历年机械工程控制基础试题及答案

1、全国 2002 年 10 月自学考试 机械工程控制基础试卷一、单项选择题 (在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号内。每小题 共 30 分 )1.控制工程主要研究并解决的问题之A. 系统已定，B.系统已定，C.系统已定，D.系统不定，2.f(t) 如图所示是输入不确定，求系统的输出 输入已知，求系统的输出 规定系统的输入 输入已知，求出系统的输出(响应)(响应 )则 L f(t) 为 ()A.1-2t es2B.-2se-2ssC.1 -2sD.1 -tseess3.已知F(s)=1 ，则L-1F(s)为()s(s 1)4.已知F(s)=L f(t) ，若F(s)=

2、1=2,则 f(t)| t=?( )s 2s 11A.25.下列系统中为线性系统的微分模型为：B.11C.3(D.01.5 分，2d2x0(t)dx0(t) 2 dxi(t)A.160212( 0 )2 x0(t) dxi(t)dt2 dt dt2 d x 0(t)dx0(t)B.160212 024x0(t) xi (t)dt2 dt2d2x 0(t) 2dx0(t)C.16( 02 )2 12 0 dt2dt 24x0(t) xi (t)D.16 d2x02(t) etdt212 dxd0t(t ) 24ln(t) x0(t) xi(t) dt6.对于定常控制系统来说， ( ) A.表达系

3、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7.系统方框图如图所示，则系统的闭环传递函数为A. G(S)H(S)A. 1 G(S)H(S)C. 1+G(S) ·H(S)( )G(S) H(S) B.1 - G(S)G(S)D.1 G(S)H(S)8.二阶系统的传递函数为(s 0.5)(s 4) ,则系统增益为 ( )A.10 B.0.59.若系统的单位脉冲响应为C.4 D.5e-2t+2e-t，则系统的传递函数为： ( )12A.s 2 s 110.某系统的传递函数为B. s2 2s 1 5C.s12e 2sD.s1A.极

4、点B.极点C.极点 D.极点系统的零极点为 ( (s 1)(s 2)s1=-1, s2=-2, 零点 s3=5s1=1, s2=2 s1=-1, s2=-2 s1=1, s2=2, 零点 s3=-511.下列信号中，哪个用来定义二阶系统的瞬态响应指标 A.单位阶跃12.系统如图B.单位脉冲，其稳态误差定义为 (C.单位斜坡)D.单位正弦A.e ss= lim SG(S)B.ess= lim te(t)sC.ess= lim e(t)tD.ess= lim e(t)t013.某系统传函数为G(s)= k ，则转角频率为 s1A.14. 控制系统中 (A.系统型次越高，B.系统型次越高，C.系统阶

5、次越高，D.系统阶次越高，15.在设计控制系统时，稳定性判断 ( ) A. 不必判断B. 绝对必要)增益增益增益B.C.k/D.kK 越大，系统稳定误差越大K 越大，系统稳定误差越小K 越大，系统稳定误差越小稳态误差越大C.有时是必要的D.根据系统而定16.系统的正弦响应是指 ( )A.不论输入为何种信号，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17.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C.闭环系统中的开环

6、传递函数的特征方程18.为了增加系统的稳定性裕量，可以 (A.减小系统的增益C.减小输入信号B.开环系统的传递函数D.闭环系统的特征方程)B.增大系统的增益D.使用开环系统19.所谓校正 (又称补偿 )是指 ( A. 加入 PID 校正器 C.使系统稳定)B.在系统中增加新的环节或改变某些参数D.使用劳斯判据20.二阶振荡环节 G(s)= 2 n 2 的幅频特性( s2 2 n s2nA. 越大，谐振峰越高C.n 越小，谐振峰越高、填空题 (每空 0.5分，共 10 分)B.越小，谐振峰越高D. n越大，谐振峰越高21. 闭环系统是指系统的 对系统有控制作用，或者说，系统中存在 的回路。22.

7、 设计控制系统基于以下几个要求： 性、 性、 性和 性。23. 传递函数通过 与 之间信息的传递关系，来描述系统本身的动态特征。24. 系统在外加激励作用下，其 随 变化的函数关系称为系统的时间响应。25. 频率响应是系统对 输入的 。26. 若系统传递函数 G（S）的所有 均在 S平面的 ，则系统称为最小相位系统。27. 一个系统稳定的必要和充分条件是，其特征方程的所有的根都必须为 或 。也即稳定系统的全部根 Si 均应在复平面的 。28. PID 校正器是能够实现 P， I 和 D控制作用的校正器。三、简答题 （每小题 5 分，共 20分）29. （5 分 ）什么是反馈 （包括正反馈和负反

8、馈 ）?什么是闭环控制系统 ?30. （5 分）单位反馈系统的前向通道传递函数为Gk（s）=，a、 b、 c为大于 0 的常数。s（bs 1）（cs 1）（1）试写出静态误差系数 Kp、Kv和 Ka。（2）当系统输入为单位斜坡函数时，系统有无稳态误差，若有为何值31. （5 分 ）简述系统相对稳定性的概念 ?何为相位裕量 ?（画图说明 ）32. （5 分 ）串联相位超前校正时瞬态响应作了何种改善?简述原理。四、计算题 （共 40 分）33. （6 分 ）某系统方框图如下，求使系统稳定的f 值范围。34. （6 分）写出图示系统的传递函数，并写出系统的n 和。35. （6 分 ）化简下列方框图，

9、并写出传递函数。36. （6 分 ）某系统如图（单位阶跃输入 ）1037.（8 分 ）设单位反馈系统的开环传递函数G(s)= (2s 1)(s 1)试求该系统的峰值时间、最大超调量试求闭环的 Mr, r 和 d1000( s 1)38.（8 分 ）已知系统开环传递函数为 G（s）=10 ss s( 1)( 1)2 100（1）试画出传递函数对应的渐近线幅频特性曲线；（2）试画出相应的近似相频特性曲线；（3）系统是否稳定，为什么 ?全国 2001年 10 月机械工程控制基础试题课程代码： 02240第一部分 选择题、 单项选择题（本大题共 30 小题，每小题 1 分，共 30 分）在每小题列出的

10、四个选项中只有一个选项是符合题 目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。1. 开环系统与闭环系统最本质的区别是（ A ）A. 开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用B. 开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用C. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路 D.开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路2. 若f(t) 0, 0t<5，则 Lf(t) ( B )1, t 5A.esB.C.11 5sD. e3. 已知 f (t) 0.5t 1,其 Lf(t) ( C )2A.s 0.5s2B.0.5s2C.12s21D.

11、2s4. 下列函数既可用初值定理求其初始值又可用终值定理求其终值的为（A.5s2 25B.ss2 16C.1s2D.1s25. 若f(t) te 2t，则Lf(t) ( B )1A.s2B.1(s 2)2C.1s2D.1(s 2)26. 线性系统与非线性系统的根本区别在于（ C ）A. 线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数B. 线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入C. 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理D. 线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少7. 系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数为（10A.5s 120s

12、B.5s 110C.2s(5s 1)D.2s8. 二阶系统的极点分别为s10.5 , s24 ，系统增益为5，则其传递函数为（A. 2(s 0.5)(s 4)B. 2(s 0.5 )( s 4)C.(s 0.5 )( s 4)10D.(s 0.5 )( s 4)59. 某系统的传递函数为 G(s) ，则该系统的单位脉冲响应函数为(s2A.5e 2tB.5tC.5e2t5 D.t10. 二阶欠阻尼系统的上升时间 tr 定义为( CA.单位阶跃响应达到稳态值所需的时间B.单位阶跃响应从稳态值的 10%上升到 90%所需的时间C.单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值时所需的时间D.单位阶跃响应达到其稳

13、态值的 50%所需的时间11. 系统类型A.系统型次B.系统型次C.系统型次D.系统型次A ) 系统稳态误差越小 系统稳态误差越小 系统稳态误差越小 系统稳态误差越小、开环增益 K 对系统稳态误差的影响为( 越高，开环增益 越低，开环增益 越高，开环增益 越低，开环增益12. 一系统的传递函数为 G(s)K 越大， K 越大， K 越小， K 越小，KTs 1，则该系统时间响应的快速性(A.与 K 有关 C.与 T 有关B. 与 K 和 T 有关D. 与输入信号大小有关13. 一闭环系统的开环传递函数为 G(s)8(s 3)，则该系统为(s(2s 3)(s 2)A. 0 型系统，开环增益为 8

14、B.I 型系统，开环增益为C. I型系统，开环增益为 4D.0 型系统，开环增益为14. 瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的(A. 单位脉冲函数C.单位正弦函数B.单位阶跃函数 D.单位斜坡函数15.二阶系统的传递函数为 G(s) 2 2Ks 2s 1，当 K 增大时，其( CA.无阻尼自然频率n 增大，阻尼比增大B.无阻尼自然频率n 增大，阻尼比减小C.无阻尼自然频率n 减小，阻尼比减小D.无阻尼自然频率n 减小，阻尼比增大S平面左半平面S平面右半平面S平面右半平面16. 所谓最小相位系统是指( B )A. 系统传递函数的极点均在 S 平面左半平面B. 系统开环传递

15、函数的所有零点和极点均在C. 系统闭环传递函数的所有零点和极点均在D. 系统开环传递函数的所有零点和极点均在17. 一系统的传递函数为10G(s) 10 ，则其截止频率 b 为( A ) s2A. 2rad/ sC.5 rad / sB.0.5rad / sD.10 rad / s18. 一系统的传递函数为KG(s) K ，则其相位角 ( ) 可表达为( B ) s(Ts 1)A. tg 1TB. 90 tg 1TC.90 tg 1TD.tg 1T19. 一系统的传递函数为2G(s) 2 ，当输入 r(t) 2sin2t 时，则其稳态输出的幅值为( A ) s2A. 2B. 2 /2C.2D.

16、420. 延时环节 e s( 0) ，其相频特性和幅频特性的变化规律是(D )A. ( ) 90 ,L( ) 0 dBB. ( ) , L( ) 1 dBC. ( ) 90 ,L( ) dBD. ( ) , L( ) 0 dB21. 一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)Ks(s 1)(s 2)当 K 增大时，对系统性能能的影响是(A. 稳定性降低B.频宽降低C.阶跃输入误差增大D.阶跃输入误差减小22. 一单位反馈系统的开环 Bode 图已知，其幅频特性在低频段是一条斜率为20dB/ dec的渐近直线，且延长线与 0dB 线的交点频率为 c 5 ，则当输入为 r(t) 0.5t时，其稳态误差

17、为(AA.0.1B.0.2C.0D.0.523. 利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，Z P N 中的 Z 表示意义为(D )A.开环传递函数零点在S左半平面的个数B.开环传递函数零点在S右半平面的个数C.闭环传递函数零点在S右半平面的个数D.闭环特征方程的根在S右半平面的个数24. 关于劳斯胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据，以下叙述中正确的是(B )A. 劳斯胡尔维茨判据属代数判据，是用来判断开环系统稳定性的B. 乃奎斯特判据属几何判据，是用来判断闭环系统稳定性的C. 乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的D. 以上叙述均不正确25.以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是( D

18、 )A.截止频率 bB.谐振频率 r与谐振峰值 M rC.频带宽度D. 相位裕量 与幅值裕量 kg26. 一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)则该系统稳定的s(s K)K 值范围为( AA.K>0B.K> 1C.0<K< 10D. K> 127. 对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系，以下叙述中不正确的有(A.开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性B. 中频段表征了闭环系统的动态特性C. 高频段表征了闭环系统的抗干扰能力 D.低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求 28. 以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为( D )B.调整时间 tsA.

19、上升时间 t rC.幅值穿越频率cD.相位穿越频率gs129. 当系统采用串联校正时，校正环节为Gc(s) s 1 ，则该校正环节对系统性能的影响是( c 2s 1A.增大开环幅值穿越频率cB. 增大稳态误差C. 减小稳态误差D. 稳态误差不变，响应速度降低As 130. 串联校正环节 Gc(s)，关于 A与 B之间关系的正确描述为(A )c Bs 1A.若 Gc(s)为超前校正环节，则 A>B> 0B. 若 Gc(s)为滞后校正环节，则 A> B>0C. 若 Gc(s)为超前滞后校正环节，则 ABD. 若 Gc(s)为 PID 校正环节，则 A=0，B>0第二部

20、分 非选择题、填空题(本大题共 5小题，每小题 2分，共 10 分)31. 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。32. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态状态到最终状态状态的响应过程。33. 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。34.034.I 型系统 G(s)Ks(s 2)在单位阶跃输入下，稳态误差为0 ，在单位加速度输入下，稳态误差为 。35.频率响应是系统对 正弦输入的稳态响应，频率特性包括幅频和相频 两种特

21、性。 三、简答题(共 16 分)36.二阶系统的传递函数为1，s2 s 1试在左图中标出系统的特征根在S平面上的位置，在右图中标出单位阶跃曲线。解：37. 时域动态性能指标有哪些？它们反映系统哪些方面的性能？解： td延迟时间tr上升时间tp峰值时间Mp 超调量 ts调节时间td、tr、tp、ts 反映系统的快速性 Mp 反映系统的相对稳定性。38. 简述相位裕量 的定义、计算公式，并在极坐标上表示出来。解：定义：是开环频率特性幅值为 1 时对负实轴的相位差值。即从原点到奈氏图与单位圆交点的连线与负实 轴的夹角。计算公式：在极坐标下表示为39. 简述串联相位超前校正的特点。解： .相位超前校正

22、特点： 增加相位余量 ，提高稳定性 增加幅值穿越频率c ，提高快速性 增加高频增益（或高通滤波器） ，抗干扰能力下降。k 为弹四、计算题（本大题共 6 小题，共 44分）40. （7 分）机械系统如图所示，其中，外力f（t） 为系统的输入，位移 x（t） 为系统的输出， m 为小车质量，簧的弹性系数， B 为阻尼器的阻尼系数，试求系统的传递函数（忽略小车与地面的摩擦）。解：系统的微分方程为拉氏变换得： （零初始条件）41.（7 分）已知系统结构如图，试求传递函数C(s) 及 C(s)R(s) N(s)42.(7分)系统如图所示， r(t) 1t 为单位阶跃函数，试求：1. 系统的阻尼比和无阻尼

23、自然频率 n14S(S 2) s(s 2 n)2. 动态性能指标：超调量 Mp 和调节时间 ts( 5)2 Mp e 1 100% 16.5%ess 2.25时， K的数值。8 分)如图所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下28 分)已知单位反馈系统的闭环传递函数 W(s) ，试求系统的相位裕量 和幅值裕量 kg2 3 2.D(s) s(s 3)2 K s3 6s2 9s K 0由劳斯判据：第一列系数大于零，则系统稳定得 0 K 549又有： ess 2.25ss K可得： K 44 K<547 分)已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图所示。1. 写出开环传递函数 G(s)的表达

24、式；G(s) K 100s( s 1)( s 1) s(s 0.01)(s 100)0.01 1002. 概略绘制系统的乃奈斯特图。s3解：系统的开环传递函数为G(s)W(s)1 W (s)2s12|G( j c) |21，解得 c 3c2 12005 年 10 月全国自考机械工程控制基础试卷2005 年 10 月自考机械工程控制基础答案浙江省 2002 年 1 月机械工程控制基础试题课程代码： 02240一、单项选择题 （ 在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填 在题干的括号内。每小题 1分，共 30 分）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

25、（ B ）A. 最优控制C.系统校正2. 反馈控制系统是指系统中有 （A. 反馈回路C. 积分环节3.(1A )= s a ,(a为常数 )A.L e atC.（ta）L e 4.L2 2t te =(B )A.1(s 2)3C.2(s 2)3B. 系统辩识D.A )B.惯性环节D.PIDB. L eatD.L e (t+a)B.1a(s a)D.2 s3B )B.2D.tf(t)dt =(0C)a A.sa1B.a(s a)C.1s(s a)D.1a(s a)37.f(t)= 30t2，则 Lf(t) =(C )31 2sA.B. e 2sss3 2s3 2sC. e 2sD. e2sss8

26、.某系统的微分方程为5x0(t) 2x0(t) x0(t) xi(t),它是 ( Ct2)A. 线性系统C.非线性系统 9.某环节的传递函数为G(s)=e 2s，它是 ( BA. 比例环节B.线性定常系统D.非线性时变系统B.延时环节10.图示系统的传递函数为 ( B1 A.RCs 1RCsB.RCs 1C. RCs+1D. RCs 1RCs11.二阶系统的传递函数为 G(s)=24s2 s 100A. 10B. 5,其无阻尼固有频率 n是 ( BC. 2.5D. 25K12.一阶系统 1 KTs的单位脉冲响应曲线在 t=0 处的斜率为 (K A.TB. KTC. TK2D.KT213.某系统

27、的传递函数G(s)= TsK 1,则其单位阶跃响应函数为 (K t/T B. eT14.图示系统称为 ( B )A. 0B. A. 1e Kt/TTt/TC. K(1 et/T)D. (1 eC. D. 15.延时环节 G(s)=e s 的相频特性Kt/TKt/T)G(jA. B. C.°D. 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 ( D )A. 1+Ts1 B.1 Ts12C.D. (1+Ts) 2Ts17.图示对应的环节为( C )A. Ts1 B.1 TsC. 1+Ts1 D.Ts3218.设系统的特征方程为 D(s)=s3+14s2+40s+40 =

28、0，则此系统稳定的 值范围为 ( BA. >0B. 0< <14C. >14D. <019.典型二阶振荡环节的峰值时间与 ( D A. 增益C.增益和阻尼比D.阻尼比和无阻尼固有频率20.若系统的 Bode 图在 =5 处出现 转折 (如图所示 )，这说明系统中有 ( DA. 5s+1)环节。2B. (5s+1)21D. 2 (0.2s 1)221.某系统的传递函数为 G(s)= (s 7)(s 2) (4s 1)(s 3)A. 零点 s= 0.25,s=3;极点 s= 7,s=2C. 零点 s= 7,s=2;极点 s= 1,s=33(s 2)C. 0.2s+1其

29、零、极点是 ( D )B.零点 s=7,s= 2;极点D.零点 s= 7,s=2;极点s=0.25,s=3s=0.25,s=322.一系统的开环传递函数为A. 0.4 ，23.已知系统的传递函数,则系统的开环增益和型次依次为 s(2s 3)(s 5)B. 0.4 ，G(s)= K e ts ，其幅频特性1 TsC. 3，G(j )应为 (D. 3 ，A. K e1TB.Ke1TC. 1 KT2 2 eD.K1 T2 224.二阶系统的阻尼比 ，等于 (C )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c为

30、幅值穿越 (交界)频率， (c)为开环频率特性幅值为 为 (C )A. 180 ° ( c)C. 180° +(c)B.D. 90 °26.单位反馈控制系统的开环传递函数为4G(s)= s(s4 5)1 时的相位角，则相位裕度(c)+ ( c)，则系统在 r(t)=2t 输入作用下，其稳态误差为 ( A )10A.4B.C.D. 027.二阶系统的传递函数为G(s)= s2 2 ns n2 ,在 0<2 时，2其无阻尼固有频率 n与谐振频率 r 的关系为A. n< rB. n= r28.串联相位滞后校正通常用于 ( B )C. n> rD. 两者

31、无关A. 提高系统的快速性B. 减少系统的阻尼29.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率B.D. c=4 处提供最大相位超前角的是 （ D ）s1B.4s 14s 1C.10s 14s 1 A.s130.从某系统的 Bode 图上，已知其剪切频率 在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下， 是 （ B ）0.004s 10.4s 1A. B.0.04s 14s 1二、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、01. s 10.625s 1C. D.0.625s 10.1s 1 c 40，则下列串联校正装置的传递函数中能 通过适当调整增益使稳态误差减至最

32、小的4s 1 D.0.4s 12.一个单位反馈系统的前向传递函数为s3 5s2 4s，则该闭环系统的特征方程为环增益为3. 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。三、简答题 （共 16 分 ）1.（4 分 ）已知系统的传递函数为2 ，求系统的脉冲响应表达式。2s2 4s 32. （4 分 ）已知单位反馈系统的开环传递函数为K ，试问该系统为几型系统 ?系统的单位 s（7s 1）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 文字和图形定性说明其单位阶跃响应的变化。增大 （但不超过 1），请用4. （4 分 ）已知各系统的零点 （o）、极点 （x）分布分别如图所示， 请问各个系统是否有非主导极点， 若有请在图上标出。