机械控制工程基础练习题考试题及其答案

1、简答题1、控制系统的根本要求。1〕、简述闭环控制系统的组成。测量元件，给定元件，比拟元件，放大元件，执行元件，校正元件2〕、非最小相位系统有何特点，与最小相位系统的区别是什么？第二题在复平面【s】右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数，反之，在【s】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数。具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统，反之，具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统3〕、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。此滞后校正环节是一个低通滤波器，因为当频率高于1/T时，增益全部下降20lgb(db)，而相位减小不多。如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直，当然低频段的增益就提高了。4〕、简述系统超前校正网络的校正原理在对数幅频特性曲线上有20db/dec段存在，故加大了系统的剪切频率Wc、谐振频率Wr与截止频率Wb，其结果是加大了系统的带宽，加快了系统的响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果是增加了系统相位稳定性。5〕、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些？1：增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益2：在系统的前向通道或主反应通道设置串联积分环节3：采用串级控制抑制内回路扰动。6〕、简要说明比例积分微分PID控制规律中P、I和D的作用(1)比例系数Kp直接决定控制作用的强弱，加大Kp可以减小系统的稳定误差，提高系统的动态响应速度，但Kp过大会使动态质量变坏，引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定(2)在比例的调节的根底上加上积分控制可以消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差，直到积分的直为零，控制作用才停止(3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。2.控制系统的结构图如以下图所示，求：aas--R(s)C(s)E(s)当不存在速度反应时，试确定单位阶跃输入动态响应过程的，和。〔1〕a=0时，，，所以，，〔2〕确定时的速度反应常数值，并确定时系统的稳态误差。考虑内反应时，，所以3.如下图系统，，〔1〕判断系统的稳定性；〔2〕求静态误差系数，，；〔3〕当系统输入为，求系统的稳态误差；〔4〕假设系统的干扰为，求系统在输入和干扰共同作用下的稳态误差。〔1〕有劳斯表，可判定第一列均大于0，所以系统稳定。〔2〕〔3〕〔4〕4.系统结构图如以下图所示，化简系统结构图，求出系统的传递函数C(s)/R(s)。5.化简系统结构框图，并求和。6、求以下图所示系统的传递函数。7、求以下图力学模型的传递函数。为输入位移，为输出位移。8、单位反应的最小相位系统，其开环对数幅频特性如以下图所示，试求〔1〕开环传递函数；〔2〕计算系统的相位裕度，并判断系统的稳定性；〔3〕假设将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。〔华南理工考试题〕解：〔1〕设，由图可知，传递函数为〔2〕〔近似计算〕所以，系统稳定。〔3〕右移十倍频程，可得，相角裕度不变，截止频率扩大10倍，系统响应速度加快。9、设系统开环传递函数为：，作出系统的开环幅频和相频特性曲线，并判断系统的稳定性。10、设电子心率起搏器系统如以下图所示：〔南航考试题〕其中，模拟心脏的传递函数相当于一纯积分器，试求：假设对于最正确响应，问起搏器的增益K为多大？假设期望心速为60次/min,并突然接通起搏器，问1s后实际心速为多大？瞬时最大心速为多大？10、〔1〕〔2〕，闭环极点，脉冲响应阶跃响应，最大心率次。11、系统方框图如以下图所示。求：〔1〕输出对指令信号的传递函数；〔2〕输出对扰动信号的传递函数；〔3〕要消除扰动对系统的影响，应如何选取。、解：〔1〕〔2〕〔3〕，可以消除扰动对系统的影响12、根据系统图，及所对应的阶跃响应曲线，确定系统质量M、阻尼系数C和弹簧刚度K的数值。〔武汉科技考试题〕12、解：，，，求得：13、控制系统方块图如以下图所示。〔中科院考试题〕确定是闭环系统稳定的参数KKt的取值范围；假设要求：系统的最大超调量为10%，调整时间为1.5秒〔5%的误差带〕，试确定参数K和Kt的值。13、解：(1)由结构图求闭环传递函数，应用劳斯判据KKt>1(2)由超调量求，由调节时间求，比照传递函数标准型求得K及Kt。14、〔南航考试题〕系统结构如下图，，定义误差。试求：〔1〕假设希望〔a〕图中，系统所有的特征根位于s平面s=-2的左侧，且阻尼比为0.5，求满足条件的K、T的取值范围。〔2〕求〔a〕图中系统的单位斜坡输入下的稳态误差。〔3〕为了使稳态误差为零，让斜坡输入先通过一个比例微分环节，如图〔b〕中所示，试求出适宜的K0值。14、解：〔1〕由劳斯稳定判据求得。〔2〕〔3〕15、设单位负反应系统开环传递函数为。〔武汉科技考研题〕求〔1〕写出系统开环幅频、相频特性表达式；〔2〕绘制系统开环对数幅频特性〔渐近线〕和相频特性；〔3〕确定该系统的相位穿越频率，并判断系统的稳定性。16、某单位负反应系统的开环传递函数为，在正弦输入信号作用下，系统的稳态输出为，试确定系统单位阶跃响应的超调量与调整时间。〔电子科大〕、解：由开环传递函数G〔s〕得，，，进而求，17、〔1〕一最小相位系统开环的对数幅频特性如以下图所示。试写出系统开环传递函数G(s)，计算相位裕度和增益裕度。〔2〕假设系统原有的开环传递函数为，而校正后的对数幅频特性正如以下图，求串联校正装置的传递函数。〔东北大学〕17、解：〔1〕系统开环传递函数，，增益裕量为〔2〕校正前开环传递函数为校正后的开环传递函数为所以，18、设单位负反应系统的开环传递函数为：，要求设计串联无源超前校正网络Gc(S)，使校正后系统满足以下指标：1)响应时的稳态误差ess=0.05，；2)相角裕度；3)截止频率ωc≥7.5radS-1。确定K值，求校正网络传递函数。18、解：由，选取满足设计要求19、以下图中ABC是未加校正环节前系统的Bode图，GHKL是参加某种串联环节校正后的Bode图。试求：〔1〕参加的是哪种校正方式，写出该校正环节的传递函数；〔2〕证明系统的开环增益是K=100。19、〔1〕由于校正后高频增益下降，因此是相位滞后校正，校正装置传递函数为：〔2〕这是一个I型系统，其低频段对数幅频特性，当时，，所以K=100。20、闭环离散系统如以下图所示，试求其闭环脉冲传递函数。1、根据控制系统元件的特性，控制系统可分为〔B〕。A、反应控制系统和前馈控制系统B、线性控制系统和非线性控制系统C、定值控制系统和随动控制系统D、连续控制系统和离散控制系统2、开环系统与闭环系统最本质的区别是〔A〕。A、开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用B、开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用C、开环系统不一定有反应回路，闭环系统有反应回路D、开环系统不一定有反应回路，闭环系统也不一定有反应回路3、一阶系统的阶跃响应〔D〕。A、当时间常数T较大时有超调B、当时间常数T较小时无超调C、输入信号幅度大时有超调D、无超调4、某系统的传递函数为，那么该系统的单位脉冲响应函数为〔B〕。A、5tB、C、D、5、一系统的传递函数为，那么该系统时间响应的快速性〔C〕。A、与K有关B、与K和T有关C、与T有关D、与输入信号大小有关6、二阶系统的传递函数，当K增大时，其〔C〕。A、固有频率增大，阻尼比增大B、固有频率增大，阻尼比减小C、固有频率减小，阻尼比减小D、固有频率减小，阻尼比增大7、二阶系统的极点分别为，系统增益为5，那么其传递函数为〔C〕。A、B、C、D、8、单位反应开环传递函数为，那么其闭环系统的分别为〔C〕。9、非最小相位放大环节的频率特性相位移为〔A〕。A．-180°B．0°C．90°D．-90°10、0型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为〔D〕A．-60〔dB/dec〕B．-40〔dB/decC．-20〔dB/dec〕D．0〔dB/dec〕11、闭环系统跟轨迹的条数是〔D〕A.n.B.m.C.n-mD.n、m中的大者12、系统的单位脉冲响应为，那么系统的传递函数为〔A〕A、B、C、D、13、设一阶系统的传递函数为，那么该系统时间常数和放大增益为〔C〕A、23B、C、D、14、一阶系统的传递函数为，假设系统容许误差为2%，那么系统的调整时间为〔B〕A、8B、2C、7D、3.515、系统开环频率特性的Nyquist图如左图，可判断系统型别是〔C〕A、0型B、Ⅰ型C、Ⅱ型D无法确定16、传递函数的零点和极点及比例系数分别是〔D〕A、零点为0.5，极点为-1、-2，比例系数为1。B、零点为0.5，极点为-1、-2，比例系数为2。C、零点为-0.5，极点为-1、-2，比例系数为1。D、零点为-0.5，极点为-1、-2，比例系数为2。17、关于频率特性与传递函数的描述，错误的选项是〔D〕A、都是系统的数学模型B、都与系统的初始状态无关C、与单位脉冲响应函数存在一定的数学关系D、与系统的微分方程无关18、跟轨迹渐近线的条数为〔C〕A、nB、mC、n-mD、n+m19、以下系统或过程中，不存在反应的有〔C〕A、抽水马桶B、电饭煲C、并联的电灯D、教学过程20、以下环节中可以作为相位超前环节的是〔A〕A、B、C、D、21、系统的相位裕度为，那么〔C〕A、系统稳定B、系统不稳定C、当其幅值裕度大于0分贝时系统稳定D、当其幅值裕度小于或等于0分贝时系统不稳定