完整版的《机械工程控制基础》题库终稿

机械工程控制基础复习题学院：__________________姓名：__________________班级：__________________专业：__________________随米云打印，打印找随米，送货上门，文件发送至QQ：1374871235第一章绪论1、以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较（B）。A．开环高B.闭环高C.相差不多D.一样高1、系统的输出信号对控制作用的影响（B）。A．开环有B.闭环有C.都没有D.都有1、对于系统抗干扰能力（B）。A．开环强B.闭环强C.都强D.都不强1、下列不属于按输入量的变化规律分类的是（B）。A．恒值控制系统B.计算机控制系统C.随动控制系统D.程序控制系统1、按照系统传输信号的类型可分成（B）。A．定常系统和时变系统B.离散控制系统和连续控制系统C.线性系统和非线性系统D.恒值系统和程序控制系统1．按照控制系统是否设有反馈作用来进行分类，可分为______和______。答案：开环控制系统闭环控制系统1．对一个自动控制系统的最基本要求是，也即是系统工作的首要条件。答案：稳定稳定性1．对控制系统性能的基本要求一般可归结为稳定性、___________和___________。答案：快速性准确性1、控制论的中心思想是，通过，和反馈来进行控制。答案：信息的传递加工处理1．什么是反馈(包括正反馈和负反馈)?根据反馈的有无，可将控制系统如何分类？答案：（1）反馈是指输出量通过适当的检测装置将信号全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。如果反馈信号与系统的输入信号的方向相反，则称为负反馈；如果反馈信号与系统的输入信号的方向相同，则称为正反馈。（2）根据反馈的有无，可将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。1.何为闭环控制系统?其最主要的优点是什么？答案：闭环控制系统就是反馈控制系统，即输出量对控制作用有影响的系统。其最主要的优点是能实现自我调节，不断修正偏差，抗干扰能力强。1．简述“自动控制”和“系统”的基本概念。答案：（1）所谓“自动控制”就是在没有人直接参与的情况下，采用控制装置使被控对象的某些物理量在一定精度范围内按照给定的规律变化。（2）所谓“系统”，即具有某一特定功能的整体。1.试述一个典型的闭环控制系统的基本组成。答案：一个典型的闭环控制系统应该包括反馈元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件及校正元件等。第二章控制系统的数学模型2．单位速度信号、单位抛物线信号分别是（）阶信号。A．1、2B.2、3C.1、3D.2．线性定常系统的传递函数与（

）有关。A.本身的结构、参数

B.初始条件

C.本身的结构、参数与外作用信号

D.外作用信号2．当原函数f(t)延迟τ时间，成为f(t-τ)，它的拉氏变换式为_。该运算法则称为定理。答案：e-sτF(s)延迟2、若某单位负反馈控制系统的前向通道的传递函数为，则反馈通道的传递函数H(S)=，对应闭环传递函数为。答案：1G(s)/(1+G(s))2、由多个环节串联构成的系统，当无负载效应影响时，其总传递函数等于各环节传递函数的；总的相位移等于各环节相位移。答案：乘积之和2．比例环节的传递函数为G(s)=______，惯性环节的传递函数为G(s)=______。答案：k1/(Ts+1)2.线性定常系统在___条件下，输出量的拉氏变换与______之比，称为传递函数。答案：零初始条件下输入量的拉氏变换2．什么是系统的数学模型？描述系统的数学模型有哪几种？答案：系统的数学模型是描述输入输出变量间关系及其运动规律的数学表达式，主要包括微分方程、传递函数、差分方程、状态空间表达式等。2．简述线性定常系统的传递函数的定义，并分别写出惯性环节、振荡环节和延时环节的传递函数。答案：（1）线性定常系统的传递函数定义为：当初始条件为零时，系统输出量的拉斯变换与输入量的拉氏变换之比。（2）惯性环节的传递函数为：；振荡环节的传递函数为：延时环节的传递函数为：2．根据阻尼比取值的不同，二阶系统可分为哪几种工作情况，其单位阶跃响应分别具有什么特点？答案：根据阻尼比取值的不同，二阶系统可分为一下四种工作情况：1）=0，零阻尼情况，其单位阶跃响应呈现等幅振荡性质；2)0<<1，欠阻尼情况，其单位阶跃响应呈现衰减振荡性质；3）=1，临界阻尼情况，其单位阶跃响应呈现单调上升的性质，无超调，无振荡；4)>1，过阻尼情况，其单位阶跃响应与临界阻尼情况类似，呈现单调上升的性质，无超调，无振荡，但响应时间比临界阻尼情况长。2、当单位负反馈系统开环传递函数为，QUOTEGs＝bs＋1s（s-a）答案：根据劳斯稳定判据，要保证系统稳定，则a、b应满足a<b。2、已知象函数，试对其进行拉氏反变换。答案：2、试化简下图所示系统的框图，求出系统的传递函数答案：先将方框G2和H1简化，得到如下系统框图：再将左边第一个相加点后移至第二个相加点处，得到如下系统框图：所以，系统的传递函数为：2、RLC电路如下图所示，试求出系统零初始条件下的。答案：由图可知，该电路为典型的RLC串联电路，根据KVL定理，可得相应的微分方程如下：在零初始条件下，对微分方程两边同时进行拉斯变换可得：从而可得系统的传递函数为：2.用复数阻抗法求下图所示RC串联电路的传递函数UO(s)/Ui(s)。答案：UO(s)/Ui(s)=1/(sc)/[R+1/(sc)]=1/(sRC+1)2.电路的微分方程为，求此电路的传递函数UO(s)/Ui(s)。答案：等式两边同时进行拉氏变换得：SRCU0(S)+U0(S)=Ui(S)，故传递函数为U0(S)/Ui(S)=1/(sRC+1)2.试化简下图所示系统的框图，并求系统传递函数C(s)/R(s)。答案：将第一个相加点后移到第二个相加点可得：所以系统的传递函数为：第三章控制系统的时域分析3．典型一阶系统的闭环极点越靠近S平面的原点，则系统（）。A．准确度越高B．准确度越低C．响应速度越快D．响应速度越慢3、采用负反馈形式连接后，则()。A、一定能使闭环系统稳定；B、系统动态性能一定会提高；C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。3.临界阻尼ξ的范围为()。A．0<ξ<1 B．ξ=0C．ξ≥1 D．ξ＝13对于一阶、二阶系统来说，系统特征方程的系数符号相同是“系统稳定”的()。A.充分条件B.必要条件C.充分必要条件D.以上都不是3．系统开环增益减小，则闭环系统()。A．稳定性变好，稳态精度变差 B．稳定性变差，稳态精度变好C．稳定性不变，稳态精度变好 D．稳定性不变，稳态精度变差3．下列关于线性定常系统稳定性说法正确的是（）。A、特征根虚部为负，则系统稳定；B、稳定性与系统输入有关；C、线性定常系统稳定的充要条件是其特征根均在S平面的左半平面；D、开环系统稳定则对应单位负反馈系统也稳定3．一阶系统QUOTE10s+2,其单位阶跃响应曲线在t＝0处的切线斜率为（）。A．10B．5C．2D．-3．系统在输入信号r(t)=0.5t2作用下的稳态误差ess=∞，则说明（）。A．系统不稳定B．型别C．闭环传递函数中有一个积分环节D．输入幅值过大3．设系统的特征方程为，则系统（）。A．稳定B．临界稳定C．右半平面闭环极点数D．型别3.一个线性系统的稳定性取决于()。A.系统的输入B.系统本身结构和参数C.系统初始状态D.外界干扰3．一阶系统的时间常数T越小，则系统输出的单位阶跃响应的速度（）。A．不变B．越慢C．越快D．不一定3．系统在r(t)=t作用下的稳态误差ess=∞，说明（）。A．系统不稳定B．型别C．闭环传递函数中有一个积分环节D．输入幅值过大3、已知某系统的单位斜坡响应为，则系统的单位阶跃响应为（）。A．3 B．C． D．3、设典型二阶系统欠阻尼状态下的单位阶跃响应为，上升时间为，峰值时间为，则（）。A． B．C． D．3、已知单位反馈系统的开环传递函数为，当输入信号是时，系统的稳态误差是()。A．0B．∞C．10D．203、如果二阶系统阻尼比为0.35，则系统的单位阶跃响应为（）。A．等幅振荡B．振荡频率为的振荡C．上升曲线D．振荡频率为的衰减振荡。3．与典型二阶系统的超调量有关的参数是（）。A．自然震荡频率B.阻尼比C.阻尼震荡频率D.都有关3、系统稳定的必要和充分条件是：系统特征方程的所有根()。A.必须均为负实根B.必须均为纯虚根C.必须均位于复平面上的单位圆上D.必须均位于复平面上的左侧3.对二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数，则系统()。A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.以上都不是3.对线性定常系统来说，系统特征方程的系数都是正数，则系统()。A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.以上都不是3、关于线性系统稳定性的判定，下列观点正确的是()。A、线性系统稳定的充分必要条件是：系统闭环特征方程的各项系数都为正数；B、无论是开环极点还是闭环极点位于右半S平面，系统都不稳定；C、如果闭环系统特征方程某一项系数为负数，系统不稳定；D、当系统的相角裕度大于零，幅值裕度大于1时，系统不稳定。3．决定二阶系统动态性能（如快速性）的两个非常重要的参数是和。答案：ξωn3.系统的开环传递函数为：其中K称为系统的。υ=1，系统称为型系统。答案：开环增益13．典型二阶系统（传递函数为）的调整时间ts的约为_(△=+5%)或_(△=+2%)。答案：3/ξωn4/ξωn3.表征系统性能的三大指标是、、暂态性能指标。答案：稳定性稳态误差（或稳态性能指标）3.典型二阶系统的调整时间主要与参数和有关。答案：ξωn3．在工程上，一般希望二阶系统工作在阻尼比的状态，其单位阶跃相应为衰减振荡。答案：（0,1）欠阻尼3.给定稳态误差与系统的____________及的形式有关。答案：结构参数（或型别）给定输入3．任何一个线性系统的时间响应是由__________与____________两部分组成。答案：稳态响应暂态响应3．在时域分析中，采用的典型实验信号有、、抛物线信号、脉冲信号等。答案：单位阶跃信号单位斜坡信号3、控制系统的瞬态响应为从到的过度过程的响应。答案：一个稳态另一个稳态3、对于前向通道传递函数为G(S)的某单位负反馈系统，其单位阶跃信号作用下稳态位置误差系数=；essr=。答案：3、工作在欠阻尼情况下的二阶系统，其单位阶跃响应的性能指标——最大超调量只与有关，其它的瞬态响应指标还与有关。答案：ξωn3、设系统有两个闭环特征根分布在s平面的右半部分，则劳斯阵列表中第列的元素符号应改变次。答案：1两3.单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=，a、b、c为大于0的常数。试(1)写出静态误差系数Kp、Kv和Ka。(2)求当系统输入为单位斜坡函数时的系统稳态误差。答案：（1）由题可知，该系统为1型系统，开环放大倍数为a，所以：Kp=；………（1分）Kv=a；………（1分）Ka=0；………（1分）（2）当输入信号为单位斜坡函数时，系统有稳态误差，。………（2分）3、已知某单位负反馈系统的开环传递函数QUOTEGs＝Ks（Ts+1），其中K为开环增益，T为时间常数。试问：当时，要减小系统稳态误差ess应调整哪答案：由题可知，该系统是1型系统，开环增益为。（1分）所以，当时，系统稳态误差。（2分）因此，要减小系统稳态误差应调整参数，并且增大开环增益，就可以减小系统稳态误差。时间常数T与稳态误差QUOTEGs＝Ks（Ts+1）的大小无关。（2分）3.已知一阶系统的框图如下图所示。试求：（1）系统的单位阶跃响应；（2）调整时间ts（允许误差带取5%）；（3）如果要求，试问系统的反馈系数Kt应该如何选取？答案：由系统框图可知，系统闭环传递函数为：（2分）由此可得：（2分）所以：（1）系统的单位阶跃响应为：（2分）（2）系统的调整时间为：（2分）（3）（2分）3.设线性系统特征方程式为，试判断该系统的稳定性。答案：建立劳斯表如下：劳斯表中第一列元素符号改变2次，故系统是不稳定的，且有两个特征根位于右半S平面。3.单位负反馈系统的开环传递函数为，试求输入信号为r(t)=0.1t时系统的稳态误差ess。答案：由于系统是一型系统，kv=，即稳态误差ess=3.设线性系统特征方程式为，试判断该系统的稳定性。答案：建立劳斯表如下：劳斯表中第一列系数全为正，系统是稳定的。3.单位负反馈系统的开环传递函数为：，试求当系统稳定时K的取值范围。答案：………（3分）………（1分）列写劳斯计算表如下：…………(2分)根据劳斯稳定判据可知，要使系统稳定，需满足以下条件：……………（2分）所以，系统稳定时K的取值范围为：……………（2分）3.系统框图如下图所示，试求当系统稳定时K的取值范围。答案：由题可知：………（2分）………（3分）由劳斯稳定判据可知，要使系统稳定，需满足以下条件：………（3分）所以：………（2分）第五章控制系统的频域分析1.已知系统的传递函数为，其幅频特性应为（）。A、B、C、D、5、关于奈氏判据及其辅助函数F(s)=1+G(s)H(s)，错误的说法是()。A、F(s)的零点就是开环传递函数的极点B、F(s)的极点就是开环传递函数的极点C、F(s)的零点数与极点数相同D、F(s)的零点就是闭环传递函数的极点5.闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的（）。A、低频段B、开环增益C、高频段D、中频段5．比例环节的相频特性(ω)=()。A．arctanTω B．－arctanTωC．0° D．－180°5．某系统的开环传递函数为，则其相频特性为()。A．90°B．0°C．-90°D．-180°5.设开环系统频率特性G(jω)=,当ω=1rad/s时，其频率特性幅值A(1)=()。A． B．C． D．5一阶微分环节/惯性环节的BODE图中高频段近似幅值特性曲线的斜率是()dB/dec。A.20/-20B.-20/20C.-10/20D.10/-105在进行频域分析时，常常需要画极坐标图，又叫（）。A.奈氏图B.伯德图C.直角坐标图D.以上都不是5.惯性环节的频率特性相位移(ω)=()。A．arctanTω B．－arctanTωC．0° D．－180°5．积分环节的幅频特性，其幅值与频率成（）。A．指数关系B．正比关系C．反比关系D．不定关系5．某环节的传递函数为，幅频特性为（）。A．B．C．D．25．积分环节的对数幅频特性曲线的斜率为()。A．0dB/decB．-20dB/decC．+20dB/decD．不确定5．微分环节的对数幅频特性曲线的斜率为()。A．0dB/decB．-20dB/decC．+20dB/decD．不确定5．在正弦信号输入下，稳态输出与输入的相位差随输入频率的变化规律，称为()。A．幅频特性 B．相频特性C．传递函数 D．频率响应函数5．型系统的奈氏图起始于（）。A．复平面原点B．复平面正实轴C．复平面的·(-90°)D．复平面·90°5．振荡环节传递函数为，则其频率特性当变化至∞时，相位移（）。A．B．C．D．5．最小相位系统是指（）。A．系统开环传递函数G(S)的所有零点在S的右半平面，所有的极点在S的左半平面B．系统开环传递函数G(S)的所有零点和极点都不在S的右半平面C．系统开环传递函数G(S)的所有零点在S的左半平面，所有的极点在右半平面D．系统开环传递函数G(S)的所有零点和极点都在S的左半平面5．结构类似的最小相位系统和非最小相位系统，具有（）。A、幅频特性相同，相频特性不同；B、幅频特性不同，相频特性也不同；C、幅频特性与相频特性均相同；D、幅频特性不同，相频特性相同5、比例环节K的对数幅频特性的斜率为()。A．0dB/decB．20dB/decC．-20lgKdB/decD．不确定5、已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是()。A.B.C.D.5、稳态输出与输入正弦信号的幅值比随输入频率的变化规律是()。A．幅频特性 B．相频特性C．传递函数 D．频率响应函数5、微分环节的幅频特性，其幅值与频率成（）。A．指数关系B．正比关系C．反比关系D．不定关系5、开环稳定的系统即PR=，其闭环系统稳定的充要条件是奈氏曲线不包围点。答案：0（-1，j0）5．积分环节G(s)=1/s的对数频率特性L(ω)=_____，(ω)=______。答案：-20lgw-90°5.线性系统常用的分析方法有、、根轨迹法。答案：时域分析法频域分析法5.理想微分环节G(s)=s的对数频率特性L(ω)=______，(ω)=_____。答案：20lgw90°5．对数频率特性是由______和______组成。答案：对数幅频特性对数相频特性5.表征系统稳定程度的裕度有和。答案：幅值裕度相角裕度5．常用作频域特性分析的有图、图。答案：奈奎斯特bode5、何为最小相位系统？答案：如果系统的开环传递函数在右半s平面上没有极点和零点，则称为最小相位系统。5、何为相频特性？答案：在正弦信号输入下，其稳态输出与输入的相位之差随角频率ω变化而变化的函数关系称为相频特性。5．经常采用的稳定性判据有哪些，它们有何区别？答案：经常采用的稳定性判据有劳斯稳定判据、赫尔维兹稳定判据、奈奎斯特判据、对数稳定判据等。前二者属于代数稳定判据，后二者为几何稳定判据。5．简述频率特性的基本概念及其常用的图形表示方法。答案：（1）频率特性是指系统稳态输出与输入正弦信号的幅值比和相位差随输入频率的变化规律。（2）频率特性通常三种图形表示法，分别为：幅相频率特性图（奈氏图）、对数频率特性图（伯德图）、对数幅相频率特性图（尼柯尔斯图）。5.一系统结构图如下图所示，试根据频率特性的含义，求r(t)=4sin2t输入信号作用下系统的稳态输出CSS(t)。答案：由题可知，闭环传递函数…………..1分所以：频率特性…………..2分幅频特性…………..2分相频特性…………..2分当r(t)=4sin2t时，其稳态输出CSS(t)=.4sin[2t+]=……….3分5、设某系统的开环传递函数为，(1)指出该系统可看成是由哪几个典型环节组成(2)并画出系统的近似BODE图（相频特性图略）。答案：1）系统由比例环节、一阶微分环节，积分环节、惯性环节组成5分2）将中的各因式换成典型环节的标准形式，即5分如果直接绘制系统开环对数幅频特性渐近线，其步骤如下：10分(1)转折频率＝1，＝2，＝20。(2)在＝l处，。(3)因第一个转折频率＝1，所以过(＝1，)点向左作一20dB／dec斜率的直线，再向右作一40dB／dec斜率的直线交至频率＝2时转为一20dB／dec，当交至＝20时再转为一40dB／dec斜率的直线，即得开环对数幅频特性渐近线，系统开环对数频率特性5、今测得某单位负反馈最小相位系统渐近对数幅频特性曲线如下图所示，试求：（1）其开环传递函数传递函数G(s)的表达式；（2）读出幅值穿越频率。答案：（1）其开环传递函数传递函数为（2）从图中可读出穿越频率为2rad/s。5、已知单位负反馈最小相位系统的开环对数幅频特性为下图所示，(1)写出其开环传递函数；（2）求其相位稳定裕量，并判断此闭环系统是否稳定。答案：解：转折频率分别为5、12.5、25所对应的时间常数为0.2、0.08，0.04低频段高度的K=10故传递函数为系统是稳定的。5、已知开环最小相位系统的对数幅频特性如下图所示，试1）写出系统开环传递函数；2）求出系统近似的。答案：由题图可知：（1）该系统为1型系统……….(1分)（2）在和处有两个惯性环节……..(2分)（3）其开环增益为10…………….(2分)所以可以写出系统开环传递函数如下：…………..(3分)2）因为所以….（2分）5、已知最小相位系统开环对数幅频特性如下图所示。（1）试写出传开环递函数G（s）；（2）求出系统的剪切频率。答案：（1）由题可知：1）该系统为0型系统，开环放大倍数K=10；………（2分）2）在=0.1rad/s和=10rad/s处有两个惯性环节，分别为和；………（2分）所以，该系统的传递函数为：………（3分）（2）由图可知：………（3分）5、设某单位负反馈系统的传递函数为：试绘制其对应的对数幅频特性曲线。答案：绘制对数频率特性时，应先将G(s)化成由典型环节串联组成的标准形式。如令：然后可按以下步骤绘制近似对数幅频特性曲线：求20lgK：由K=7.5,可得20lgK=17.5(分贝)画最左端直线：在横坐标ω为1、纵坐标为17.5分贝这一点,根据积分环节数υ=1画斜率-20db/dec的最左端直线。或者在零分贝线上找到频率为K1/υ=7.5(弧度/秒)的点,过此画-20db/dec线，也得到最左端直线，如图5-40所示。根据交接频率直接绘制近似对数幅频曲线：由于振荡环节、惯性环节和一阶微分环节的交接频率分别为1.4、2和3,所以将最左端直线画到ω为1.4时,直线斜率由-20db/dec变为-60db/dec；ω为2时，直线斜率由-60db/dec变为-80db/dec；ω为3时，直线斜率又由-80db/dec变为-60db/dec，如图5-40上细实线所示。修正近似的对数幅频曲线：修正后的曲线如下图中的粗实线所示。第六章系统综合与校正6、若某串联校正装置的传递函数为，则该校正装置属于()。A、超前校正B、滞后校正C、滞后-超前校正D、不能判断6、下列串联校正装置的传递函数中，能在处提供最大相位超前角的是（）A、B、C、D、6、关于PI控制器作用，下列观点正确的有()A、可使系统开环传函的型别提高，消除或减小稳态误差；B、积分部分主要是用来改善系统动态性能的；C、比例系数无论正负、大小如何变化，都不会影响系统稳定性；D、只要应用PI控制规律，系统的稳态误差就为零。6、关于系统频域校正，下列观点错误的是()A、一个设计良好的系统，相角裕度应为45度左右；B、开环频率特性，在中频段对数幅频特性斜率应为；C、低频段，系统的开环增益主要由系统动态性能要求决定；D、利用超前网络进行串联校正，是利用超前网络的相角超前特性。6、PI控制器的传递函数为，积分环节的引入可以改善系统的性能。答案：稳态6、PI控制规律的时域表达式是；PID控制规律的传递函数表达式是。答案：6、设如下图所示系统的固有开环传递函数为：其中T1=0.33，T2=0.036，K1=3.2。采用PI调节器（Kc=1.3，Tc=0.33s），对系统作串联校正。试比较系统校正前后