机械工程控制基础考试题完整版综述

1、控制基础填空题(每空1分，共20分)I. 线性控制系统最重要的特性是可以应用叠加 原理，而非线性控制系统则不能。2 .反馈控制系统是根据输入量和 反馈量的偏差进行调节的控制系 统。3 .在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差ess=_=_。4 .当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是负数 时，系统是稳定的。5方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和反馈_连接。6 .线性定常系统的传递函数，是在一初始条件为零一 时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。7 .函数te-at的拉氏变换为。(s+a)8. 线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率 而

2、变化的函数关系称为相频特性。9 .积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为_二20 dB / dec。10. 二阶系统的阻尼比E为_0_时，响应曲线为等幅振荡。II. 在单位斜坡输入信号作用下，型系统的稳态误差ess=_0_。12. 0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为0dB/dec,高度为 20lgKp。13. 单位斜坡函数t的拉氏变换为4。s14. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为_恒值_扌空制系统、随动控制系统和程序控制系统。15. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性 和准确性。16. 系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定，与输入量

3、、扰动量的形式无关。17. 决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数E和 无阻尼自然振荡频率。18. 设系统的频率特性G (j 3 )=R( 3 )+jl( 3 ),则幅频特性|G(j3 )|=R2(w) l2(w)。19. 分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I型系统、II型系统，这是按开环传递函数的_积分环节数来分类的。20. 线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的左部分。21. 3从0变化到+ 8时，惯性环节的频率特性极坐标图在 第四 象限，形状为半圆。22. 用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是 _正弦函数_。23. 二阶衰减振荡系统的阻尼比E的范

4、围为o 1。24. G(s)=J的环节称为 惯性_环节。Ts +125. 系统输出量的实际值与 _输出量的希望值_之间的偏差称为误差。26 .线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用线性微分方程来描述。27. 稳定性、快速性 和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。228. 二阶系统的典型传递函数是-w2。s +2=WnS + Wn29 .设系统的频率特性为 G(j .) =R(j .) jl ( J ,则RO )称为 实频特性 。30. 根据控制系统元件的特性，控制系统可分为线性控制系统、非线性_控制系统。31. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和_准确性_

5、。32. 二阶振荡环节的谐振频率 3 r与阻尼系数E的关系为3 r= 3 n .1匚2 2。33. 根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为 一开环控制系统、闭环控制系统。34. 用频率法研究控制系统时，采用的图示法分为极坐标图示法和对数坐标图示法。35. 二阶系统的阻尼系数 E =0.707 时，为最佳阻尼系数。这时系统的平稳性与快速性都较理想。1. 传递函数的定义是对于线性定常系统，在初始条件为零的条件下， 系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程。3. 判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负

6、实根或负 实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件4. I型系统G(s) K 在单位阶跃输入下， 稳态误差为0 ,在单位加s(s + 2)速度输入下，稳态误差为乂。5. 频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频 两种特性。6如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动 恢复到原来的工作状态，这样的系统是(渐进)稳定的系统。7. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的 结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。8. 系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的 开环传递函数有关。9. 如果在系统中

7、只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散 _ (数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以必(截止频率)附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快 _ 速性；而低频段主要表明系统的稳态性能。11. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、丿 性和精确或准确性。单项选择题：1.当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为( )A. 最优控制B.系统辩识C.系统校正D. H适应控制72反馈控制系统是指系统中有 (A.反馈回路B.惯性环节C.积分环节D.PID调节器3.(A. LC. L)=,

8、(a为常数)(J s+a:e_ at-(t _a)q:e B. L : eatD. L : e(t+a) i4. L :t2e2t=(A. J(S-2)3C.亠(s 2)35. 若 F(S)=，则 Lim0f (t)=(B.D.1a(s a)2sA. 4B. 2C. 06.已知f(t)=e at,(a为实数)，则A.旦s -aC. 1s(s -a)7.f(t)= 0； J，则 L0f(t)dt =(*0B.a(s a)D.1a(s a)=(A. 3s3 2sC. esB.D.1-2ses3 2ses8.某系统的微分方程为5x0(t) -2x0(t) x(t) =Xj(t),它是(A.线性系统B

9、.线性定常系统C.非线性系统D.非线性时变系统9.某环节的传递函数为G(s)=e 2s,它是(A.比例环节B.延时环节C.惯性环节D.微分环节10.图示系统的传递函数为A. 1 -RCs+1B RCs RCs+1C. RCs+1D RCs+1 RCs11.二阶系统的传递函数为G(s)=,其无阻尼固有频率4s +s+1OOA. 10B. 5C. 2.5D. 2512. 一阶系统K的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为(1 TsC.二D. T2T213.某系统的传递函数G(s)= J,则其单位阶跃响应函数为(Ts +1C. K(1 e- t/T)B. KTA. =/TB. TD. (1 - e-Kt

10、/T)14.图示系统称为( 系统。A. 0B.C.D.15.延时环节G(s)=es的相频特性/C. 9 0G(j 3 )等于()D. 1B. -TA. 1+TsC. 1Ts17.图示对的环节为ImA. TsC.1+TsD. Ts18.设系统的特征方程为 D(s)=s3+14s2+40s+40 t =0 ,则此系统稳定的t值范围为(A. t 0B. 0 t 1419.典型二阶振荡环节的峰值时间与()右关。D. t 0A.增益B.误差带16.对数幅频特性的渐近线如图所示，它对应的传递函数 G(s )为(B. 11+TsD. (1+Ts)2转折(如图所示)，这说明系统中有()环节。15A. 5s+1

11、 B.(5s+1)2C. 0.2s+1D.i2(02s 1)221.某系统的传递函数为G（s）=g其零、极点是（A.零点 s=- 0.25,s=3;极点 s=- 7,s=2B.零点 s=7,s=- 2;极点 s=0.25,s=3C.零点 s=- 7,s=2;极点 s=- 1,s=3D.零点 s=- 7,s=2;极点 s= 0.25,s=322. 一系统的开环传递函数为3(s 2)s(2s 3)(s 5)，则系统的开环增益和型次依次A. 0.4 , IB. 0.4 , nC. 3, Id. 3, n23.已知系统的传递函数G(s)=K1 Tses,其幅频特性丨G（j 3 ）丨应为()A.K e-

12、B.K e-1 T- 1 T- C.K2e -D.K22 d1T2 2.1T2，2为（）24. 二阶系统的阻尼比Z，等于（）A. 系统的粘性阻尼系数B. 临界阻尼系数与系统粘性阻尼系数之比C. 系统粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比D. 系统粘性阻尼系数的倒数25. 设3 c为幅值穿越 佼界）频率，0 （ 3 c）为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为（）A. 180 - 0 （ 3 JC. 180 + 0 （3 JB. 0 ( 3 c)D. 90 +0 ( 3 c)26.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)= 4 ，则系统在r(t)=2ts(s+5)D. 0输入作用下，其稳态误差为(

13、)A. 1027. 二阶系统的传递函数为G(s)=p 1在0VZ v二时，其无阻尼s +2 股nS+国 n2固有频率3 n与谐振频率3的关系为(A. 3 n 3 rD.两者)B. 提高系统的稳态精度D. 减少糸统的固有频率29. 下列串联校正装置的传递函数中，能在频率3 c=4处提供最大相位超前角的是()A 4s+1b s+1c01 s +1d 0.625s+ 1. s 1. 4s 1. 0.625s 1. 0.1s 130. 从某系统的Bode图上，已知其剪切频率3广40,则下列串联校正装置的传递函数中能在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下，通过适当调整增益使稳态误差减至最小的是()0.0

14、04s 1B0.4s +14s+1C. 4s 110s+1D.4s 10.04s+10.4s 1单项选择题侮小题1分，共30分)1.B2.A3.A4.B5.B6.C7.C8.C9.B10.B11.B12.C13.C14.B15.B16.D17.C18.B19.D20.D21.D22.A23.D24.C25.C26.A27.C28.B29.D30.B二、填空题（每小题2分，共10分）1. 系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、 和有关。2. 个单位反馈系统的前向传递函数为3 k2，则该闭环系统的特征s +5s +4s方程为开环增益为03二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间ts与阻尼比、和有关。

15、4.极坐标图（Nyquist图）与对数坐标图（Bode图）之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于 Bode图上的；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的。5系统传递函数只与有关，与无关。填空题（每小题2分，共10分）1.型次输入佶号2.s3+5s2+4s+K=0，k3.误差带无阻尼固有频4率4.0分贝线180，线 5.本身参数和结构输入1.线性系统和非线性系统的根本区别在于（C ）A .线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入。B .线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入。C. 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理。D .线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理。2 .令线

16、性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的(B )A .代数方程B .特征方程C.差分方程D .状态方程3. 时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是(D )A .脉冲函数B .斜坡函数C.抛物线函数D .阶跃函数4 .设控制系统的开环传递函数为G(s)=10 ，该系统为s(s+1)(s + 2)(B )A. 0型系统B . I型系统C. II型系统D .111型系统5 .二阶振荡环节的相频特性X ),当 时，其相位移*：)为(B )A . -270 B . -180 C. -90D . 06.根据输入量变化的规律分类，控制系统可分为(A )A. 恒值控制系统、随动控制系统和

17、程序控制系统B. 反馈控制系统、前馈控制系统前馈一反馈复合控制系统C. 最优控制系统和模糊控制系统iiD. 连续控制系统和离散控制系统采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s),反馈通道的传H(s)则其等效传递函数11 G(s)H(s)DG(s)1 G(s)H(s)阶系统G(s)二丄 的时间常数T越大，贝U系统的输出响应达到C.G(s)1 G(s)G(s)1 G(s)H(s)Ts +141稳态值的时间B .越短C.不变A .越长D .不定换将时间函数变换A .正弦函数B .单位阶跃函数C.单位脉冲函数D .复变函数10 .线性定常系统的传递函数，是在零初始条件A .系统输出信号与输入信号

18、之比B .系统输入信号与输出信号之比C.系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D .系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比A.-1C.1KB .D .K2 21 T-K1T2 2 亠心TK“T12.微分环节的频率特性相位移e (A)A. 90oB. -90 C. 0 D. -180 13.积分环节的频率特性相位移e (B)A. 90oB. -90 C. 0 D. -180 R( 3 )是3)=3)=11.若某系统的传递函数为G（s）二亠，则其频率特性的实部Ts 1（A ）14. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？（C ）A.输入信号B.初始条件C.系统的结构参

19、数D.输入信号和初始条件15. 系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的（C ）A.充分条件B.必要条件C.充分必要条件以上都不是16. 有一线性系统，其输入分别为U1（t）和U2（t）时，输出分别为D.y1（t）和出应为y2（t）。当 输入为ae1（t）+a2U2（t）时 越 为常数），输A. ay(t)+y2(t)B. ay(t)+a2y2(t)D. ydt)+a2y2(t)C. a1(t)-a2y2(t)17.I型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为(B )A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)18.设

20、系统的传递函数为G(s)= 2 25，则系统的阻尼比为s + 5s + 25(C )A. 25B. 5C. 1D. 1219.正弦函数sint 的拉氏变换是(B )A. 1D0B. 22s *0s22C. 2： 2SD. 2： 2S20.二阶系统当0v V1时，如果增加，则输出响应的最大超调量 沙A.距离实轴很远B. 距离实轴很近将(B )A.增加B.减小C.不变D.不定21.主导极点的特占 八、C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近22余弦函数cost 的拉氏变换是(C)A.1pcoB. 22s SC.ss22D.亠s ；：23 .设积分环节的传递函数为G(s)= 1，则其频率特性幅值M()=B.

21、 K2coD.gco率特性相A.KC.124. 比例环节的频25.奈奎斯特稳定性判据是利用系统的(C)来判据闭环系统稳定性的一个判别准则。A.开环幅值频率特性B.开环相角频率特性C.开环幅相频率特性D.闭环幅相频率特性26.系统的传递函数C.0A.90B.-90D.-180(C )A. 与输入信号有关B. 与输出信号有关C. 完全由系统的结构和参数决定D.既由系统的结构和参数决定，也与输入信号有关27. 阶 系 统 的 阶 跃 响 应，(D )A.当时间常数T较大时有振荡B.当时间常数T较小时有振荡C. 有振荡D.无振荡28. 二阶振荡环节的对数频率特性相位移e ( 3 )在(D )之间。A.

22、0 和 90B.0。和一90C.0 和 180D.0。和18029. 某二阶系统阻尼比为0.2 ,则系统阶跃响应为(C )A.发散振荡B.单调衰减C.衰减振荡D.等幅振荡二.设有一个系统如图当系统受到输入信号1 所示，k1=1000N/m, k2=2000N/m, D=10N/(m/s),Xj(t)=5sint的作用时，试求系统的稳态输出x(t)。(15 分)X。s 匕 Ds0.01sXik1 k2 Ds k1k 0.015s 1然后通过频率特性求出Xo t二0.025sin t 89.14三. 一个未知传递函数的被控系统，构成单位反馈闭环。经过测试，得知闭环系统的单位阶跃响应如图2所示。（1

23、0分）问：（1）系统的开环低频增益 K是多少？ （5分）（2）如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似 闭环传递函数；（5分）解：（D皆，37X。s =7Xi s _ 0.025s 8四. 已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图3所示。（10分）1.写出开环传递函数 G（s）的表达式；（5分） 2.概略绘制系统的 Nyquist图。（5分）G(s)二s(s0.01100s(s 0.01)(s 100)K20lg =80dB二 K =1002.五. 已知系统结构如图 4所示，试求：(15分)1.绘制系统的信号流图。(5分)R = G iG 2 ：i =1X。(S)GGXi(s)1

24、G2H1 G1G2H2R =1T =1 G2H1Xo(S)_1 G2H1N(s) 1 G2H1 G1G2H2（10 分）六. 系统如图5所示，r(t)=1(t)为单位阶跃函数，试求:1.系统的阻尼比和无阻尼自然频率n。(5分)2.动态性能指标：超调量 Mp和调节时间tsC-5%）。（5分）1 42S(S+2) S(S+2C0n)i An = 22n =2= 0.51 22. Mp=e 一 100% =16.5% ness 2.25七. 如图6所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下时，K的数值。（10分）D(s) =s(s 3)2 K =s3 6s2 9s K = 0由劳斯判据:3 s19

25、2 s6K154 -K0s60 sK第一列系数大于零，则系统稳定得0 K : 54又有：ess 44 K V 54八. 已知单位反馈系统的闭环传递函数G（s）二丄，试求系统的相位裕s + 3量。（10分）解：系统的开环传递函数为G（s）=国乙1W（s） s+11 G(j ，c) 1 =21，解得 c = 3品c +1= 180( c)=180 -tgc =180 -60 =1202COn2c-三、设系统的闭环传递函数为GC（S）= S 2nSn，试求最大超调量a % =9.6%、峰值时间tp=0.2 秒时的闭环传递函数的参数E和3 n的值。解：I r%=e口 灯00%=9.6% E =0.6

26、tjiy=0.23.14-3 n_ tpj1_r20.2*10.6219.6rad/s四、设一系统的闭环传递函数为Gc(s)=试求最大超调量a % =5%、调整时间ts=2秒( =0.05)时的闭环传递函数的参数E和3 n的值。解: v 0所以，此系统是稳定的十二、设系统特征方程为s4 5s3 2s2 4s 3 = 0试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1， a3=5， a2=2， ai=4， a0=3 均大于零，且有5 4 0 012 3 0 心4 =0 5 4 00 12 3= 2=5 2-1 4=6 03 =5 2 4 5 5 3 4 1

27、 4 = -5V： 04 =3 3 =3 (_51) 153 ：0所以，此系统是不稳定的。十三、设系统特征方程为2s3 4s2 6s 1 = 0试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。解：（1）用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a3=2,a2=4,a1=6,a0=1均大于零，且有4 1 0也3 = 2600 4 1= 40-2 -4 62 1 = 22、0：3 =4 6 1 -4 4 0 -1 2 1 =6 - 0所以，此系统是稳定的。十四、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。G(s) =30s(0.02s 1)解：该系统开环增益 K = 30;有一个积分环节，即v = 1

28、;低频渐近线通过(1, 20lg30)这点，斜率为20dB/dec；有一个惯性环 节，对应转折 频率为W11 50，斜率增加-1 0.02 20dB/dec。系统对数幅频特性曲线如下所示。十五、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。G(s)二100s(0.1s 1)(0.01s 1)解：该系统开环增益 K = 100;有一个积分环节，即 v = 1;低频渐近线通过（1, 20lg100）这点， 即通过（1, 40）这点斜率为20dB/dec;有两个惯性环节，对应转折频率为w二右=10 , W2=61=1oo，斜率 分别增加20dB/dec系统对数幅频特性曲线如下所示。十六、设系

29、统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。G（s） =0.1s 1解：该系统开环增益K = 1;无积分、微分环节，即 v = 0,低频渐近线通过（1, 20lg1）这点,即通过（1, 0）这点斜率为0dB/dec;有一个一阶微分环节，对应转折频率为w1 1 10，斜率增加0.120dB/dec。系统对数幅频特性曲线如下所示。L( J/dB十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。R何G|GjG j*+O4十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解:48R(S)G1G2C(S)1+ G2H2+G1H1十九、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解:R(S)G1G2G31+ G2H1+ G1G2H1C(S)三、简答题（共16分）1. （4分）已知系统的传递函数为，求系统的脉冲响应表达式。s