机械工程控制基础考试题及答案

1、填空题(每空1分1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用叠加原理，而非线性控制系统那么不能。2. 反应控制系统是根据输入量和反应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二二一。4.当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是一负数一时，系统是稳定的。5?方框图中环节的根本连接方式有串联连接、并联连接和反应_连接。6.线性定常系统的传递函数，是在初始条件为零一时，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-at的拉氏变换为A。(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变化的 函数关系称为相频特性

2、 。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 Q_时，响应曲线为等幅振荡。11. 在单位斜坡输入信号作用下，型系统的稳态误差ess=012.0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为0dB/dec ,咼度为 20lgKp。13. 单位斜坡函数t的拉氏变换为 一。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、快速性一和准确性。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、扰动量的形式无关。仃.决定二阶

3、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 W n。18. 设系统的频率特性 G (j 3 )=R( 3 )+jl( 3 ),那么幅频特性|G(j3 )1= R2(w) I 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一局部。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，形状为一半一圆。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的范围为0 ：一1。24.

4、G(S)=4的环节称为惯性环节TS 125. 系统输出量的实际值与 J俞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、左速匚和准确性是对自动控制系统性能的根本要求。228. 二阶系统的典型传递函数是Wn。s 2 w s w29. 设系统的频率特性为 G(j o=R(j ) ji()，那么R()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。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

5、 r= 3仁2233. 根据自动控制系统是否设有反应环节来分类，控制系统可分为_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，为最正确阻尼系数。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,系统输岀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鼓励后，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根 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

6、的充要条件4. I型系统Gs K在单位阶跃输入下，稳态误差为_0_,在单位ss +2加速度输入下，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. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，那么称此系统为离散数字声制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描

7、述。10. 反应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: 而低频段主要说明系统的稳态性能。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2?反应控制系统是指系统中有(A.反应回路C.积分环节3. (:)= ± 为常数)CA. L eatC. L : e(ta)4. L : t2e2t=(A. 1 3 (S -2)3C.(s 2)35. 假设 F

8、(S ) =A，贝9 Limf(t)=(2s -1j 'B.惯性环节D.PID调节常B. L : eatD. L : e (计B.D.A. 4B. 21a(s a)C. 06.f(t)=eat,(a为实数)，贝UA.s -ac.s(s -a)B. 1a(s a)D.- 1_.a(s-a):(忖=(7.f(t)= 3t-2，那么 L0 t :2 ,A. 3sf(t):C3-2s.-e8.某系统的微分方程为A.线性系统C.非线性系统=(B.1?2sesD.32s -e s5xo(t) 2xo(t) Xc(tAXi(t), 它是(B.线性定常系统D.非线性时变系统A.比例环节C.惯性环节B.

9、延时环节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) =&hoo,其无阻尼固有频率A. 10B. 5C. 2.5D.25T2G(s)=占，贝淇单位阶跃响应函数为D. £T2(1 - e"Kt/T)15.延时环节 G(s)=eA. T3C. 9 0s的相频特性/ G(j 3 )等于(B. -TD. 112. 一阶系K的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为(1 Ts统B. KTC.二13. 某系统的传递函数A. B.14. 图示系统称为(系统匚A.

10、 0B. Ic. n16.对数幅频特性的渐近线如下图，A. 1+TsB.宀D. (1+TS)2它对应的传递函数 G s为17.图示对应A. Ts的环C. 1+TsD. *18.设系统的特征方程为D(S)=S3+14S2+40S+40 T =0 ,T值范围为那么此系统稳定的A. T >019.的峰值时间与B. 0< T <14C. T >14典型二阶振荡环节D. T <0右关A.增益B.误差带岀现转折如下图，这说明系统中有环节。A. 5s+1B.(5s+1) 2C. 0.2s+1D.(0.2s +1)21.某系统的传递函数为G(S)=a胡其零、极点是()A. 零点

11、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那么系统的开环增益和型次依次s(2s+3)(s+5)A. 0.4 , IB. 0.4 , nC. 3, ID. 3 , n23.系统的传递函数G(s) =Aes,其幅频特性丨Gj 3 丨应为A.C.1 T2? 2e1D.K,1 T2? ? 2为24.二阶系统的阻尼比乙等于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

12、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，那么相位裕度为 ()B. 0 A. 180 °- 0 ( 3 c)3D. 90 ° + $ (3 c)G(y，那么系统在r(t)=2tC.D. 00<z< 4时，其无阻)B.提高系统的稳态牯度C. 180 ° + $ ( 3 C)26.单位反应控制系统的开环传递函数为 输入作用下，其稳态误差为(A. 10B. 54427?二阶系统的传递函数为 G(s)=尼固有频率3 n与谐振频率3 r的关系为(A. 3 nV 3 r

13、B. 3 n= 3 rD.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C.减少系统的阻尼D. 减少糸统的固有频举29.以下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筈30.从某系统的B.s 亠 14s亠101s 10.625s - 10.625s 101 s 亠 1Bode图上，其剪切频率 3广40,那么以下串联校正装置的传递函数中能在根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)4s - 1D0.4s -1a0.004s 十 1眞 0.4s + 14s十110s ' 10.04s 14s 1单项选择题(每题

14、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. D 21.D 22.A 23.D 24.C 25.C26. A27. C 28.B 29.D 30.B二、填空题 每题 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. 一个单位反应系统的前向传递函数为 亍上 ，那么该闭环系统的特征 s3 +5s 2 +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。4. 极坐标图 Nyquist 图与对数坐标图 Bode

15、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 每题 2 分，共 10 分 1.型次输入信号2.s3+5s2+4s+K=0 , k3.误差带无阻尼固有频7 4率4.0 分贝线 180“线 5 .本身参数和结构输入仁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

16、递函数的分母多项式为零，那么可得到系统的(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.III 型系统5 . 二阶振荡环节的相频特性X ) ，当时，其相位移并：)为(B )A . -270 °B .-180 °C. -90°D .0°6. 根据输入量变化的

17、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. 反应控制系统、前馈控制系统前馈一反应复合控制系统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.采用负弦函连接时，如前向通道的传递函数为G(s),反应通道的递函数为H(s),那么其等效传递函数8.G(s)1 G(s)G(s)1 G(s)H(s)阶系统G(s)=稳态值的时间A .越长C.C.单位脉冲函数10 .线性定常系统的11 G(s)H(s)G(s)1 - G(s)H(s)也的时间常数t越大，贝y系统的输出响应到达Ts +B .越短D .不定将时间函数变换B.单位阶跃函数D.复变函数传

18、递函数，是在零初始条件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 .假设某系统的传递函数为 G(s)=厶，那么其频率特性的实部R( 3 )Ts +112t2K1 T12.微分环节的频相位移e 3A. 90B. -90C.D. -1800 °13.积分坏节的频相位移e 3 A. 90C.0 °B. -90D. -18014传递函数反映了系统的动态性能，它与以下哪项因素有关？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

19、统特征方程式的所有根均在根平面的左半局部是系统稳定的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，其输入分别为山和吐时，输出分别为ydt和y2t。当 输入为a1U1t+a2U2t时a1,a2为常数，输 出应为(B )A. ay(t)+y 2(t)C. ay(t)-a 2y2(t)B. ay(t)+a 2y2( t)D. ydt)+a 2y2( 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)B )18.(19(20.将21(C. O(dB/dec)设系统的传递函数为D. +20(那么/输出响

20、应的最大超调量A. 25B. 5正弦函B )A.丄s + oC _s_2 2、s 亠二阶系统当0< V1时，(B )A.增加C. 不变.主导D )A距离实轴很远C.距离虚轴很远余弦函数sin tD 灼B. -2 2SD. 亠如果增加,B. 减小D.不定极点的特点D.1拉氏变换B. 距离实轴很近D.距离虚轴很近cos t的拉氏变换是A.1s ，那么系统的阻尼比为23 .设积分环节的传递函数为B.(s)= 1 ,那么其频率特性幅值国s(C ) C.丄D. S?24. 比例环节的频率特性相位移9M( ?)=(3)定性的一个判别准那么A.90B.-9025.奈奎斯特稳定性判据是利用系统的 A.开

21、环幅值频率特性B.开环相角频C.0率特性(? CD.-180)来判据闭环系统稳C. 开环幅相频率特性26.系统的(? 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. 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D.无振荡C. 有振荡28.相位移二阶振荡环节的对数频率特性9 ( 3 )在(? D )之间C. 0。和 180 °D.0。和18029.某二阶系统阻尼比为 0.2 ,那么系统阶跃响应为? CA.发散振荡B.单调衰减C.衰减振荡D.等幅振荡二. 设有

22、一个系统如图1所示，ki=IO0ON/m, k 2=2O0ON/m,D=10N/ m/s,当系统受到输入信号Xi t =5sint的作用时，试求系统的 稳态输出 x° t。 15 分解.XoS k1Ds0.01s° Xis& * Ds *k2 一 0.015s + 1然后通过频率特性求出Xo t = 0.025sin t 89.14三 .一个未知传递函数的被控系统，构成单位反应闭环。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分试写出其近似3所示。10分2如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统, 闭环传递函数；5分

23、K解：1。_X。s 1 K。7Xi s 0.025s 8四.开环最小相位系统的对数幅频特性如图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100 s(s 0.01)(s 100)G(s)=%s1)1002痂別2.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. 求传递函数加及乂。 10分Xi s N s1.系统的阻尼比？和无阻尼自然频率(5 分)六. 系统如图5所示，rtt为单位阶跃函数，试求：10分SsVsze2.动态性能指标：超调量 Mp和调节时间ts，5%。 5分1 22. Mp 二 e 100% =16.5%R 5 +七.

24、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，essV 2.25K的数值。10分由劳斯判据:0 : K : 54第一列系数大于零，那么系统稳定得又有：v 2.25可得：K > 44< K V 54八单位反应系统的闭环传递函数心二总，试求系统的相位裕量。10分解：系统的开环传递函数为沖閔孑|G皿中詁r1,解得心2 -n7% =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三、设系统的闭环传递函数为 GC S= s“，试求最大超调量 的值。解：T ;乂 2 100%=9.6%jiWTF=0.2? E =0.6314tpp1 呼 0.2 J1 0.6219.6r

25、ad/s四、设一系统的闭环传递函数为%戶sA*，试求最大超调量a % =5%调整时间t s=2秒=0.05 时的闭环传递函数的参数和3 n的值解：汉 100%=5%? E =0.693 ts =?3 n=2.17 rad/s五、设单位负反应系统的开环传递函数为Gk(sA ；(卩)求(1)系统的阻尼比Z和无阻尼自然频率(2)系统的峰值时间t p、超调量C %调整时间ts(A =0.02)；2解：系统闭环传递函数s(s 6)25 s 6s 2525GB(S) = ?a2525s(s 6)与标准形式比照，可知,w2 =25Wn =5=0.6又wd 二八2 =5 .j -0.62 =4w六、某系统如以

26、下图所示，试求其无阻尼自然频率调量C %，峰值时间切，调整时间ts( =0.02) 0con,阻尼比Z，超100就吊0占+4)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。与标准形式比照，可知2 Wn=0.08七、单位负反应系统的幵环传递函数如下：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) =13t时，系统的稳态误差解: (1)将传递函数化成标准形式可见，V = 1,这是一个I型系统开环增益K = 50;(2)讨论输入信号，r(t) =1? 3t，即A = 1, B = 3根据表 3 4,误差ess十旦+空=0十0

27、.06 = 0.061 + Kp KV 1+ 比 50八、单位负反应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 價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;(2)讨论输入信号，r(L5 2t 4t2，即卩 A = 5, B = 2, C=4根据表 3 4,误差 ess 一旦 + 2=AA+?+4=0+0+0.04 = 0.04 1+K p Kv Ka 1 + 闵旳 100九、单位负反应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

28、为r(tA2 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型系统开环增益K = 20;(2)讨论输入信号，rQ2 5t 2t2，即卩A = 2, B = 5, C=2+2 =2+00 +co =eo0 0 21根据表3 4,误差ess = A +旦十2=1+Kp Kv Ka 1 +20十、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，a4=1, a3=2, a2=3, a1=4, a°=5均大于零，且有所以，此系统是不稳定的。十A 一、设系统特征方程为

29、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=6，a2=12，a1=10 ，a0=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， a1=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， a3=2,a 2=4,a !=6,a 0=1 均大于 零，且 有 所以，此系统是稳定的

30、。解：该十四、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 系统开环增益 K = 30;有一个积分环节，即 斜率为 20dB/dec ;有一个惯性环节，对应转折频率为W1 - 50，斜率增加 -v= 1; 低频渐近线通过 (1, 20lg30 )这点，20dB/dec。系统对数幅频特性曲线如下所示20lg30? /(rad/s)-40 dB / dec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)这点斜率为一20dB/dec ;有两个惯性环节

31、，对应转折频率为W1 1 10 , W2 1 100，斜0.1 0.01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。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，wi二右=10，斜率增加即通过(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20dB/dec。系统对数幅频特性曲线如下所示*L(?)/dB十七、如以下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数解:解:R(SS)H1/G2R(S)C(S)-R(S)a丄代将k iC(S)九、如以下图所示韜芳椎花优 并求出其传递函数R(S)GsC(S)GiG1G21+ G 2H1A.三、R(S)G1G2 G3HiG1G2H1简答2题s2 4s 3C(S)G2G3C(S)H1G3C(S),求系统的脉冲响应表达式2. 4分单位反应系统的开环传递函数 为s7K- 1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.阻尼系统的单位