机械控制工程基础- 试题及答案 共5套

第2页共3页第1页共3页系（部）：出题教师：系（部）主任：第1页共3页装订线班级：学号：姓名：考试科目：装订线班级：学号：姓名：考试时间：100分钟试卷总分：100分考试形式：闭卷题号一二三四五六七总分得分评卷教师一、选择题（每小题3分，总计15分）下面（D）选项不是对控制系统的基本要求。A.准确性B.稳定性C.快速性D.收敛性2.系统的微分方程为，在输入信号的作用下，系统的响应为（B）。A.B.C.D.3.单位反馈系统开环传递函数为，在信号的作用下，系统的稳态误差为(C)。A.ess=0.1B.ess=0.4C.ess=1.6D.ess=2.54.已知系统的传递函数为，其幅频特性为（A）。A.B.C.D.5.已知系统的奈奎斯特曲线如图，要满足闭环系统稳定，则开环传递函数极点分布在S平面右边的极点数为（C）。A.P=0B.P=1C.P=2D.P=3二、（10分）已知系统方框图如图所示，利用方框图化简方法求出闭环传递函数。（要求：写出化简方框图的主要步骤）解：三、（15分）位置随动系统方框图如图，要求系统单位阶跃响应的最大超调量，求（1）系统的阻尼比；（2）求微分反馈的时间常数τ；（3）当满足2%误差时，系统是否能在5秒内达到稳态？Xo(s)Xo(s)Xi(s)解：（１）（2），（3）能在5秒内达到稳态。四、（15分）某伺服电动机调速系统方框图如图所示，如果调速系数，测速反馈系数，(1)求扰动力矩n(t)单独作用下的传递函数Gn(s)；(2)求当输入力矩为R(t)=t，扰动力矩n(t)=t时，系统的稳态误差。C(s)C(s)R(s)N(s)kc(1)（2）令，I型系统，令，五、（15分）已知系统方框图如图所示，求：（1）满足闭环系统稳定的K值范围；（10）（2）当给定单位斜坡输入时，求k＝50时，系统的稳态误差。（5分）Xo(s)Xo(s)Xi(s)解：（1）闭环传递函数为 闭环特征方程为：劳斯数列：解得：k>1.4（2）单位反馈系统的开环传递函数为：一型系统ess＝1/k＝1/300六、（10分）已知某机器人关节控制系统方框图如下图所示，试在所给的对数坐标中绘出系统开环对数幅频特性图（给出必要的计算过程）。开环传递函数为七、（20分）已知某系统开环伯德图如图所示：（1）求出该系统开环传递函数；（7分）（2）在图中标出剪切频率，相位穿越频率，相位裕量和幅值裕量，并读出或计算出各自的值；（6分）（3）设计相位超前校正环节，使得相位裕量大于30度。（7分）解：（1）由题知，开环对数幅频特性曲线斜率依次为-20→-40→-60，故系统含比例环节、1个积分环节、2个惯性环节，开环传递函数为低频段过（1，38）,所以20lgK=38，得K=80；，开环传递函数为（2）如图所示=20；=30，=9°，=8dB（3）最大相位超前量，求出系数令，由求出。装订线班级：学号：姓名：考试科目：装订线班级：学号：姓名：考试时间：100分钟试卷总分：100分考试形式：闭卷题号一二三四五六总分得分评卷教师选择题（每小题3分，总计15分）所谓反馈是将系统的（A）全部或部分返送回系统的（A）端，并与输入信号共同作用于系统的过程。A.输出，输入B.输入，输出C.输出，输出D.输入，输入2.系统的传递函数为，则极点是(C)。A.s1=0,s2=10B.s1=0,s2=-10C.s1=-5,s2=-2D.s1=5,s2=23.系统在单位阶跃输入xi(t)=1的作用下，阶跃响应为，则系统的传递函数为（B）。A.B.C.D.4.已知系统的传递函数为，其幅频特性为（D）。A.B.C.D.5.已知系统的奈奎斯特曲线如图，要满足闭环系统稳定，则开环传递函数极点分布在S平面右边的极点数为（C）A.P=0B.P=1C.P=2D.P=3二、（10分）已知系统方框图如图所示，利用方框图化简规则求出闭环传递函数。（要求：写出化简方框图的步骤）解：三、（15分）角度随动系统如图所示，其中伺服电机的时间常数为T=0.5s，系统单位阶跃响应的最大超调量Mp=20%，求（1）系统的阻尼比；（2）求开环增益k；（3）求满足2%误差的响应时间ts。解：（１），，（2）四、（15分）系统方框图如图所示，在的作用下，求系统的稳态误差。解：令扰动输入为0I型系统，单位速度输入，(2)令给定输入为0（3）（2分）五、（15分）单位反馈系统如图所示，其中wn=9(rad/s)，ξ=0.2，求：（1）满足闭环系统稳定的k值范围；（2）在满足提问（1）的条件下，再次确定k的取值范围，使得该系统在xi(t)=t

的输入下，稳态误差ess≤0.8。Xo(s)Xo(s)Xi(s)解：（1）闭环传递函数为 带入wn=9(rad/s)，ξ=0.2，闭环特征方程为：劳斯数列：解得：单位速度输入，I型系统，六、（10分）最小相位系统的对数幅频特性曲线如图所示，求该系统的开环传递函数。（请给出求解过程）七、（20分）已知单位负反馈系统开环传递函数为,

（1）画出对数幅频特性图；（给出求解过程）（2）在bode图中标出剪切频率，相位穿越频率，相位裕量和幅值裕量，并通过读图或计算写出这4个指标的具体值，判断闭环系统的稳定性。装订线班级：学号：姓名：考试科目：机电系统控制基础装订线班级：学号：姓名：考试时间：100分钟试卷总分：100分考试形式：闭卷题号一二三四五六七总分得分评卷教师一、选择题（每小题3分，总计15分）2、已知象函数，其原函数为（C）。A.2+te5tB.t-2e-5tC.2-te5tD.2-te-5t3、系统的传递函数，其零点是(D)。A.s1=-0.1,s2=-0.2B.s1=-2,s2=-5C.s1=2,s2=5D.s1=-0.5,s2=-0.24、I型系统开环增益为K，系统在单位速度信号作用下的稳态误差eSS为（B）。A.01/K1/（1+K）D.∞5、（D）。A.B.C.D.二、（10分）利用方框图化简求系统的传递函数（写出化简步骤）。G1G1G2H1H2解：

三、（20分）控制系统方框图如图所示，若系统单位阶跃响应的最大超调量，调整时间s（），试确定K与τ的值。解：由系统方框图可以求得系统的闭环传递函数为与二阶系统传递函数的标准形式比较，可得，由性能指标MP=0.2，ts=1.5s可以求得系统的特征参数为将系统的特征参数代入，可以求得，四、（15分）已知控制系统方框图如图所示，若，求系统的稳态误差。Xo(s)Xo(s)Xi(s)N(s)令扰动输入为0I型系统，单位速度输入，(2)令给定输入为0（3）五、（15分）系统开环幅频特性曲线如图所示，写出该系统的开环传递函数。解：六、（10分）控制系统的开环传递函数为，试求：使闭环系统稳定的K值范围。解:控制系统的闭环传递函数为系统的特征方程式为根据系统稳定的必要条件得K>0。由特征方程系数构成的劳斯数列为若使系统稳定，还必须使劳斯数列中第一列元素均大于零，满足稳定的充分条件，因此有因此，使闭环系统稳定的K值范围为。七、（15分）若开环系统传递函数。求（1）试绘制该系统的Bode图；（2）求出剪切频率和相位裕量并标注在图中,判断闭环系统的稳定性。解：，r=0,Kg(dB)<0，系统不稳定。装订线班级：学号：姓名：考试科目：机械控制工程装订线班级：学号：姓名：考试时间：100分钟试卷总分100分考试形式：闭卷题号一二三四五六七总分得分评卷教师一、填空题（每空1分，第8小题2分，总计15分）将系统的输出全部或部分返送回系统的输入端，并与输入信号共同作用于系统的过程，称为反馈。控制系统的基本要求包括稳定性、准确性和快速性。二阶欠阻尼系统阶跃响应中，反映系统快速性的性能指标有上升时间、峰值时间和调整时间。系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力，称为系统的稳定性。系统的传递函数为，该系统的极点是-0.5和-0.2零点是-1。系统的单位阶跃响应为，则该系统的传递函数为。控制系统稳定的充分必要条件是系统所有的特征根具有负实部，或系统所有极点位于[s]左半平面。8.奈奎斯特判据是如果开环传递函数G（s）H（s）在[s]右半平面上有P个极点，当ω由－∞变化到＋∞时，[GH]平面上的开环频率特性G（jω）H（jω）逆时针包围（－1，j0）点P圈，则闭环系统稳定。反之，闭环系统就不稳定。二、（15分）RC低通滤波电路如图所示，R=10kΩ，C=10uF，（1）画出系统方框图；（2）化简方框图，求RC电路传递函数；（3）如果输入电压，求输出电压。RRCuiu0（1）（5分）方框图UUi(s)1/R1/CsUo(s)（2）(5分)传递函数（3）（5分）输出电压拉氏变换：输出电压：三、（15分）角度随动系统伺服电机的时间常数为，系统单位阶跃响应的最大超调量，求（1）系统的开环增益；（２）判断响应时间是否满足5秒内达到2%误差的要求。（１）（10分），0.46，（2）（5分），满足要求。四、（15分）火星自主漫游车的导向控制系统方框图如图所示，（1）试求在加速度输入作用下，满足稳态误差小于0.25，并且满足闭环系统稳定的开环增益k值范围。（可用劳斯判据）XX0(s)Xi(s)，（2）（8分）求满足系统稳定的k值范围系统闭环传递函数劳斯数列为最后五、(10分)某伺服电动机调速系统方框图如图所示，如果调速系数，测速反馈系数，(1)求扰动力矩n(t)单独作用下的传递函数Gn(s)；(2)求当输入力矩为R(t)=t，扰动力矩n(t)=t时，系统的稳态误差。C(s)C(s)R(s)N(s)kc(1)（5分）（2）（5分）令，I型系统，（5分）令，六、（10分）已知某系统开环传递函数为，试在下图所给对数坐标中绘出系统开环对数幅频特性图（给出必要的计算及过程说明）。解：系统含比例环节、1个积分环节、2个惯性环节，1个一阶微分环节20lgK=20k=10低频段直线过（1,20）,；，则有：七、（20分）已知某系统开环伯德图如图所示：（1）求出该系统开环传递函数；（2）在图7中标出剪切频率，相位穿越频率、相位裕量和幅值裕量，并读出或计算出各自的值；（3）设计相位超前校正环节，使得相位裕量大于30度。解：（1）由题知，开环对数幅频特性曲线斜率依次为-20→-40→-60，故系统含比例环节、1个积分环节、2个惯性环节，开环传递函数为低频段过（1，38）,所以20lgK=38，得K=80；，开环传递函数为（2）（8分）。如图所示=20；=30，=9°，=8dB（3）最大相位超前量，求出系数令，由求出。附：若取，求出系数令，由求出。装订线班级：学号：姓名：考试科目：装订线班级：学号：姓名：考试时间100分钟试卷总分100分考试形式：闭卷题号一二三四五总分得分教师一、选择题（每小题2分，总计10分）1、系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力，称为系统的2、惯性环节幅频特性的计算式为DReImw=0w=∞(-1,j0)P=1ReImw=0w=∞(-1,j0)P=1Rew=0w=∞(-1,j0)ImP=1Rew=∞w=0(-1,j0)ImP=0Rew=∞w=0(-1,j0)ImP=2ABCDReImw=0w=∞(-1,j0)二、计算题（每题10分，总计40分）1、（10分）画出如图2-1所示RC电路的系统方框图，并求该系统的传递函数。RR2uiuoR1C图2-1Uo(s)Ui(s)Uo(s)Ui(s)R21/R1Cs传递函数：2、