加速度信号4) 单位脉冲信号5) 单位正弦信号11.简述二阶系统的特征根随阻尼比的变化。 P50-511）当时系统的特征根是一对纯虚根；2）此时系统的特征根是一对实部为负的共轭复根；3) 当 时，系统的特征根是一对相等的负实根；4) 当 时，系统的特征根是一对不相等的负实根。5.计算应用问题1、典型二阶系统

57、的单位阶跃响应曲线如图所示， 1）计算系统的固有频率和阻尼比； 2) 确定系统的闭环传递函数。 P49-57图片解开：1) 从图中可以看出，系统的超调量和峰值时间分别为为什么解系统的阻尼比为由系统的峰值时间公式计算求解系统的固有频率为2) 系统的传递函数为从图中可以看出，K=2，将系统的固有频率和阻尼比数据代入上式得到二阶系统的传递函数：2、典型二阶系统的单位阶跃响应曲线如图所示。当控制误差在 =0.02范围内时，调整时间t s 0.5s。试求：1）系统的固有频率和阻尼比； 2）系统的闭环传递函数。图片解开：1) 从图中可以看出系统的超调量为为什么解系统的阻尼比为系统调整时间计算公式求解系统的

58、固有频率为2) 系统的传递函数为将系统的固有频率和阻尼比数据代入上式，得到二阶系统的传递函数为3、典型二阶系统的单位阶跃响应曲线如题图所示， 1）计算系统的固有频率和阻尼比； 2) 确定系统的闭环传递函数。 P49-57图片解：从图中可以看出，系统的过冲和上升时间分别为为什么解系统的阻尼比为系统的上升时间由下式计算系统的固有频率求解为：2) 系统的传递函数为4、一阶系统的控制原理如图所示。求：（1）系统的传递函数和时间常数； (2) 系统的单位阶跃响应； (3)单位阶跃响应处的调整时间。 P44-48(一) (二)解： (a) 系统的闭环传递函数为由此可见，系统的时间常数为，放大系数为。从传递

59、函数我们得到：由剩余定理得到的系数为：;系统的单位阶跃响应是通过对输出信号进行拉普拉斯逆变换得到的调整时间为：(b) 系统的闭环传递函数为由此可见，系统的时间常数为，放大系数为。从传递函数我们得到：由剩余定理得到的系数为：;系统的单位阶跃响应是通过对输出信号进行拉普拉斯逆变换得到的调整时间为：5. 系统的一阶微分方程为，求系统的传递函数和单位阶跃响应。 P44-48解：对微分方程两边取拉普拉斯变换得到：所以系统的传递函数为：6、分析图中所示RC电路的传递函数和单位阶跃响应。是输入电压，是输出电压，是电流，是电阻，是电容。 P44-48图RC电路解开：1）求传递函数电路的动态方程为：从上面可以看

60、出，所以采用拉普拉斯变换得到传递函数为其中 是惯性连杆的时间常数。2) 求单位阶跃响应 该系统是一阶系统，因此其单位阶跃响应为7 、分析图中所示RC微分器电路的传递函数和单位斜坡响应。是输入电压，是输出电压，是电流，是电阻，是电容。 P44-48图RC电路解开：1）求传递函数电路的动态方程为：消除中间变量i得到所以采用拉普拉斯变换得到传递函数为哪里是时间常数。2）从传递函数中获得单位斜坡响应对于斜坡输入所以8、液压阻尼器的原理如图所示。其中，弹簧与活塞为刚性连接，忽略运动部件的惯性力，设为输入位移，为输出位移，弹簧刚度为粘性阻尼系数，之间的传递函数得到系统的输出和输入以及单位斜率响应。 P44