机械控制工程基础-试卷4- 试题及答案

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系（部、中心、教研室）：出题教师系主任：

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班级：学号：姓名：

考试科目：机械控制工程基础

考试时间：U100U分钟

试卷总分U100U分

考试形式：闭卷

题号

一

二

三

四

五

六

七

总分

得分

评卷

教师

一、填空题（每空1分，第8小题2分，总计15分）

将系统的输出全部或部分返送回系统的输入端，并与输入信号共同作用于系统的过程，称为反馈。

控制系统的基本要求包括稳定性、准确性和快速性。

二阶欠阻尼系统阶跃响应中，反映系统快速性的性能指标有上升时间、

峰值时间和调整时间。

系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力，称为系统的稳定性。

系统的传递函数为，该系统的极点是-0.5和-0.2

零点是-1。

系统的单位阶跃响应为，则该系统的传递函数为。

控制系统稳定的充分必要条件是系统所有的特征根具有负实部，或系统所有极点位于[s]左半平面。

8.奈奎斯特判据是如果开环传递函数G（s）H（s）在[s]右半平面上有P个极点，当ω由－∞变化到＋∞时，[GH]平面上的开环频率特性G（jω）H（jω）逆时针包围（－1，j0）点P圈，则闭环系统稳定。反之，闭环系统就不稳定。

二、（15分）RC低通滤波电路如图所示，R=10kΩ，C=10uF，（1）画出系统方框图；（2）化简方框图，求RC电路传递函数；（3）如果输入电压，求输出电压。

R

C

ui

u0

（1）（5分）方框图

Ui(s)

1/R

1/Cs

Uo(s)

（2）(5分)传递函数

（3）（5分）输出电压拉氏变换：

输出电压：

三、（15分）角度随动系统伺服电机的时间常数为，系统单位阶跃响应的最大超调量，求（1）系统的开环增益；（２）判断响应时间是否满足5秒内达到2%误差的要求。

（１）（10分），

0.46

，

（2）（5分），满足要求。

四、（15分）火星自主漫游车的导向控制系统方框图如图所示，（1）试求在加速度输入作用下，满足稳态误差小于0.25，并且满足闭环系统稳定的开环增益k值范围。（可用劳斯判据）

X0(s)

Xi(s)

（7分）求满足稳态误差的k值范围

，

（2）（8分）求满足系统稳定的k值范围

系统闭环传递函数

劳斯数列为

最后

五、(10分)某伺服电动机调速系统方框图如图所示，如果调速系数，测速反馈系数，(1)求扰动力矩n(t)单独作用下的传递函数Gn(s)；(2)求当输入力矩为R(t)=t，扰动力矩n(t)=t时，系统的稳态误差。

C(s)

R(s)

N(s)

kc

(1)（5分）

（2）（5分）令，

I型系统，

（5分）令，

六、（10分）已知某系统开环传递函数为，试在下图所给对数坐标中绘出系统开环对数幅频特性图（给出必要的计算及过程说明）。

解：系统含比例环节、1个积分环节、2个惯性环节，1个一阶微分环节

20lgK=20k=10低频段直线过（1,20）,

；，

则有：

七、（20分）已知某系统开环伯德图如图所示：

（1）求出该系统开环传递函数；

（2）在图7中标出剪切频率，相位穿越频率、相位裕量和幅值裕量，并读出或计算出各自的值；

（3）设计相位超前校正环节，使得相位裕量大于30度。

解：（1）由题知，开环对数幅频特性曲线斜率依次为-20→-40→-60，

故系统含比例环节、1个积分环节、2个惯性环节，开环传递函数为

低频段过（1，38）,所以20lgK=38，得K=80