机械的工程的控制基础考试的题目A

1、机械工程控制基础考试试卷(A卷)班级姓名学号、填空题(每空1分，共20分)题号一二二四总得分评卷人审核人得分1、对控制系统的基本要求是：2、已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换Lf(t)= o3、二阶系统的极点分别为si=-0,5,s 2=-4，系统增益为2,则其传递函数G(S)=一4、零频幅值A(0)表示当频率 向接近丁零时，环系统输生的幅值与输入幅值之比。5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题，机械工程控制就是研究？输由三者之间的动态关系。6、系统的频率特性求取有三种方法：根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s换为来求取。7、微分环节的控制作用主要有>

2、 ?。28、二阶系统的传递函数为G(s)=2一、其中斜为系统的当0 <1时为 系统。在阻尼比 E <0,707时，幅频特性由现峰值，称 ，此时的频率称谐振频率 3 r =斜& -2匕2。9、 一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为系统。10、对自动控制系统按照输生变化规律分为 系统、系统、 统011、 对积分环节而言，其相频特性 Z G(jw)=。二、选择题(每题1分，共15分)1 .控制工程主要研究并解决的问题之一是()。A.系统已定，输入不确定，求系统的输由B.系统已定，输入已知，求系统的输由(响应)C.系统已定，规定系统的输入D.系统不定，输入已知，求生系

3、统的输由(响应)2.已知 F(s)=L f(t),若 F(s)=s-+-斗，则 f(t)|tTA=?()A. 1B.1C.1D.0233.下列系统中为线性系统的微分模型为、.2,A.16d XQ(t) 12(住)2 dt2dtX0(t)=、0 dt 2B.16 八)12dxon 24x0(t) =Xj (t) dtdt? 2,d Xo (t) 2C.16()dtdxo12 * 24xo(t) =Xi(t).2 一d2X0(t) D. 16 -edt °2dx 0(t)1224ln(t) x (t) =x i (t)dt4.对丁定常控制系统来说,A.表达系统的微分方程各项系数不随时间改

4、变B.微分方程的各阶微分项的籍为C.不能用微分方程表示D.系统总是稳定的5.二阶系统的传递函数为10,则系统增益为()O(s 0.5)(s 4)A.10B.0.56.已知一个系统的单位阶跃响应为C.4t2Te 彳D.5，则该系统的单位脉冲响应为(tA. -2Te 7B. TeC.t-2e7tD. 2e77.某系统的传递函数为A.极点 si=-1, S2=-2, C.极点 si=-1, S2=-2(s 1)(s 2)零点S3=5系统的零极点为 ()B.极点 Si=1, S2=2D.极点 si=1, &=2 ,零点 s3=-58.下列信号中，哪个用来定义二阶系统的瞬态口腕A.单位阶跃B.单

5、位脉冲9.系统如图，其稳态误差定义为X,(s)oD.单位正弦A.ess=lim SG(S)B.ess= lim.te(t)D.ess=)0m e(t)10.莫系统传函数为G (s)=,则转角频率为 ()A. 1TB. rC.k/ rD.kr11.控制系统中 ()。A.系统型次越高，增益 K越大，系统稳定误差越大B.系统型次越高，增益 K越大，系统稳定误差越小C.系统阶次越低，增益 K越大，系统稳定误差越小 D.系统阶次越高，稳态误差越大12.在设计控制系统时，稳定性判断A.不必判断)B.绝对必要C.有时是必要的D.根据系统而定13.系统的正弦响应是指()A.不论输入为何种信号，输由都为正弦时的

6、情况B.对系统输入一系歹 0不同频率正弦信号时，输生的响应变化情况C.对系统输入一个固定的频率正弦信号时，输由的响应变化情况D.对系统输入一系歹 0幅值不同的正弦信号时，输由的响应变化情况14 .劳斯判据应用丁控制系统稳定性判断时是针对0A.闭环系统的传递函数B.开环系统的传递函数C.闭环系统中的开环传递函数的特征方程D.闭环系统的特征方程15 .设3c为幅值穿越(交界)频率，4(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. 1804(3 c)B. 4(3 c) C. 180 +4 ( 3 c) D. 900 + 4 ( c)三、计算分析题(共 40分)1、通过方框图的等

7、效变换求取下图系统的传递函数G (s) =Xo (s) / X i(s)。(15分)Xi(S)*&ZJ AA(A413+AAx +Xo(S)+'拦 L 昂AHI 2、如下图所示的机械系统，在质量块m上施加一个阶跃力Xi(t)=3牛顿后，系统的时间响应xo(t)如右图所示，试写生系统的最大超调量MP,峰值时间tp,计算弹簧的刚度 K、质量块的质量 m和阻尼系数土的值。(15分)允许误差10E 83、设系统的特征方程为D（S） = S5+3S4+4g+12g-5S-15试用Routh表判别系统的稳定性，并说明该系统具有正实部特征根的个数。（10分） 四、综合题（共25分）(13 分

8、)1 .已知某单位负反馈最小相位系统的对数幅频特性曲线如下图所示，试（1）写由该系统的开环传递函数；（2）求该系统的剪切频率 幻和相位裕量丫。（图中：-2指斜率-40dB,-1指斜率-20dB）L(o)dB2 .设(1)(2)(12)Gk (s)= s(T 1s 1)(T 2s 1)概略绘制系统的开环Nyquist图;讨论K值不同时系统的稳定性。（Ti» 0, 丁 2 A0）为某系统的开环传递函数机械工程控制基础考试试卷 （A卷）答案、填空题（每空2分，共20分）1 .系统的稳定性2 ._1/s +1/s 或者（3 . 2/（s+0.5）（s+_4）4 .闭；5 .系统，输入；6 .

9、 jw ;7 .使输由提前、8 .无阻尼固有频率9 .相似；10.自动调节系统、响应的快速性 、1+s） /s 2;增加系统的阻尼欠阻尼谐振峰值；随动系统、程序控制系 统；响应的准确性强化噪声11 .-90、选择题（每题1分，共15分）1、B; 2、D; 3、B; 4、A; 5、11、B ;12、B; 13、B; 14、三、计算分析题（共 40分）D; 6、C; 7、B; 8、A; 9、C; 10、AD; 15、C1、 （15分）解：根据系统结构特点，应先把图中的点A前移至B点，化简后，再后移至后从内环到外环逐步化简，其简化过程如下图。C点，然Xi(S)H1G2G4 -+ »+ Xo

10、(S)A G3H1G2Xo(S)Xi(S)+G2G3+G4Xo(S)HCG?G3 4G 4H2 VG (G2G3 +G4 )1H2(G2G3 +G4 )Xo(S).Xi(S)+ I + I"H1G2( G2G3 +G4Xi(S)S (G2G3 + G4 )1 +Hz(G2G3 +G4 )HGG22、(15分)解根据牛顿定律，建立机械系统的动力学微分方程，得系统的传递函数为 kxo(t) mx o (t) cx°(t)”(t)2kXo(s) ms X o(S) csX ) (S) =Xj(S)1* kG(s)=希=ms2 Xo(s)5 - 2" k s m m将上式

11、与二阶系统传递函数的标准形式比较可知cI k / n V / rn 2、mk(1)由响应曲线的稳态值(1cm)求生k由于阶跃力Xi(t)=3N ,它的拉普拉斯变换Xi(S)=3,故3ms2cs kX)的稳态输由值1-Xo(s)=2 |Xi(S)=ms cs k由拉普拉斯变换的终值定理可求的x(t) =lim Xo(t) =lim sXo(S) t s)o 一一 I因止匕，k=3N/cm=300N/mk 由响应曲线可知道Mp=0.095, t p=01s,求取系统的 斜、 由 M p =e一如 5一些 *100% =0.095,得30.6 ;由 t将&弋入上式求得 斜=39.25rad/

12、s(3)将 con =39.25rad/s和匚=0,6代入斜=mc ,匕=一 求得 m=0.1959kg2、mk艰据与n匕=a可知，使系统响应平稳，应增大&,故要使阻尼系数 C增大，质量m 2、mkk一般由稳态值决定。为使系统具有好减小；要使系统快速，应增大 斜，减小质量。弹簧的刚度 的瞬态响应性能应该减小质量，增大阻尼系数，在实践中经常采用轻质材料或空心结构减小质量。3、（共10分）根据特征方程的系数，列Routh表如下:S514-50S4312-150S30000解:由第二行各兀素得辅助方(F （S）对S的导程取数2p=4,p=2 ) F(S)= 3S 4+12S 2-15=012

13、S3+24S= 0则得新方 程-5S4S312S2S1541224-15-15S0-15改变一次，系统/、稳定得如下的Routh表S5该系统具有正实部特征根个数 为四、综合（共25分）（13分）解：（1）根据对数幅频特性曲线图可知，低频段的斜率为-40dB/dec,故系统为II型;1当团=5时，斜率由一40dB/dec变为一20dB/dec ,故=一=0.2为一阶比例微分环节的时间,111常数；当 切2 =100时，斜率由一20dB/dec变为一40dB/dec ,故T?= =0.01为惯性环节的时间2常数；当？ =1时，L。沪=20log K =40，即K =100,所以系统 的开环传递函数

14、为（4分）(2分)K(TiS 1)100(0.2s 1)G(s)H(s)=s2(T2s 1)s2(0.01s 1)(2)令 L(cOc)=。，A( c)100. (0.2 c)21c2.,(0.01 c)2100 1()2 +1、51-一 = I(2分)2Or)2 +1100亦即:(1分)一523c可求得:c =20(1分)中（切 c） =一 180+arctg0.2 x20 arctg0.01乂 20 = 180+84.4 12.6= - 108.2(1分)丫 =180 +平(实)=1800-108.2A71.8 0,(1分)由于所以闭环系统是稳定的。(1分)2、（12 分）解：（1）、GK（jw）=(1分)jw(1 jT iw)(1 jT 2w)GK(jw) = -90 arctanTw arctanT 2w(1分)实频特性_ -叩 T2)u(w)= 1 w202T22) w42T22(1分)虚频特性K 2(1 -w T 1T 2)v(w)= w、/2 224221 w (T1 T2 ) w T1 T2(1分)当w=0时 GK(jw) =" , NGK(jw) = 90° u(w) = KE+T2)(1 分)当 w=8 时GK(jw)=0