机械工程控制基础考试题完整版DOC

1、控制基础填空题(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e=_g。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、并联连接和反馈_连接。6线性定常系统的传递函数，是在_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-at的拉氏变换为。(s+a)28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_。9积分环

2、节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为_-20_dB/dec。10二阶系统的阻尼比E为_0_时，响应曲线为等幅振荡。11在单位斜坡输入信号作用下，11型系统的稳态误差e=_0_。SS12.0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为0dB/dec，高度为20lgKp。13单位斜坡函数t的拉氏变换为丄。S214. 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、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。17. 决定二阶系统动态性能的两个重要参数

3、是阻尼系数g和_无阻尼自然振荡频率wn。n18. 设系统的频率特性G(j3)=R(3)+jI(3),则幅频特性IG(j3)|=.R2(w)+12(w)19. 分析稳态误差时，将系统分为0型系统、【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，形状为半圆。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g的范围为0124.G(s)=L的环节称为惯性环节。Ts+125 系统输出量的实际值与输出量的

4、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、J快速性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w2。s2+2ws+W2nn29 设系统的频率特性为G(j3)=R3)+两)，则R3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3r与阻尼系数g的关系为3r=3吓匚耳。33. 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、闭环

5、控制系统。34. 用频率法研究控制系统时，米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g=_0.707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。4.I型系统G(s)-K在单位阶跃输入下，稳态误差为0，在单位加s(s+2)速度输入下，稳态

6、误差为二。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，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出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(截止频c率)附近的区段为中频段，该段着重反映

7、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B.系统辩识C.系统校正D.白活应捽制2. 反馈控制系统是指系统中有(A. 反馈回路C.积分环节3. (匸丄,(a为常数)s+aA.LeatC.Le(ta)4. L皿丑=()A.i(s-2)3C.2(s+2)35若F(S)=，则Limf(t)=(2s+1ttoA. 4)B.惯性环节DFID调节器B.LeatD.Le-(t+a)_B.1a(s+a)D.As3)

8、B.2D.C.o6已知f(t)=eat,(a为实数),则Ljtf(t)dtp=(os-aC.1s(s-a)a(s+a)D.1a(s-a)7.f(t)=卩t2，则Lf(t)=()|0t0B.0T14D.T019典型二阶振荡环节的峰值时间与（）有关。A.增益B.误差带转折（如图所示），这说明系统中有（）环节。A.5s+1B.(5s+1)2C.0.2s+lD.1(02s+1)221. 某系统的传递函数为G(s)=(s+7)(s-2)，其零、极点是()(4s+1)(s-3)A.零点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

9、,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3(s+2)，则系统的开环增益和型次依次s(2s+3)(s+5)为()A.0.4,1B.0.4,11C.3,1D.3,1123. 已知系统的传递函数G(s)=e-ts，其幅频特性丨G(j3)丨应为1+Ts()A亠B.亠e-询1+Te1+TeC.K2D.Ketw1+T2e21+T2e224. 二阶系统的阻尼比Z，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3为幅值穿越(交界)频率，cp(3)为开环频率特性幅值

10、为1时的cc相位角,则相位裕度为()A.180p(3c)B.p(3c)ccC.180+p(3c)D.90+p(3c)cc26.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=4，则系统在r(t)=2ts(s+5)输入作用下，其稳态误差为(A.10B54427.二阶系统的传递函数为G(s)=C.D.0s2+23s+2nn固有频率3与谐振频率3的关系为(nrA.33nrD.两者25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29. 下列串联校正装置的传递函数中，B. 提高系统的稳态精度D.减少系统的固有频率能在频率3c=4处提供最大相位c超前角的是(A.4s+1B.s+1

11、4s+1C.01s+10.625s+130.从某系统的Bode图上，已知其剪切频率3-40,CD.0.625s+101s+1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()A0.004s+1B.0.4s+1C4s+1D4s+10.04s+14s+110s+10.4s+1单项选择题(每小题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.D21.D22.A23.D24.C25.C26.A27.C28.B29.D30.B二、填空

12、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K,则该闭环系统的特征s3+5s2+4s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t与阻尼比、和S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。填空题（每小题2分，共10分）14.0分贝线180。线5本身参数和结构输入线性系统和非线性系统的根本区别在于1型次输入信号2.s3+5s2+4s+K=0，k3误差带无阻尼固有频4A.

13、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)=1,该系统为s(s+1)(s+2)(B)A型系统BI型系统CII型系统DIII型系统5二阶振荡环节的相频特性,当-a时，其相位移0()为(B)A-27B-18

14、C-9D6. 根据输入量变化的规律分类，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. 反馈控制系统、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)AG(s)B11+G(s)1+G(s)H(s)CG(s)DG(s)1+G(s)H(s)1-G(s)H(s)8一阶系统G(s)=K的时间常数T越大，则系统的输出响应达到Ts+1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(D)A正弦函数B单

15、位阶跃函数C单位脉冲函数D.复变函数10线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下(D)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)=KTs+1(A)AKB1+w2T2CKD1+wT12.微分环节的频率(A)A.90C.013.积分环节的频率(B)A.90C.0，则其频率特性的实部R(3)是K12T2-K1+wT特性相位移0(3)=B. -90D.-180特性相位移0(3)=B.-90D.-18014.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素

16、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ujt)和u2(t)时，输出分别为y1(t)和y2(t)。当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数)，B)A.a1y1(t)+y2(t)B.a1y1(t)+a2y2(t)C.a1y1(t)-a2y2(t)D.y1(t)+a2y2(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/

17、dec)D.+20(dB/dec)18.设系统的传递函数为G(s)=25，则系统的阻尼比为s2+5s+25(C)A.25B.5C.1D.1219正弦函数sin3t的拉氏变换是(B)A.1B.3s+3s2+32C.ss2+32D.1s2+3220二阶系统当0匚1时，如果增加匚，则输出响应的最大超调量。%将(B)A.增加B.减小C.不变21主导极点的特点是D.不定D)A.距离实轴很远B. 距离实轴很近22余弦函数cos3t的拉氏变换是(C)A.1B.3s+3s2+32C.sD.1s2+32s2+32C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近23设积分环节的传递函数为G(s)=1，则其频率特性幅值M(鳥=s(

18、C)A.KB.kW2C. lD.丄W224. 比例环节的频率特性相位移e(3)=(C)A.90B.-90C.0D.-18025. 奈奎斯特稳定性判据是利用系统的(C)来判据闭环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C.开环幅相频率特性D.闭环幅相频率特性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0(3)在(D)之间。

19、A.0和90B.0和一90C.0和180D.0和一18029. 某二阶系统阻尼比为0.2，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，1=1000N/m,k2=2000N/m,D=10N/(m/s),JL厶当系统受到输入信号x(t)二5sint的作用时，试求系统的稳态输出x。io(15分)DxiK1xoK20.01s解.X(s)kDsX(s)(k+k)Ds+kk0.015s+1i1212然后通过频率特性求出x()=0.025sin(+89.14)o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。（

20、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)_一=71+K80(2)X(s)_7X(s)0.025s+8i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）的表达式；（5分）2.概略绘制系统的Nyquist图。（5分）1G(s)二Ks(o.0i+1)(i0o+1)100s(s+0.01)(s+100)K20lg二80dBK二100五已知系统结构如图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X（S）及注。（10分）X（s）N（s）i

21、N(s)Xi(s)q（s）G2（s）H1(s)HJS)峙L1一气七一叩2%P1=G1G2A!=1X(s)GGo=1_2X(s)1+GH+GGHi21122P1=1A1=1+G2H1X(s)1+GHo=21N(s)1+GH+GGH21122六系统如图5所示，r（t）=1（t）为单位阶跃函数，试求:(10分)1.系统的阻尼比&和无阻尼自然频率o。（5分）n2.动态性能指标：超调量Mp和调节时间t（A二5%）。（5分）1S(S+2)s(s+2口)n仝二0.52口二2n2M=ei弋2x100%=16.5%p33ts审=航=3（S）n七.如图6所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下ew2.25ss

22、时，K的数值。（10分）D(s)二s(s+3)2+K二S3+6s2+9s+K二0由劳斯判据：s3s2s1s01654K6K第一列系数大于零，则系统稳定得0心54又有：e_9W2.25ssK可得：K24.4WKV54八.已知单位反馈系统的闭环传递函数（s）亠，试求系统的相位裕s+3量丫。（10分）解：系统的开环传递函数为G（s）_WsL丄1W（s）s+1IGj)1二c2:CO2+1c=1，解得Ocy=180。+q(o)二180。-tg-io二180。60。二120。ccO2三、设系统的闭环传递函数为Gc(s)二s+斫+On，试求最大超调量a%=9.6%、峰值时间tp=0.2秒时的闭环传递函数的参

23、数和3n的值。解：巴冗*Q%二e1弋2x100%=9.6%.:勺=0.6.t=冗=0.2pov1-2n3.14=19.6rad/s0.21-0.62四、设一系统的闭环传递函数为Gc(s)=o2s2+2gOs+O2nn，试求最大超调量%=5%、调整时间ts=2秒(4=005)时的闭环传递函数的参数和3n的值。解：Q%二eg2x100%=5%=0.69壮=丄=2sOgn3=2.17rad/sn五、设单位负反馈系统的开环传递函数为g(s)=上_ks(s+6)求(1)系统的阻尼比Z和无阻尼自然频率3J(2)系统的峰值时间tp超调量b%、调整时间tsQ=O02)；解：系统闭环传递函数g(s)二B25s(

24、s+6)1+亠s(s+6)25与标准形式对比，可知2gw二6n25s(s+6)+25s2+6s+25w2二25nw=w*1-g2=5x、1一0.62=4dn=-=0.785w4dg%二ei弋2x100%二ex100%二9.5%4t=1.33sgwn六、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率sn阻尼比Z，超调量b%，峰值时间tp，调整时间ts(A=0.02)。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。100X(s)=s(50s+4)=/100、=21002=s(50s+4)+2=s2+0.08s+0.04i1+-0.02sv50s+4/与

25、标准形式对比，可知2gw=0.08，w2=0.04nnw=0.2(rad/s)ng=0.2_乎冬x0.2兀c%=eii_g2=e-10.22u52.7%，兀u16.03(s)0.2-0.22Tu4=100(s)sgw0.2x0.2n七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：100s(s+2)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)=1+3t时，系统的稳态误差。解：(1)将传递函数化成标准形式100s(s+2)50s(0.5s+1)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)二1+3t，即A=1,B=3根据表34误差E=A+-L=-+=0+0

26、.06=0.06SS1+KK1+850pV八、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：2S2(s+0.1)(S+0.2)求：(1)试确定系统的型次V和开环增益K；(2)试求输入为应)二5+2+4T2时，系统的稳态误差。解：(1)将传递函数化成标准形式2s2(s+0.1)(s+0.2)100s2(10s+1)(5s+1)29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(t)二5+2t+4t2，即A=5,B=2,C=4根据表34，误差e=A+_B+=_+Z+丄=0+0+0.04=0.04ss1+KKK1+8g100pVa九、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：GK20

27、(0.2s+1)(0.1s+1)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)二2+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型系统开环增益K=20；(2)讨论输入信号，厂二2+5t+2t2，即A=2，B=5，C=2根据表34，误差e=A+B+C=2+5+2=2+8+8=8ss1+KKKa1+200021pV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，a0=5均大于零，且有24001350A=402

28、400135A=201A=2x3-1x4=202A二2x3x4-2x2x5-4x1x4=1203A=5A=5x(-12)=-6001A=6x12-1x10=6202A=6x12x10-6x6x3-10x1x10=51203A=3A=3x512=15360所以，此系统是稳定的。十二、设系统特征方程为s4+5s3+2s2+4s+3=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=5,a2=2,at=4,a0=3均大于零，且有54001230A=405400123A=510A=5x2一1x4=602A=5x2x45x5x34x1x4=-5103A=3

29、A=3x(51)=15301A=4x6-2x1=2202A=4x6x1一4x4x0一1x2x1=603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曲线。G(s)=30s(0.02s+1)31解：该系统开环增益K=30；有一个积分环节，即v=l；低频渐近线通过(1,20lg30)这点，斜率为一20dB/dec；有一个惯性环节，对应转折频率为w二丄=50，斜率增加一10.0220dB/dec。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。100s(O.ls+l)(0.01s+1)解：该系统开环增益K=100；有一个积分环节

30、，即v=1；低频渐近线通过（1,201g100）这点,即通过（1,40）这点斜率为一20dB/dec；有两个惯性环节，对应转折频率为w二丄二10，w二丄二100，斜率10.120.01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。G（s）=0.1s+1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,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w二丄=10，斜率增加10.120dB/dec。系统对数幅频特性曲线如下所示。20dB/10(rad/s)十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解：6Z0)D十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解：43R(S)G1G2C(S)1+62钛+甲1十九、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解：R(S)-GGG.123C(S)1+G2H1+G1G2H1三