机械控制工程基础_习题集(含答案)

1、机械控制工程基础课程习题集西南科技大学成人、网络教育学院版权所有习题【说明】：本课程机械控制工程基础（编号为09010）共有单选题,计算题,填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有 填空题等试题类型未进入。、单选题第1页共16页第#页共16页1.et的拉氏变换为（2.A.A. 1 ； B.2sf （t）的拉氏变换为0.5s 1Fs二2t2t3e ； B. 1 -e ；3.脉冲函数的拉氏变换为（A. 0;B.4.A.5.6.6s(s 2)oo；f(t) =5、t ,则 L f(t)=B. 1C.，则C.C.已知F (s)s2 3s 32s(s 2)(s 2s 5)B. 0已知F (s)s2 2s

2、 32s(s 5s 4)A. 0;B.f（t）为（3（1 -e）；常数;C. 0，其原函数的终值C. 0.6D.-2s eD.6e'tD.D.f(t)=(t 变量D. 0.3，其原函数的终值o ； C. 0.75f(t)t-):D. 3第#页共16页7.已知F(s)二2sa es其反变换f (t)为(A.(t - a )； n .B.a (t - n .)；C.D.8.已知F(s)s(s 1)，其反变换f (t)A.1 -eB.1-e；D.e-19.已知f (t)二esin2t的拉氏变换为(A.B.22(s 4)4C.2 ，(s 1)4D.s /s 2 s10.图示函数的拉氏变换为(A

3、.0a 1s、(1 e ") ； B. s)°1 _s(1 - e )a sC.(1-/)；D. Bi')11.若f(：)=0,则Fs可能是以下(B.C.1s2 9D.A.2，s -9s 912. 开环与闭环结合在一起的系统称为(A.复合控制系统；B.开式控制系统；C.闭和控制系统；13. 在初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统的 (A.增益比；B.传递函数；14. 已知线性系统的输入 x(t)，输出D.正反馈控制系统y(t)C.放大倍数；D.开环传递函数，传递函数G(s)，则正确的关系是(A. y(t) =x(t) LtG(s)；B.

4、Y(s) =G(s) X(s)；C. X(s) =Y(s) G(s)；D.y(tH x(t) G(s)15.设有一弹簧、质量、阻尼器机械系统，如图所示，以外力f(t)为输入量，位移y(t)第3页共16页为输出量的运动微分方程式可以对图中系统进行描述，那么这个微分方程的阶次是: （）°A. 1 ;B.16.二阶系统的传递函数为A. 1,12B. 2C. 32;则其无阻尼振荡频率4s2 4s 1,1 ； C. 2, 2 ;D.D. 4n和阻尼比为（第5页共16页第#页共16页19.已知道系统输出的拉氏变换为Y(s)二2 nS(s+COn f,那么系统处于（17.传递函数G s 二Y s-

5、JS=eX s表示了一个（）°A.时滞环节；B.振荡环节；C.微分环节；D.惯性环节18.一阶系统的传递函数为3；其单位阶跃响应为（)°tA. 1 -e 5；B.5s 1t3-3e ；tC.5-5e ；tD.3-e5第#页共16页第#页共16页A.欠阻尼；B.过阻尼；C.临界阻尼；D. 无阻尼20. 某一系统的速度误差为零，则该系统的开环传递函数可能是（）°A.KTs 1B.s +ds(s a)(s b)C.Ks(s a)D.Ks2(s a)第#页共16页第#页共16页21. 根据下列几个系统的特征方程，可以判断肯定不稳定的系统为（）°A. as3 bs

6、2 cs d = 0 ；B.43.2s as bs - cs d = 0 ；第#页共16页第#页共16页C. as4 bs3 cs2 ds e = 0 ；其中a、b、c、d、e均为不等于零的正数。122. 二阶系统的传递函数为一1；则其无阻尼振荡频率 n和阻尼比为（）°s +0.5s + 1第#页共16页1A. 1,; B. 2223.下列开环传递函数所表示的系统,1 ; C. 1, 0.25 ;属于最小相位系统的是（D.s -1A.(5s 1)(2s 1)B.C.(2s 1)(3s 1)D.s 2s(s 3)(s -2)24.已知系统频率特性为，则该系统可表示为（1 - j3 A.

7、 5ejtgT'；C5 Jtg%)；C. .2 ,1e ；D.25.下列开环传递函数所表示的系统,属于最小相位系统的有（A.s _1(5s 1)(s 1)B.(T>0);1 T1SC.D.(2s-1)(s-1)s 2；(s 3)(s 2)26.题图中R C电路的幅频特性为A.1.1 T 27.已知系统频率特性为A.5ejtg1- ; B.题图二、6. R C电路1 (T ' )2 ' J -(T )25，则该系统可表示为（j ' 15 e沁丄'；C. 5e吧*D.D.5eg»第5页H共16页28.已知系统频率特性为5j ，当输入为 x(t

8、)二sin2t时，系统的稳态输出为A. sin(2t tg )；B.一2sin(2t tg J5 )；.2 1第5页H共16页第5页H共16页C. sin(2t tg 5 J ；D.1 2sin(2t-tg 5 ) .一 25 21第5页H共16页第5页H共16页29.理想微分环节对数幅频特性曲线是一条斜率为第5页H共16页A. 20 dB ，通过3 =1点的直线；B. -20 dB ，通过3 =1点的直线;/dec/decC. - 20dB ，通过3 =0点的直线；D. 20 dB ，通过« =0点的直线f dec/dec30.开环GK(s)对数幅频特性对数相频特性如下图所示，当K

9、增大时，(A. L( 3 )向上平移，'()不变;B. L(3 )向上平移，'()向上平移;C. L( 3 )向下平移，()不变;D. L(3 )向下平移，()向下平移。第5页H共16页第5页H共16页、计算题31.简化下图所示系统的方框图，并求系统的传递函数。Xi(s)G1G2H1H3 'G3fc-G4Xo(s)32.试建立如图所示系统的动态微分方程。图中电压ui为系统输入量；电压 匕为系统输 出量；C为电容；R、R2为电阻。（15分）33.单位负反馈系统的开环传递函数为：G(s),s(s+10)试求当输入Xj（t） =1 t at2 （ a >0）时的稳态误差

10、。34. 试建立如图所示系统的动态微分方程。图中位移xi为系统输入量；位移X2为系统输出量；K为弹簧刚度系数;B为粘性阻尼系数。（15分）第5页H共16页35. 已知一些元件的对数幅频特性曲线如下图所示，试写出它们的传递函数Qs），并计算出各参数值。L（3 ）/dBL（3 ）/dB f36. 已设单位负反馈控制系统的开环传递函数如下，试用劳斯判据确定系统稳定时，K的取值范围。G（s）：,11s（1 -s）（1 -s） 3637. 设系统开环频率特性如下图所示，试判别系统稳定性。其中（15 分）p为开环右极点数,U为开环传递函数中的积分环节数目。第5页H共16页Im ap=0u=2p=2u=0p

11、=0u=0Im38.化简下图所示系统结构图,并求系统开环传递0 ReReY(b)函数、闭环传递co(15分年0 X(s)(a )(c)39.试画出具有下列传递函数的Bode图:100G一 s2(s2 s 1)(10s 1)o第#页共16页第#页共16页40. 某单位反馈系统的开环传递函数G(s)二 Ks(Ts 1)试判定系统的稳定性(TK>1)41. 试建立如图所示系统的动态微分方程。图中电压 出量；C为电容；R为电阻。U1为系统输入量；电压 U2为系统输第#页共16页第#页共16页42. 某系统用测速发电机反馈，可以改善系统的相对稳定性，系统如下图所示。(1) 当 2 10,且使系统阻

12、尼比Z = 0.5，试确定Kho(2) 若要使系统最大超调量 M= 0.02，峰值时间tp= 1s，试确定增益 K和速度反馈系 统Kh的数值，并确定在这个 K和Kh值的情况下，系统上升时间和调整时间。43. 试建立如图所示系统的动态微分方程。图中电压 出量；C为电容；R、R2为电阻。U1为系统输入量；电压 U2为系统输fl-44. 系统开环传递函数为 Gk(s) = 5(s 3)，试绘制系统的开环对数频率特性并计算s(s+2)c , v( c)值。45. 试建立如图所示系统的动态微分方程。图中位移xi为系统输入量；位移 X2为系统输出量；Ki和&为弹簧刚度系数；B为粘性阻尼系数。(16

13、分)陷应 ArI三、填空题(略)答案一、单选题1. C2. CC第11页共16页3. A4. D5. C6. B7. C8. C9. A10. C11. A12. B13. B14. B15. D16. A17. B18. C19. D20. B21. C22. C23. C24. D25. B26. B27. D28. A29. A二、计算题30. 解：G1G2G3G4G（s） （每正确完成一步 3分）1 _G3G4H G2G3HG1G2G3G4 H 231. 解：设i为回路总电流， 5为R支路电流，ic为C支路电流，根据基尔霍夫电流定律得第9页共16页第9页共16页R1R1iC 乂叙亠（6

14、 分）dt第9页共16页可得ul _u2 iRiC d（Ui -上）dt（2 分）u2 二iR2R2Ui -U2 CR d（Ui U2） Rdt（2 分）R2U2U|R1RR1U2CR2罟-CR2 坐dt（2 分）第15页共16页整理后得33.解:将则：du21 R2!du1R2CR222 1 u2 =CR212u1 （3分）dt 占 丿dt R系统的开环增益K= 14,且为I型系统（2分）Xi（t）二 Xii（t） Xi2（t） Xi3（t） = 1 t at2（a _ 0）essi = ° （ 3 分）1 ies厂石（3分）（3 分）0ess3 *od第#页共16页第#页共16页

15、essess1ess2（4分）34. 解:整理得35. 解:按牛顿定律列力学方程如下:Kx2 二 Bd（X1 X2）dtB 咚 Kx2 dtKx2dx1八二 B 1（ 4 分）dtdt dtdx2KB X2dt（8 分）dx1dt（3 分）心）G（s011（7 分）（b）G（s）二50s（0.01s 1）（8 分）第#页共16页36.解：该系统闭环特征方程为:s3 9s218s 18k = 0 ; （ 5分）第17页共16页第#页共16页3 s11802 s918K01 s182K0（5分）（4分）（4分）系统开环传递函数为Gk s =G1G2 G2 H 21G3 H1（2 分）系统闭环传递函

16、数为s0 18K0 : K :：: 9（5分）37.解:（1 ）包围圈数N= 0, P= 0，稳定；（5分）（2）正穿越次数为1，负穿越次数为0,1 0= P/2 = 1，稳定；（5分）（3）正穿越次数为1，负穿越次数为1,1 1 = P/2 = 0，稳定。（5分）38.解:这是一个无交叉多回路结构图，具有并、串联，局部反馈，主反馈系统。首先将并联和局部反馈简化如图（b）所示,再将串联简化如图（c）所示。（3 分）第#页共16页第#页共16页Gb s -（2 分）（G1 +G2 ） G31 G3H1 G1G2 G3 H239. 解：对数幅频特性每画对一段得3分，横坐标上的转折频率标对得 2分，

17、相频特性渐进线相位标对得2分，曲线基本画对得 3分。40. 解：系统闭环传递函数下G（s）K八"（S）2（4 分）1 +G（s） Ts2+s + K系统的特征方程Ts2 s K = 0 （4 分）特征根-1±Jl-4TK八si,22T （ 4 分）为一对共轭复根，且具有负实部，故该系统稳定。（3分）41. 解：设回路电流为i，根据基尔霍夫电压定律有UUc U2（ 1）（ 4 分）pl.u2 =iR =icR=Cc R（2）（4 分）dt将方程（1）变形得Uc 二 U1 -U2 （ 2 分）代入式（2）中c d（U1 -U2） i八U2 =C1- R（ 2 分）dt得U2 二

18、 RC 如-叫（2分）I dt dt 丿整理后得第19页共16页du2RC 2 dtU2=RCdt(1 分)第#页共16页du2 u2dt RCdu-八-(1 分) dt(1)将 K= 10,=0.5代入，求得：.101 KKh =2 n即42.解:系统的闭环传递函数为：K(s)_ S2(1 KKh)s K (2 分所以：n = K 1 KK h = 2.n (2 分)第#页共16页第#页共16页(2) M p Ki= 0.216 ; ( 2 分)=Q -0.02 (2 分)第#页共16页第#页共16页tp31'n(1 _ 2)二1 算出:= 0.78 n =5.022 =25.2nK

19、 h= 0.27 ,(3 分)tsji - Pr 號 J12(2 分):=arcta n(=1.02 (s) , tr = 0.781 (s)。( 3 分)算出：t43.解：根据基尔霍夫电压定律列方程如下:-J.5 =(R R2)CdUC uCdt(4 分)-CR2-dUC uCdtU2对上述方程进行拉氏变换U1(s)=(R+R2)CsUc(s)+Uc(s)£、U2(s) =CR2sUc(s) +Uc(s)(2 分)传递函数为G(s)W札CR2sUC Uc(s)U1(s)(R+R2)CsUc(s)+Uc(s)-CR2S+1C(R1 R2)s 1(3 分)展开得第21页共16页CR1S

20、U2 (s) CR2SU2 (s) U 2(s)二 CR2SU1G) Ui(s) (2 分)对上式进行拉氏反变换du2du2dui八CR-i - CR2- u2 = CR2 - u1 (3 分)dtdtdt整理后得r、du21 du11八(Ri R2)- 吐=R2 -u- (2分)dt Cdt C44.解：1）首先将Gk（s）分成几个典型环节。Gk（s） =5（s 3） =7.5 -1_ （-s 1）（2 分）s（s 2） s 1 彳 3s 12显见该系统由放大环节，积分环节，惯性环节，一阶微分环节组成。（1分）2）分别做各典型环节的对数频率特性曲线。K=7.5 20lgK=17.5dB;31=2,3 2=3 （ 1 分）对数幅频特性：20log A（ ） =20log7.5 -20log -20l