(完整版)机械工程控制基础期末试卷+答案2

1、机械工程控制基础期末试卷一 . 填空题 ( 每小题 2.5 分，共 25 分 )1对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、和。2按系统有无反馈，通常可将控制系统分为和。3在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有、等。4反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统的程度。1的单位阶跃响应的表达是。5 一阶系统Ts16 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和。7 频率响应是线性定常系统对输入的稳态响应。8 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与的类型有关。9 脉冲信号可以用来反映系统的。10. 阶跃信号的拉氏变换是。二图 1 为利用加热器控制炉温的反馈系统（10 分）炉温控制系

2、统- +电炉Ug-给定毫电压功率减速器热电偶Ue自偶调- 伏信号放大放大压器U f+可逆加热器电机220V图 1 炉温控制结构图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。三、如图 2 为电路。 求输入电压ui 与输出电压 u0 之间的微分方程，并求该电路的传递函数（ 10 分）uiRu0uiC R u0(a)(b)图 2uiLCu0(c)机械控制工程基础试卷第1页共12页机械工程控制基础期末试卷四、求拉氏变换与反变换(10 分)1 求 l 0.5tet （ 5 分） 求 l13s（5 分）21)(s(s2)五、化简图3 所示的框图，并求出闭环传递函

3、数（10 分）机械控制工程基础试卷第2页共12页机械工程控制基础期末试卷H2 (S)X i(S)X O(S)G1(S)G2(S)G3(S)H1 (S)图 3机械控制工程基础试卷第3页共12页机械工程控制基础期末试卷六、图 4 示机械系统由质量m、阻尼系数 C 、弹簧刚度 K 和外力 f (t ) 组成的机械动力系统。图 4(a)中 xo (t) 是输出位移。当外力f (t ) 施加 3 牛顿阶跃力后 (恒速信号 )，记录仪上记录质量 m 物体的时间响应曲线如图4（ b）所示。 试求：1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5 分)2）该系统的自由频率n 、阻尼比；(2 分)3）该系统的弹簧刚

4、度质量m、阻尼系数 C、弹簧刚度 k；（ 3 分）4）时间响应性能指标：上升时间t s 、调整时间 tr 、稳态误差 ess（ 5 分）。x0(t)x00.095f(t)k1.0cmt024图 4(a)机械系统图 4（b）响应曲线图 4机械控制工程基础试卷第4页共12页机械工程控制基础期末试卷七、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数Gk10，则该系统在单位脉冲、5s1单位阶跃和单位恒速信号（斜坡信号）作用下的稳态误差ess 分别是多少？（10 分）八、设有如图5 所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k 值的取值范围 （ 10分）。Xi(s)1kX 0(s)X (s)×

5、;s(s 1)(s 5)-Ts 1图 5二. 填空题 (每小题 2 分，共 20 分)10 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性和准确性。11 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环控制系统机械控制工程基础试卷第和5页 共闭环控制系统12页。机械工程控制基础期末试卷12 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程、传递函数等。13 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。1的单位阶跃响应的表达是t /T14 一阶系统1 e 。Ts 115 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。16 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳

6、态响应。17 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。18 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。10. 阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。二图 1 为利用加热器控制炉温的反馈炉系温统（控制系10统分）- +电炉Ug-给定毫电压功率减速器热电偶自偶调- 伏信号Ue放大放大压器Uf+可逆加热器电机220V图 1 炉温控制结构图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。解答：输出量：炉温。输入量：给定电压信号。被控对象：电炉。系统包括：电位器、放大器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶。原理方框图：机械控制工程基础试卷第6页共12

7、页机械工程控制基础期末试卷三如图2 为电路。求输入电压ui 与输出电压 u0 之间的微分方程，并求出该电路的传递函数。（ 10 分）uiRu0uiC R u0(a)(b)图 2解答： 跟据电压定律得ui1Lu0u dtC u0uRC0i(c)d 2u0d 2ui1 du0dt 2RCdtdt 2G(s)RCsRCs1四、求拉氏变换与反变换3 求 l 0.5tet解答： 1(s12s1)2 求 l13s4(s 1)(s 2)解答： =3e t6te 2 t六、化简框图，并求出闭环传递函数机械控制工程基础试卷第7页共12页机械工程控制基础期末试卷H2(S)X i (S)X O(S)G1 (S)G2

8、(S)G3(S)H1(S)图 4解：H2Xi (s)+Xo(s)G1G2 G3_H1/G3X (s)Xo(s)iG1G2G3_1 G2G3H2H1/G3Xi (s)Xo(s)G1G2 G31G2G3 H 2G1G2G3G1G2H1机械控制工程基础试卷第8页共12页机械工程控制基础期末试卷七、 图示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度 K 和外力 f (t ) 组成的机械动力系统。图(a) 中 xo (t) 是输出位移。当外力f (t) 施加 3 牛顿阶跃力后，记录仪上记录质量m 物体的时间响应曲线如（ b）图所示。试求：1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(4 分)2）该系统的弹簧刚度质

9、量m、阻尼系数 C、弹簧刚度 k；（ 3 分）3）时间响应性能指标：上升时间t s 、调整时间 tr 、振荡频数 N 、稳态误差 ess （ 5 分）。x0(t)x00.095f(t)k1.0cmt024图 (a)机械系统图（ b）响应曲线解答：解： 1）对于该系统有：mx0 tcx0 tkx0 tf t故1G sms2csk2） 求 k 由 Laplace 变换的终值定理可知：x0lim x0 tlim s X 0 sts 0lim s13csk ss 0 ms23k而 x0=1.0，因此 k=3.求 m， 由 MMx0 t px0100% 得：px0p 0.095 100% 9.5%1.0

10、12又由式 M p e100%求得 =0.6机械控制工程基础试卷第9页共12页机械工程控制基础期末试卷将 t p2,0.6 代入 t p中，得n =1.96 。dn 12再由 kn2 求得 m=0.78 。m求 c由 2cm ，求得 c=1.83.n3） 求 tsts3(取=0.05 时 )2.55nt s4(取=0.02 时 )3.40n求 tr21arctan0.91tr2.323d求 N1.5 1取 =0.05 时， N2 1取 =0.02 时， N2=0.642=0.85求 ess当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为：ess11K p对于 0 型系统K pK1 ，代入式中求得：ess

11、=0.5机械控制工程基础试卷第10页共12页机械工程控制基础期末试卷八、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数Gk10，则该系统在单位脉冲、5s1单位阶跃和单位恒速信号作用下的ess 分别是多少？（8 分）解答： 该系统为单位负反馈且为0 型系统， k=11,所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的 ess分别是1 、 。11在单位脉冲信号作用下的稳态误差为ess lim s1X i ( s) lim s110H (s)1 G ( s) H (s)10s 0s 015s1九、设有如图所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k 值的取值范围Xi (s)1kX 0(s)×-s