机械工程测试控制技术试题

《机械工程测试技术基础》一、填空（每空1份，共20分）测试技术的基本任务是获取有用的信息从时域看，系统的输出是其输入与该系统脉冲响应函数的卷积。信号的时域描述，以时间()为独立变量；而信号的频域描述，以频率或为独立变量。如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应该大于100Hz。在桥式测量电路中，根据其激励电压（或工作电压或桥压或电源）的性质，可将其分为直流电桥与交流电桥。金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用导体机械形变引起的电阻变化，后者利用半导体电阻率的（或半导体压阻效应）变化引起的电阻变化。压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。带通滤波器的上下限截止频率为fc2、fc1，其带宽B=；若其带宽为1/3倍频程则fc2=fc1。属于能量控制型的传感器有电阻式传感器、涡电流传感器、电容式传感器、电感式传感器等等。根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅、调频、调相。相关滤波的工作原理是同频相关不同频不相关/同频检测原。12测试装置的动态特性可以用传递函数、频率响应函数和脉冲响应进行数学描述。二、选择题（把正确答案前的字母填在空格上，每题1分，共10分）不能用确定的数学公式表达的信号是D信号。A复杂周期B非周期C瞬态D随机平稳随机过程必须B。A连续B统计特征与时间无关C各态历经D一阶系统的动态特性参数是C。A固有频率B阻尼比C时间常数D灵敏度系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为A。A回程误差B绝对误差C相对误差D非线性误差电阻应变片的输入为B。A力B应变C速度D加速度D用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。A传递函数B互相关函数C互谱密度函数D相干函数为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用B放大器。A电压B电荷C微分D积分在测量位移的传感器中，符合非接触测量而且不受油污等介质影响的是D传感器。A电容式B压电式C电阻式D电涡流式信号分析设备可分析的频率低于磁带记录仪记录信号的频率，可将磁带B，也可达到分析的目的。A重放速度放快B重放速度放慢C重放速度不变D多放几次10.一阶系统的阶跃响应中，超调量D。A存在，但<5％B存在，但<1C在时间常数很小时存在D不存在三、判断题（每题1分，共10分）（×）非周期信号的频谱是连续的。（√）传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。（×）调幅波是载波与调制信号的叠加。（√）涡流传感器属于有源传感器。（√）滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。（√）窗函数频谱的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信号所引起的误差越小。（×）恒带宽滤波器的中心频率越高，其带宽越宽。（√）随机激振属于宽带激振法。（×）压电式加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。10.（√）若系统是完全线性的，则输入输出的相干函数一定为1。二阶测试装置的两个动态特性参数是什么？为了实现不失真测试，如何确定其取值范围？固有频率()和阻尼比()为了实现不失真,阻尼比()取值0.6~0.8;工作频率取值小于等于0.58何谓不失真测试？实现测试不失真的测试装置的幅频和相频特性应如何？输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=A0x(t-t0),其中A0和t0为常数,信号的预处理包括那些环节？（1）电压幅值调理（或者放大）（2）滤波（或者滤去高频）（3）隔离直流分量（或者隔直）（4）如原信号进行调制，则应先进行解调（或者解调）为什么在动态电阻应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外还设有电容平衡旋钮动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥，即使各桥臂均为电阻，由于导线间存在分布电容，相当于在各桥臂上并联了一个电容，因此，除了电阻平衡外，还须有电容平衡。一、填空题（20分，每空1分）1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为_____和_____。2.测量结果与_____之差称为_____。3.将电桥接成差动方式习以提高_____，改善非线性，进行_____补偿。4.为了_____温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在_____。5．调幅信号由载波的_____携带信号的信息，而调频信号则由载波的_____携带信号的信息。6．绘制周期信号的单边频谱图，依据的数学表达式是_____，而双边频谱图的依据数学表达式是_____。7．信号的有效值又称为_____，有效值的平方称为_____，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是_____，后者频谱特点是_____。9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是_____和_____。10.连续信号与进行卷积其结果是：_____。其几何意义是_____。二、选择题（20分，每题2分）1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将()。A．增大B．减少C.不变D.变化不定2．调制可以看成是调制信号与载波信号()。A相乘B．相加C．相减D.相除3．描述周期信号的数学工具是()。A．相关函数B．拉氏变换C．傅氏变换D.傅氏级数4．下列函数表达式中，()是周期信号。A．B．C．5．时域信号的时间尺度压缩时，则其频带的变化为()。A．频带变窄、幅值增高B．频带变宽、幅值压低C．频带变窄、幅值压低D．频带变宽、幅值增高6．非线性度是表示定度曲线()的程度。A．偏离其拟合直线B．接近真值C．正反行程的不重合7．一般来说，测试系统的灵敏度越高，则其测量范围()。A．越宽B．越窄C．不变8.下列哪一种敏感元件不属于弹性式压力敏感元件（）A.波登管B．膜片C．波纹管D．电阻应变片9.对于单向应力状态的测量，贴应变片时，应变片的方向与主应力方向应该相交成（）A.0°B．45°C．90°D．30°10．二阶装置引入合适阻尼的目的是（）。A．使系统不发生共振B．使得读数稳定C．获得较好的幅频、相频特性三、简答题（共30分）1.信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点？（4分）2.周期信号的频谱具有哪几个特点？（6分）《机械工程测试技术基础》答案1.静态测量；动态测量 2.被测真值；测量误差3.灵敏度；温度4.补偿；相邻5．幅值；频率 6．傅氏三角级数中的各项系数；傅氏复指数级数中的各项系数。7．均方根值；均方值8．离散的；连续的9.频率响应法；阶跃响应法10.；把原函数图像平移至位置处题号12345678910答案CADCBABDAC1.信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点？（4分）答：①各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系，并尽量不失真；②尽可能减小或消除各种干扰。（2’2.周期信号的频谱具有哪几个特点？（6分）答：①周期信号的频谱是离散的。（2’②每条谱线只出现在基波频率的整倍数上，基波频率是各分量频率的公约数。③各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此，在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。（2’1.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ess=_____。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。8．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ξ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，Ⅱ型系统的稳态误差ess=__0__。12．0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为___0___dB/dec，高度为20lgKp。13．单位斜坡函数t的拉氏变换为。14.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是阻尼系数ξ和_无阻尼自然振荡频率wn。18.设系统的频率特性Ｇ(jω)=R(ω)+jI(ω),则幅频特性|G(jω)|=。19.分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I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．ω从0变化到+∞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ξ的范围为。24．G(s)=的环节称为___惯性__环节。25．系统输出量的实际值与_输出量的希望值__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、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。29．设系统的频率特性为，则称为实频特性。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ωr与阻尼系数ξ的关系为ωr=ωn。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__控制系统。34.用频率法研究控制系统时，采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ξ=__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∞。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ωc（截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映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( B)A.最优控制 B.系统辩识C.系统校正 D.自适应控制2.反馈控制系统是指系统中有(A)A.反馈回路 B.惯性环节C.积分环节 D.PID调节器3.(A)=,(a为常数)。A.L［e－at］ B.L［eat］C.L［e－(t－a)］ D.L［e－(t+a)］4.L［t2e2t］=(B)A. B.C. D.5.若F(s)=，则=(B)

A.4 B.2C.0 D.∞6.已知f(t)=eat,(a为实数)，则L［］=(C)A. B.C. D.7.f(t)=，则L［f(t)］=(C)A. B.C. D.8.某系统的微分方程为,它是(C)A.线性系统 B.线性定常系统C.非线性系统 D.非线性时变系统9.某环节的传递函数为G(s)=e－2s，它是(B)A.比例环节 B.延时环节C.惯性环节 D.微分环节10.图示系统的传递函数为(B)A.B.C.RCs+1D.11.二阶系统的传递函数为G(s)=,其无阻尼固有频率ωn是(B)A.10 B.5 C.2.5 D.2512.一阶系统的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为(C)

A. B.KT C. D.13.某系统的传递函数G(s)=,则其单位阶跃响应函数为(C)A. B. C.K(1－e－t/T) D.(1－e－Kt/T)14.图示系统称为(B)型系统。A.0B.ⅠC.ⅡD.Ⅲ15.延时环节G(s)=e－τs的相频特性∠G(jω)等于(B)A.τω B.–τωC.９０° D.１８０°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+Ts B.C. D.(1+Ts)217.图示对应的环节为(C)A.TsB.C.1+TsD.18.设系统的特征方程为D(s)=s3+14s2+40s+40τ=0，则此系统稳定的τ值范围为(B)A.τ>0 B.0<τ<14 C.τ>14 D.τ<019.典型二阶振荡环节的峰值时间与(D)有关。A.增益 B.误差带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ω=5处出现转折(如图所示)，这说明系统中有(D)环节。A.5s+1 B.(5s+1)2C.0.2s+1 D.21.某系统的传递函数为G(s)=,其零、极点是(D)A.零点s=－0.25,s=3;极点s=－7,s=2 B.零点s=7,s=－2;极点s=0.25,s=3C.零点s=－7,s=2;极点s=－1,s=3 D.零点s=－7,s=2;极点s=－0.25,s=322.一系统的开环传递函数为,则系统的开环增益和型次依次为(A)A.0.4，Ⅰ B.0.4，Ⅱ C.3，Ⅰ 23.已知系统的传递函数G(s)=，其幅频特性｜G(jω)｜应为(D)A. B.C. D.24.二阶系统的阻尼比ζ，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ωc为幅值穿越(交界)频率，φ(ωc)为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为(C)A.180°－φ(ωc) B.φ(ωc)C.180°+φ(ωc) D.90°+φ(ωc)26.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=，则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为(A)A. B. C. D.027.二阶系统的传递函数为G(s)=,在0＜ζ＜时，其无阻尼固有频率ωn与谐振频率ωr的关系为(C)A.ωn<ωr B.ωn=ωr C.ωn>ωr D.两者无关28.串联相位滞后校正通常用于(B)A.提高系统的快速性 B.提高系统的稳态精度C.减少系统的阻尼 D.减少系统的固有频率29.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率ωc=4处提供最大相位超前角的是(D)A. B. C. D.30.从某系统的Bode图上，已知其剪切频率ωc≈40，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(B)A. B. C. D.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、___型次____和___输入信号____有关。2.一个单位反馈系统的前向传递函数为，则该闭环系统的特征方程为___s3+5s2+4s+K=0____开环增益为_______。3.二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间ts与阻尼比、_误差带______和______无阻尼固有频_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___0分贝线____；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的_－180°线______。5.系统传递函数只与_本身参数和结构______有关，与__输入____无关。填空题(每小题2分，共10分)1.型次输入信号2.s3+5s2+4s+K=0，3.误差带无阻尼固有频率4.0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(C)A．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)=，该系统为（B）A．0型系统 B．I型系统C．II型系统 D．III型系统5．二阶振荡环节的相频特性，当时，其相位移为(B)A．-270° B．-180°C．-90° D．0°6.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—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)A． B．C． D．8．一阶系统G(s)=的时间常数T越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间(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)=，则其频率特性的实部R(ω)是（A）A． B．-C． D．-12.微分环节的频率特性相位移θ(ω)=(A)A.90°B.-90°C.0°D.-180°13.积分环节的频率特性相位移θ(ω)=(B)A.90°B.-90°C.0°D.-180°14.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？（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u1(t)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)，输出应为（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/dec) D.+20(dB/dec)18.设系统的传递函数为G(s)=