机械工程控制基础考试题及答案

1、机械工程控制基础考试题及答案TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-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 產_连接。6. 线性定常系统的传递函数，是在一初始条件为零时,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"的拉氏变换为(s + a)8. 线

2、性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移 随频率而变化的函数关系称为相频特性9. 积分坏节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为 20 dB / deco10. 二阶系统的阻尼比§为_ 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ess=_0_o12. 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 1-14. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为恒值控 制系统、魁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

3、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C和卫 阻尼自然振荡频率昭O18. 设系统的频率特性G (j 3)二R (3) + jl (3),则幅频特性G(j19. 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¥_圆。22. 用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是灌 函数。23. 二

4、阶衰减振荡系统的阻尼比E的范围为0<<io24. G(s)二旦的坏节称为惯性 环节。Ts+25. 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、遨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o丁+2訓”$ + 叫；29设系统的频率特性为G(jco) = R(jco) + jl(3),则R(co)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

5、、快速性和進磁性_。32. 二阶振荡环节的谐振频率3与阻尼系数§的关系为3尸3 n J-2g_ o33. 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 为开环控制系统、_戲坯控制系统。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§二时，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

6、程的根必须为负实 根或负实部的复数根,即系统的特征根必须全部在复平而的 左半平面是系统稳定的充要条件。4. I型系统G(s) = 土在单位阶跃输入下，稳态误差为s(s + 2)在单位加速度输入下，稳态误差为8。5. 频率响应是系统对止弦输入稳态响应,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

7、。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3c（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（ ）A.最优控制辩识C.系统校正应控制2. 反馈控制系统是指系统中有（）A.反馈回路坏节C.积分环节3.()二丄，Q为常数)。s + aA. L e_a

8、t尹C. Le“B.系统D.自适B.惯性 调节器B.LD.LLt2e2t=(A.11(s-2)3B.1a(s+a)C.2D. A(s + 2)3s35右F(s)二2s：r 则即=()A.4B. 2C.0D. 006.已知 f (t)=ea (a 为实数),则 L £f(t)dt 二()A.as-aB.1a(s+a)CID.Is(s-a)a(s-a)(t)=<3t>20t <2'则 L f(t)=()A.3sB ie-2ssC.D.3兀8.某系统的微分方程为5x0(t) + 2x0(t)-x0(t) = Xi(t),它是()A.线性系统B.线性定常系统c.非线

9、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D.微分C.惯性环节坏节C10 图示系统的传递函数为(A11RCs+lB.RCsRCs+1C.RCs+lD.RCs+1RCs11.二阶系统的传递函数为G(S)二 ,其无阻尼固有频率3. 4s： +S+1OO是( )A. 10B. 5C.D. 2512. 一阶系统善的单位脉冲响应曲线在t二0处的斜率为()A上B. KTC. -ATt2D. 4 T213. 某系统的传递函数G(s)二上，则其单位阶跃响应函数为人+ 1( )-e-/T TC. K(le_tT)D. (1 一宀14. 图示系统称为( 型系统

10、。A. 0B. IC. IID. Ill15.延时环节G(s)=e"ls的相频特性ZG(j co)等于()A. T G)B. - TO)C. 9 0 °D. 1 8 0 °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)%()11 + Ts(1+Ts)2A. 1+TsB.C.丄Ts17.图示对应的环节为D.A.TsB.11 + Ts書OReC.1+TsD.1Ts18设系统的特征方程为D(s)=s3+14s2+40s+40t=0,则此系统稳定的工值范围为( )A. T >0B. 0< T <14D t <019.典型二阶振荡环节的

11、峰值时间与(A.增益C.增益和阻尼比C t >14)有关。B.误差带D.阻尼比和无阻尼固有频率20若系统的Bode图在3二5处出现转折(如图所示)，这说明系统中有)环节。B. (5s+l)2(0.2s 4-1)221 某系统的传递函数为G(S)# + 7)(sT,其零、极点是(A. 5s+lC. +1D.(4s + l)(s 3)B. 零点D.A. 0.4, IB. , IIC. 3, IA. 零点 s=, s二3;极点 s= 7, s=2 s=7, s=2;极点 s=, s=3C.零点 s=7, s二2;极点 s二一1, s=3零点 s=7, s二2;极点 s=, s=322. 一系统

12、的开环传递函数为 盹-2)则系统的开环增益和型次 s(2s+3)(s+5)依次为()D. 3, II23.已知系统的传递函数G(s)二丄严，其幅频特性丨G(j3)| l + Ts应为()A.1 + TcoeK1 + T3c.1 + T2co2 CY3B.24二阶系统的阻尼比匚，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（讥为幅值穿越（交界）频率，（I）（3。）为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为（A. 180° 一（I）（ s JB. （I）（3 C）C. 180°

13、 +（）（3c）D.90° +（）（丄）26.单位反馈控制系统的开环传递函数为r（t）=2t输入作用下，其稳态误差为（A.竺B. ?44G（s）二亠，则系统在s（s+5）D. 027二阶系统的传递函数为G（s）二 !:S+2gnS + 3；，在0V匚V也时, 2其无阻尼固有频率3 .与谐振频率3 r的关系为（c.G）n>D两者无关28.串联相位滞后校正通常用于（A.提高系统的快速性B.提咼系统的稳态精度C.减少系统的阻尼D.减少系统的固有频率29下列串联校正装置的传递函数中，能在频率o =4处提供最大相位超前角的是（)A心+iB.s+1cO.ls+lS+ 14s+10625s

14、+1D0.625s +10ls+ 130.从某系统的Bode图上,已知其剪切频率3。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 +1B 04s +1c 4s+10.04s +1 4s+l10s +1D.0.4s+1单项选择题（每小题1分，共30分）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则该闭环系统s* +5s +4s的特征方程为开环增益为。3二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间匕与阻尼比、 和有关O4极坐标图（Nyq

15、uist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o5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+5sMs+K=0,牛3误差带 无阻尼固有4频率分贝线 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

16、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B )A. 0型系统C. II型系统B. I型系统D. III型系统5.二阶振荡坏节的相频特性8(3),当3T0C时，其相位移6(8)为(B )A. -270°B. -180°D. 0°C. -90°6. 根据输入量变化的规律分类，控制系统可分为A恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统B. 反馈控

17、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(s),反馈通道的传递函数为H(s),则其等效传递函数为(C )A G(s) 1 + G(s)C G(s) l + G(s)H(s)8. 一阶系统G(s) =Ts + 1B. !1 + G (s)H(s)D G(s) l-G(s)H(s)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.越长B.越短C.不变D.不定9. 拉氏变换将时间函数变换成A. 正弦函数C.单位脉冲函数B. 单位阶跃函数D. 复变函数10. 线性定常系统的传递

18、函数，是在零初始条件下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)二厶，则其频率特性的实部 Ts + lR(3)是(A)A. -JUB.1 + co2T1 + coTC. -A-D. -A-1 + coT1 + coT12微分环节的频率特性相位移（）（3）二（A ）A. 90°B. -90°C. 0°D. -180°13.积分坏节的频率特性相位移（）（s）二（B ）A. 90°B. -9

19、0°C. 0°D. -180°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C. 系统的结构参数B. 初始条件D.输入信号和初始条+3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，输出分别为y(t)困fl y2(t) o当输入为aiUi (t)+a2u2(t)时(弘,出为常数), 输岀应为(B )A. aiyi(t)+y2(t)B. a1y1(t)+a2y2(t)C. aiyi(t)-a2y2(t)

20、D. yi(t)+比兀(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)18.设系统的传递函数为G(s)二、255- +55 + 25(C )D. +20 (dB/dec)则系统的阻尼比为A. 25D. 119 正弦函数B. 52sin 的拉氏变换是(B )A丄S + CDB.(0s2 +CD2s2 +C0220.二阶系统当0匚1时，如果增加匚，则输出响应的最大超调量b%将（B ）A.增加B.减小C.不变D.不定21主导极点的特点是(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

21、很近22 余弦函数 coscot的拉氏变换是(C )A. iB.3S + 3s +arC. / ,D.1+3-S' +GT23.设积分坏节的传递函数为G（s）二丄，S则其频率特性幅值M(s)二(C )A上B.KCOO2C.丄D.1co0224.比例环节的频率特性相位移（）（3 ）二(C )25. 奈奎斯特稳定性判据是利用系统的（C ）来判据闭坏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D闭环幅相频率C. 开环幅相频率特性特性26. 系 统 的 传 递 函 数 (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

22、数决定，也与输入信号有关27. 一阶系统的 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。° 和 90。° 和一90。° 和 180°° 和一180°29. 某二阶系统阻尼比为，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，&尸1000N/m, 2000N/m, D=10N/（m/s）,当系统受到输入信号xt（O = 5sinr的作用时，试求 系统的稳态

23、输岀兀，。（15分）解.X“（s） = k、Ds = 0.01s* Xs） &+忍）心+«灯0.0155 + 1然后通过频率特性求出x,（f） = 0.025 sin（r + 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。（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）旣十泊)_7X,(s)0.0255 + 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）

24、的表达式；（5分）2.概略绘制系统的Nyquist图。(5分)1.G(s)=班 s + s +s(s + 0.01)(s + 100)、0.01 100五已知系统结构如图4所示，试求：（15分）1.绘制系统的信号流图。（5分）2求传递函数器及鴛。（1。分）六系统如图5所示,r（o = KO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3刖（5分）MS寸c（s）2.动态性能指标:超调量Mp和调节时间rv（A = 5%）o （5分）._1 丄 S(S + 2) s(s + 23J)2 - Mp=exl00% = 16.5%R(S) .1S(S 十3)c（s）七如图6所示系统，试

25、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）由劳斯判据：第一列系数大于零，则系统稳定得0<K<54 又有"专冬可得：K244WKV54八.已知单位反馈系统的闭环传递函数(s) = 2，试求系统的5 + 3相位裕量丫。(10分)解：系统的开环传递函数为G(s)=£=21-W(s) s + 1 IG(j3c)1=？= 1，解得叫=品三、设系统的闭环传递函数为Gc(s)二"+23泸+血，试求最大超调量0%=%、峰值时间tp二秒时的闭环传递函数的参数§和3n的值。解：T b% = xlOO% =%3.140.2/1-0.62四

26、、设一系统的闭环传递函数为Gc(s)二、S- +2：3爪 + 3,试求最大超调量。二5%、调整时间t尸2秒(二时的闭环传递函数的参数§和见的值。解：T b% = ,kxioo%=5%.2 =I 3 n= rad/s五、设单位负反馈系统的开环传递函数为弘)=島求(1)系统的阻尼比1和无阻尼自然频率3屛(2)系统的峰值时间如超调量。、调整时间tXA25解:系统闭环传递函数©(s) =s(s + 6)25s(s + 6)25_25s(s + 6) + 25 s2 + 6$ + 25与标准形式对比，可知2v, = 6, vr；=25故叫=5,§ = 0.6又 w(l =

27、w” J1 -孑=5x J1 - 0.6, = 4六、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率3n,阻尼比超调量。,峰值时间，调整时间山(二。解：对于上图所示系统，首先应求出其传递函数，化成标准形 式，然后可用公式求出各项特征量及瞬态响应指标。与标准形式对比，可知2m；, = 0.08, w； = 0.04七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：求：(1)试确定系统的型次V和开环增益K；(2)试求输入为r(r) = l + 3/时，系统的稳态误差。解：(1)将传递函数化成标准形式可见，v=l,这是一个I型系统开坏增益K = 50；(2)讨论输入信号，e = i+3r,即A=b B = 3根据表

28、 34, 误差5 =- + = !+ - = 0 + 0.06 =0.061 + K p Ky 1 + °o 50八、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下： 求：(1)试确定系统的型次v和开环增益K；(2)试求输入为r(t) = 5 + 2t + 4t2时，系统的稳态误差。解：(1)将传递函数化成标准形式可见，v = 2,这是一个II型系统开环增益K=100；根据表34,(2)讨论输入信号,心)=5 +力+铲，即A=5, B = 2, C=4误差 =T+£+f=i4+=0+0+0M=0(M九、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：求：(1)试确定系统的型次V和开环增益K；(

29、2)试求输入为r(t) = 2 + 5t + 2t2时，系统的稳态误差。解：(1)该传递函数已经为标准形式可见，v = 0,这是一个0型系统开坏增益K = 20；(2)讨论输入信号,心)=2+5+2厂,即A=2, B = 5, C=2根据表34,误差A B C 252211=11=GO + O0 = O01 + K” Kv Ka 1 + 200021十、设系统特征方程为s4+2s3+3s2+4s+5=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，a Fl, a3=2, a2=3,弘二4,%二5均大于零，且有所以，此系统是不稳定的。十一、设系统特征方程为试用劳

30、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,a,=l, a3=6, a2=12,ai=10, &o二3均大于零，且有所以，此系统是稳定的。十二、设系统特征方程为试用劳斯-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,第4, a0=3均大于零，且有所以，此系统是不稳定的。十三、设系统特征方程为试用劳斯-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，比二2,出二4,弘二6, %二1 均大于零，且有所以，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

31、曲线。解：该系统开坏增益K=30；有一个积分坏节，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，对应转折频率为严丄= 50,斜率增加一 1 0.0220dB/deCo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。解：该系统开坏增益K=100；有一个积分坏节，即v=l；低频渐近线通过(1,201gl00)这点，即通过(1, 40)这点斜率为-20dB/dec； 有两个惯性坏节，对应转折频率为“'严丄= 10,0.1h.2 = -1_ = ioo,斜率分别增加一20dB/decVz V/ 丄系统对

32、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。解：该系统开坏增益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；有一个一阶微分坏节，对应转折频率为w1=-L = io,斜率增V/ 1加 20dB/deCo系统对数幅频特性曲线如下所示。十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解:十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。R(S解:C(S1. （4分）已知系统的传递函数为,求系统的脉冲响应表达s +4s + 3式。2. （4分）已知单位反馈系统的开环传递函数为益试问该系 统为几型系统系统的单位阶跃响应稳态值为多少3. （4分）已知二阶欠阻尼系统的单位阶跃响应如下，如果将阻尼 比匚增大（但不超过1）,请用文字和图形定性说明其单位阶跃 响应的变化。4.