机械工程控制基础考试题A

《机械工程控制根底》考试试卷〔A卷〕班级姓名学号题号一二三四总得分评卷人审核人得分一、填空题〔每空1分，共20分〕1、对控制系统的根本要求是________、_______、________。2、f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]=。3、二阶系统的极点分别为s1=−0.5,s2=−4，系统增益为2，那么其传递函数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_________、________、________。8、二阶系统的传递函数为，其中为系统的__________，当时为系统。在阻尼比ξ<0.707时，幅频特性出现峰值，称______，此时的频率称谐振频率ωr＝。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、_____________系统。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，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，求出系统的输出(响应)2.F(s)=L［f(t)］，假设F(s)=,那么f(t)|t=?()A.B.1C.D.03.以下系统中为线性系统的微分模型为：()。A.B.C.D.4.对于定常控制系统来说，()。A.表达系统的微分方程各项系数不随时间改变B.微分方程的各阶微分项的幂为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,那么系统增益为()。A.10B.0.5C.4D.56.一个系统的单位阶跃响应为，那么该系统的单位脉冲响应为〔〕。A.B.C.D.7.某系统的传递函数为系统的零极点为()。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.以下信号中，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9.系统如图，其稳态误差定义为()。A.ess=SG(S)B.ess=te(t)C.ess=e(t)D.ess=e(t)10.某系统传函数为G(s)=，那么转角频率为()。A.B.τC.k/τD.kτ11.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.不管输入为何种信号，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ωc为幅值穿越(交界)频率，φ(ωc)为开环频率特性幅值为1时的相位角，那么相位裕度为()A.180°－φ(ωc) B.φ(ωc)C.180°+φ(ωc)D.90°+φ(ωc)三、计算分析题〔共40分〕1、通过方框图的等效变换求取以下图系统的传递函数G(s)=Xo(s)/Xi(s)。〔15分〕2、如以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)＝S5+3S4+4S3+12S2-5S-15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．某单位负反应最小相位系统的对数幅频特性曲线如以下图所示，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和相位裕量。〔图中：-2指斜率-40dB,-1指斜率-20dB〕2．设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〕讨论值不同时系统的稳定性。《机械工程控制根底》考试试卷〔A卷〕答案一、填空题〔每空2分，共20分〕1．系统的稳定性、响应的快速性、响应的准确性;2.1/s2+1/s或者〔1+s〕/s2；3.2/(s+0.5)(s+_4)；4.闭；5.系统,输入；6.jw；7.使输出提前、增加系统的阻尼、强化噪声；8.无阻尼固有频率欠阻尼谐振峰值;9.相似；10.自动调节系统、随动系统、程序控制系统；11.-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，再后移至C点，然后从内环到外环逐步化简，其简化过程如以下图。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：G(S)=将上式与二阶系统传递函数的标准形式比拟可知〔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,故由拉普拉斯变换的终值定理可求的X0〔t〕的稳态输出值因此，k=3N/cm=300N/m(2)由响应曲线可知道Mp=0.095，tp=01s，求取系统的、由，得=0.6；由=0.1s将代入上式求得=39.25rad/s(3)将=39.25rad/s和=0.6代入，求得m=0.1959kg根据可知，使系统响应平稳，应增大，故要使阻尼系数c增大，质量减小；要使系统快速，应增大，减小质量。弹簧的刚度k一般由稳态值决定。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)=3S4+12S2-15=0取F(S)对S的导数，那么得新方程12S3+24S＝0得如下的Routh表S514-50S4312-150S3122400S26-150S1540S0-15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1。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，故系统为Ⅱ型；当时，斜率由变为，故为一阶比例微分环节的时间常数；当时，斜率由变为，故为惯性环节的时间常数；当时，，即，所以系统的开环传递函数为：〔4分〕〔2分〕(2)令，即〔2分〕亦即：〔1分〕可求得：〔1分〕〔1分〕，〔1分〕由于，所以闭环系统是稳定的。〔1分〕2、〔12分〕解：(1)、〔1分〕〔1分〕实频特性〔1分〕虚频特性〔1分〕当时，〔1分〕当时，〔1分〕系统的开环Nyquist图如下：〔3分〕〔2〕、当时，即时，其乃氏曲线不包围〔〕点，此时闭环系统稳定；