机械工程控制基础考试题

1、控制基础填空题(每空1分，共20分)1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用萱如原理，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=_x_o4. 当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是_輕_时， 系统是稳定的。5. 方框图中坏节的基本连接方式有串联连接、并联连接和反馈一连 接。6. 线性定常系统的传递函数，是在.初始条件为零 时,系统输岀 信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。7. 函数te皿的拉氏变换为(s + a)8. 线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输岀与输入的相位移随频率 而

2、变化的函数关系称为一相频特性。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 / deco10. 二阶系统的阻尼比E为0时,响应曲线为等幅振荡。11在单位斜坡输入信号作用下，II型系统的稳态误差如二0 。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 201gKpo13单位斜坡函数t的拉氏变换为4 o14. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为 恒值一控制系统、随劲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j生和准确性。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、扰 动量

3、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和无阻尼口然振荡频率M o18. 设系统的频率特性G (j 3 )=R( 3 )+jI( 3 ),则幅频特性IG(j3)1= Jr2(w)+ /2(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。213从o变化到+8时，惯性环节的频率特性极坐标图在_鲤 彖限，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的范围为竺巳。24

4、. G(s)=L的环节称为惯性环节。75 + 125. 系统输岀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j生微分 方程来描述。27. 稳定性、邀速隹和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。28. 二阶系统的典型传递函数是。+2做肿+叱；29. 设系统的频率特性为G(jco) = R(jco) + jl(co),则R(3)称为 实频特性o30. 根据控制系统元件的特性，控制系统可分为线性控制系统、 韭线隹控制系统。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O32二阶振荡环节的谐振频率与阻尼系数C的

5、关系为3尸3。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 开 坯控制系统、_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_独 数坐标图示法。35二阶系统的阻尼系数=_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，从初始状态到最终或稳定 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实据或负 实部的复数根,即系统的特征根必须全部在复平而的左半平而是系统稳定的充

6、要条件。1/141型系统G（s） = -J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8。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

7、输入、输岀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COc （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、快速性和精确或准确性。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B.系统辩识）A. 最优控制2.反馈控制系统是指系统中有（)A.反馈回路B.惯性坏节C.积分环节D.PID调节器3.()- 1 ,(a 为常数)。s + aA. L e_atB.L ealC. L Le_(ta)D. L e(t+a)4.

8、L t2e2t=()A-1B. 1(s-2)a(s+a)C.-2D. 4(s + 2)s35若f丽吕，则即=（）A. 4B.2C.OD. 006.已知f（t）=eat,（a为实数），则L 山=（）A. B.1s-aa(s+a)c.1D. 1s(s-a)a(s-a)7.f(t)=0C. t14D tvO19.典型二阶振荡环节的峰值时间与（）有关。A.增益B.误差带转折（如图所示），这说明系统中有（）环节。A. 5s+lB. (5s+l)2C. 0.2s+lD一(02s+I)2B零点 s=7,s= 2;极2i.某系统的传递函数为g二空g,其零、极点是( (4s+l)(s-3)A.零点 s=0.25

9、,s=3;极点 s=7,s=2点 s=025,s=3D零点 s= 7,s=2;极C零点 s=7,s=2;极点 s= l,s=3点 s=0.25,s=322一系统的开环传递函数为孟鴛，则系统的开坏增益和型次依次为（A. 0.4, IB.0.4, II23已知系统的传递函数G（s）诘C. 3, ID. 3, II-%其幅频特性I G(j w) |应为)A.亠71 + TcoC.上r严1 + T3D.KJi+tL?24.二阶系统的阻尼比g ,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设为幅值穿越（交界

10、）频率,（）（%）为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为（b. e(3c)A. 180 一(b(3c)26. 单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=亠，则系统在r(t)=2ts(s + 5)输入作用下，其稳态误差为()A.兰B. ?C. iD.O44527. 二阶系统的传递函数为G(s)= !，在0V匚V亜时，其无阻尼S- +2gnS + 3；2固有频率3 n与谐振频率3 r的关系为()A. 3nG)rD.两者)B. 提高系统的稳态精度D. 减少系统的固有频率能在频率c=4处提供最大相位C0.1s 4-1 0.625s +10.625s + 10.1s + 11/130. 从某系统

11、的Bode图上，已知其剪切频率3严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()A 0.004s +10.04s+1B0.4s +14s +1c.4s +110s+lD.4s+ I0.4s+1单项选择题(每小题1分，共30分)l.B2.A3.A4.B5.B6.C7.C8.C9.B10.Bll.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

12、有关。2. 个单位反馈系统的前向传递函数为一,则该闭环系统的特征s* +5s +4s方程为开环增益为O3. 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。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 输入信号 2.s3+5s2+4s+K=0,上3误差带 无阻尼固有频4率4.0分贝线一180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

13、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)=,该系统为s(s + l)(s + 2)(B )A0型系统B. I型系统CII型系统DIII型系统5. 二阶振荡环节的相频特性e(co),当sToo时，其相位

14、移e(s)为 (B )A. 270。B.180C. -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D. 连续控制系统和离散控制系统7. 采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G，反馈通道的传递函数为H，则其等效传递函数为(C )A. g(s)B 1 + G(s)* l + G(s)H(s)C G(s)D G(s) l + G(s)H(s) l-G(s)H(s)8.一阶系统G(s匸侖的时间常数T越大,则系统的输出响应达到稳态值的时间(A )A

15、.越长B.越短C.不变D.不定9.拉氏变换将时间函数耳艺换成(D )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，是在零初始条件下(D )A. 系统输出信号与输入信号之比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11若某系统的传递函数为G(s)=侖，则其频率特性的实部R3是(A )AKBK1 + cd2T2JL-Z 1 + co2T2C.KD.K1 + coT1 + coT12.微【分环节的频率特性相位移()(A )B. -90A. 90C. 0D. -180

16、13.积分环节的频率特性相位移()=1 /1(B )B. -90A. 90C. 0D.-18014. 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而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D.以上都不是16. 有一线性系统，其输入分别为Ui(t)和U2(t)时，输岀分别为yi和Y2(t) o当输入为aiui(t)+a2u2(t)时(aj,a2为常数)，输出应为A. aiyi(t)+y2(t)B. aiy!(t)+a2y2(t)1/1C. aiyi(

17、t)-a2y2(t)D. yi(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A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)18.19C. O(dB/dec)设系统的传递函数为A. 25B. 5D. +20(dB/dec)G(s)=,则系统的阻尼比为匸 +55 + 25D. 1sin cot的拉氏变换是A.丄S + 3C Ss2-co2B亠+C0-D丄 sz +GT20.二阶系统当Ovvl时，如果增加s则输出响应的最大超调量b%B.减小D.不定极 点八、将(B )A.增加C.不变21主 导(D )A.距离实轴很远B. 距离实轴很近C. 距离虚轴很远D. 距离虚轴

18、很近22余弦函COS cot的拉氏变换是(C )B.1Sz +GFA.丄S + 3C.D.23. 设积分环节的传递函数为G(s)=i,则其频率特性幅值M(o)=S(C )A.JSB.ACO3-C 丄D.-LoGT24. 比例环节的频率特性相位移0( 3 )=(C )A.90B.-900C.0D.-180025. 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C. 开坏幅相频率特性26.系 统 的B. 开坏相角频率特性D. 闭环幅相频率特性传 递 函 数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

19、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()(3)在(D )之间。A.0 和 90B.O0 和一90C. 0 和 180D.O0 和一 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 1 所示,Jt/=1000N/m, fa=2000N/m, D=10N/(m/s), 当系统受到输入信号兀= 5sinf的作用时，试求系统的稳态输出心。解 X,s) = &Ds = 0.01s

20、*X(s) 一 (人 +kDs+kh 一 0.015s+ 1然后通过频率特性求岀兀(/) = 0.025sin(f + 89.14。)三.一个未知传递函数的被控系统，构成单位反馈闭坏。经过测试,得知闭环系统的单位阶跃响应如图2所示。（10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:(1)K _7,1 + K。8K = 7)_7X,($)0.0255 + 8四己知开环最小相位系统的对数幅频特性如图3所示。（10分）1写岀开环传递函数G的表达式；（5分）2.概略绘制系统的Nyquist图。（5分）1-G(

21、s) =s(oT+1)(ioo+1)100s(s + 0.01)(s + 100)201g = 80dBcoK = 100JsOr2-五. 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）片=GjG2Aj = 1X(s)_GG + g2h+gg2h2P = 1 Aj = 1+ G2H)xg_ 1 + G2H1N(s) + G2H +GG2H2六. 系统如图5所示，e=ia）为单位阶跃函数，试求：（10分）1.系统的阻尼比g和无阻尼自然频率。（5分）2动态性能指标:超调量Mp和调节时间/A = 5%)o (5分) 1.4_&S(S + 2) s(s + 2gtOn)3“

22、= 2. t g = 0.52轨=22- Mp=eV xl00% = 16.5%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.W2.25时，K的数值。(10分)D(s) = s(s + 3)，+K = s +6s +9s + K = 0由劳斯判据：s319s2 6Ks汇0 6s K第一列系数大于零，则系统稳定得0K54又有:ess =|2.25可得：K244WKV54八. 已知单位反馈系统的闭环传递函数(巧=丄，试求系统的相位裕5 + 3量丫 o (10分)解：系统的开环传递函数为G(s) =將二二1 W s + 1IG(joc)l=2解得g）c=V5y = 180 + 0亠=2x

23、3 lx4 = 20A3 = 2x3x4-2x2x5-4xlx4 = -12 0A2=6x12-1x10 = 620A3 =6x12x10-6x6x3-10x1x10=512 0 4 =3A3 =3x512 = 1536 0所以，此系统是稳定的。十二、设系统特征方程为54+5?+252+45 + 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=l, a3=5, a2=2, ai=4, ao=3 均大于零，且有5 4 0 012 3 0亠=0 5 4 00 12 3A)= 5 0A2=5x2-1x4 = 60=5x2x4 - 5x5x3 - 4x1x4

24、 =-5104 =3亠=3x(51) = 153 0A? = 4x6-2xl = 220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。5(0.025 + 1)解：该系统开环增益K=30；有一个积分环节，即v=l；低频渐近线通过(1, 201g30)这点，斜率为一 20dB/dec；有一个惯性环节，对应转折频率为吗=丄= 50,斜率增加一 1 0.0220dB/dec o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。5(0.15 + 1)(0.015 + 1)解：该系统开环增益K=100；有一个积分环节，即V=l；低频渐近线通过(1, 201gl00)这点, 即通过(1, 40)这点斜率为一20dB/dec；有两个惯性环节，对应转折频率为吩 = 10,叫=岛=100,斜率 分别增加一 20dB/dec系统对数幅频特性曲线如下所示。十六、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（5）= 0.15 + 1解：该系统开环增益K=l；无积分、微分坏节，即v=0,低频渐近线通过(1, 201gl)这点,即通过(1, 0)这点斜率为OdB/dec；有一个一阶微分环节，对应转折频率为-