机械控制工程基础复习题及答案

机械控制工程基础复习题1

1、选择填空(30分，每题2分)

(以下各题均给出数个答案，但只有一个是正确的，请将正确答案的序号写在空白处)

1.1在以下典型环节中，属于振荡环节的是

10]

(A)G(s)=(B)G(s)=(0G(s)=------

0.152+5+100.0151"+5+15+10

1.2系统的传递函数定义为在零初始条件下输出量的Laplace变换与输入量的Laplace

变换之比，其表达式—。

(A)与输入量和输出量二者有关

(B)不仅与输入量和输出量二者有关，还与系统的结构和参数有关

(C)只与系统的结构和参数有关，与输入量和输出量二者无关

1.3系统峰值时间L满足

(A]=2⑻/(0)=%(8)©%(8)归A(8)

其中，X。⑺为系统的单位阶跃响应。

1.4开环传递函数为G(s)的单位反馈系统的静态速度误差系数的计算式为—。

2

(A)Kv=lirnG(s)(B)Kv=111115G(5)

i->0s->0

(C)K,,=limsG(s)

一o

L5最大百分比超调量M0(%)的定义式为—。

(A)Mp(%)=maxxo(0-%0(oo)(B)M(%)=3.⑺一％⑺仙％

其中，王⑺为系统的输入量，毛⑺为系统的单位阶跃响应，maxX。⑺为X。⑺的最大值。

1.6给同一系统分别输入=Rsin(q。和x,.2(0=Rsin(0/)这两种信号〔其中，

。，是系统的谐振频率，必是系统正常工作频率范围内的任一频率)，设它们对应的稳态

输出分别为xol⑺=Gsin(卯+0)和%⑺=C2+/)，则成立。

(A)Q>C2⑻C2>Q©Q=C2

1.7假设一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=--——，则由系统稳定的

s(a2s+%)

必要条件可知，O

[A)系统稳定的充分必要条件是常数a。，4,%均大于o

(B)不管外,取何值都不能使系统稳定

(C)总可以通过选择适当的外,%值而使系统稳定

1.8关于系统稳定性的正确说法是o

(A)如果开环稳定，那么闭环也稳定

(B)如果开环不稳定，那么闭环也不可能稳定

(C)如果开环是不稳定的，那么闭环可能稳定、也可能不稳定

L9以下传递函数中，属于最小相位传递函数的是。

_—0.5s+1_0.5s+1

(A)G(s)=-------------------------(B)G(s)=-------------------------

(0.15+1)(0.015+1)(0.15+1)(0.015-1)

0.5s+1

(0G(s)=

(0.15+1)(0.015+1)

1.10已知线性系统的输入为输出为天«),传递函数为G(s),则以下关系正

确的选项是。

(A)X0(s)=X,(s)G(s)(B)/⑺=x«)Li[G(s)]

(0Xj(s)=X0(s)G(s)(D)/⑺=x«)G(s)

2

1.11设一阶系统的传递函数为-------，则其时间常数T为_____。

s+0.25

(A)0.25(B)4(C)2(D)8

1.12设系统的结构图如图T-1所示，当R(s)=0时，E(s)/N(s)为。

1.13图T—2所示为3个系统的极点分布图，据此可以断定：系统是稳定的。

j①j①j①

[s]

XXL」

XX

-a----------X~~

oo

XX

X

图T—2

[A)⑻(C)

s+5

1.14某单位反馈系统的开环传递函数为—————，系统的特征方程为一

s(s+3)(s+4)

[A)53+7s-+125=0⑻53+752+135+5=0

©52+75+12=0(D)s(s+3)(s+5)=0

1.15由以下3个开环传递函数可知,系统—是I型系统。

(B)G(s)=----------------------

(0.15+1)(0.015+1)52(0.15+1)(0.015+1)

1

(0G(s)=

5(0.15+1)(0.015+1)

2、某系统结构图如图T—3所示

2.1假设输入量为为⑺=10(/20),试求系统的瞬态响应/⑺。［8分)

7T

2.2假设输入量为x«)=10sin(/+2)(/NO),试求系统的稳态输出毛⑺。(7分)

6

2.3假设输入量为X,«)=10(/20),试求系统的稳态误差(5分)

图T—3

3、试求图T-4所示系统的传递函数OS%,一60分〕

图T—4

4、某单位反馈系统的开环传递函数为

K

s（s+1）（0.Is+1）

试求使系统稳定的K值。［10分）

5、图T—5（a）、［b）、（c）、〔d〕分别为开环无零点的系统的开环奈魁斯特图，试写

出它们各自对应的传递函数的一般形式〔开环放大倍数用K表示，时间常数符号用7；、石、

4等表示）。［12分，每图3分）

图T-5

6、试求图T—6所示最小相位系统开环对数幅频特性曲线对应的传递函数。（8分）

图T—6

7、某单位反馈系统的开环传递函数为

10

G(s)=

5(25+1)(0.15+1)

试绘制开环频率特性的Nyquist曲线图〔概略图），并根据Nyquist图判定系统的稳定性。

〔10分）

机械控制工程复习题答案1

1、

1.1(A)1.2©1.3(A)1.4(C)1.5(B)1.6⑻

1.7⑻1.8©1.9(C)1.10(A)1.11(B)1.12(C)

1.13(A)1.141B)1.15(C)

2、

2.1(0=10[1-e~05t1+y)]

2.2%⑺=10sin("：)

2.3%=0

3、

C(s)r,GIG2G3

4

R(s)1+GlG2Hl+G2Hl+G2G3H2

4、0<K<ll

(a)G(s)=-----------------(b)G(s)=-------------------------

(7]s+l)(4s+l)(率+1)(4+1)(7>+1)

(c)G(s)=----------------(d)G(s)=-----------------

5(平+1)(有+1)短(率+1)(有+1)

6、G(s)=-----------------

5(55+1)(0.15+1)

7、Nyquist图如以下图所示，因系统开环传递函数无右极点，且开环奈氏曲线不包

围(一1,jO)点，故根据奈氏判据，该系统是稳定的。

机械控制工程基础复习题2

一、单项选择题（在每题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在

题干的括号内。每题1分，共30分）

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.自适应控制

2.反馈控制系统是指系统中有（）

A.反馈回路B.惯性环节

C.积分环节D.PID调节器

3.（）=」一,（a为常数）。

s+a

A.L[仁吗B.L[eat]

C.L[eS]D.L[eYt+a)]

4.L[t2e2t]=()

11

AB.

(s-2)3a(s+a)

2

c---D.

(s+2)37

4

5.假设F(s)一,则Limf(t)=()

2s+1tfo

A.4B.2

C.OD.oo

6.已知f(t)=ea"a为实数)，则L[jf(t)dt]=()

a1

AB.

s-aa(s+a)

]

c.--—D.

s(s-a)a(s-a)

7"f3t><2

，则L[f(t)]=()

A.31-2s

B.-e

ss

C.-e-2sD.鼠2s

ss

8.某系统的微分方程为%,（）（t）+2女o（t>Xo（t）=Xj（t）,它是（）

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）=eN,它是（)

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（）

RCs+1

B.RCs

RCs+1

C.RCs+1

DRCs+1

,RCs

11.二阶系统的传递函数为G（s）=-——，其无阻尼固有频率31,是（)

4s2+S+100

A.10B.5C.2.5D.25

12.一阶系统上

的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为（)

1+Ts

KKK

A.—B.KTC.--D.——

TT2rp2

13.某系统的传递函数G（s）=/y则其单位阶跃响应函数为（）

A.le-Kt/T

B.-e-t/TC.K(l—i)D.(1—产")

TT

14.图示系统称为()型系统。

A.0

B.I

C.II

D.III

15.延时环节G(s)=e-x的相频特性NG(js)

等于()

A.TG)B.-TG)

C.90°D,180

16.对数幅频特性的渐近线如下图，

它对应的传递函数6缶）为（）

A.1+TsB.---------

1+Ts

C.—D.（1+Ts）2

Ts

17.图示对应的环节为（）

A.Ts

B.—^―

1+Ts

C.1+Ts

D.—

Ts

18.设系统的特征方程为

D(S)=S3+14S2+40S+40T=0,则此系统稳定的

T值范围为()

A.T>oB.0<T<14C.T>14D.T<0

19.典型二阶振荡环节的峰值时间与()有关。

A.增益

C.增益和阻尼比

D.阻尼比和无阻尼固有频率

20.假设系统的Bode图在3=5处出现

转折(如下图)，这说明系统中有

()环节。

A.5s+lB.(5s+l)2

C.0.2s+lD.——-——

(0.2s+1)2

21.某系统的传递函数为G(s尸:二;淇零、极点是()

A.零点s二-0.25,s=3;极点s=—7,s=2B.零点s=7,s=—2;极点s=0.25,s=3

C.零点s=—7,s=2;极点s=—l,s=3D.零点s=-7,s=2;极点s=—

0.25,s=3

22.一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为()

s(2s+3)(s+5)

A.0.4,IB.0.4,IIC.3,ID.3,II

.已知系统的传递函数

23G(s)=6^eTs，其幅频特性IG(j«)I应为()

AK_Tra

A.--------eTB.—^e-

1+Teo1+Teo

C.,.LD.K

l+T2®2A/1+T2CO2

24.二阶系统的阻尼比C,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3c为幅值穿越(交界)频率，6(3。为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度

为()

A.180°-<t>(oc)B.4>(oc)

C.180°+小(a。)D.90°+<t>(oc)

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

s(s+5)

态误差为()

人5

A.——10B.D.0

44

27.二阶系统的传递函数为G(s)=f——i——>在o<C<也时，其无阻尼固有频率3n

S+2。CO门S+0n2

与谐振频率小的关系为()

A.On<G)rB.wn=G)rc.G)n>G)rD.两者无关

28.串联相位滞后校正通常用于（）

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.以下串联校正装置的传递函数中，能在频率3c=4处提供最大相位超前角的是（）

4s+ls+10.1s+10.625s+1

A.-D.C.D.

s+14s+10.625s+10.1s+1

30.从某系统的Bode图上，已知其剪切频率3c-40,则以下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（）

*0.004s+1„0.4s+1「4s+lc4s+l

0.04s+14s+l10s+10.4s+1

二、填空题（每题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。

2.一个单位反馈系统的前向传递函数为H—，则该闭环系统的特征方程为

+5s+4s

开环增益为O

3.二阶系统在阶跃信号作用下,其调整时间ts与阻尼比、和有关。

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。

三、简答题（共16分）

1.（4分）已知系统的传递函数为「一，求系统的脉冲响应表达式。

s2+4s+3

2.（4分）已知单位反馈系统的开环传递函数为就不，试问该系统为几型系统?系统的单位

阶跃响应稳态值为多少？

3.（4分）已知二阶欠阻尼系统的单位阶跃响应如下，如果将阻尼比C增大（但不超过1）,请

用文字和图形定性说明其单位阶跃响应的变化。

4.（4分）已知各系统的零点（。）、极点（x）分布分别如下图，请问各个系统是否有非主导极点,

假设有请在图上标出。

四、计算题（本大题共6小题，共44分）

1.（7分）用极坐标表示系统一J----的频率特性（要求在3-8、3=0、3=3n等点准确

4s2+2S+1

表示，其余定性画出）。

2.（7分）求如下系统R（s）对C（s）的传递函数，并在图上标出反馈通道、顺馈通道。

3.（6分）已知系统的调节器为

（TS+1）（TS+1）

Go（S）=---3----------4-------,L2U

S

问是否可以称其为PID调节器，请说明理由。

4.（8分）求如下图机械网络的传递函数，其中X为输入位移，丫为输出位移。

4

5.（10分）已知单位反馈闭环系统的开环传递函数为,请绘出频率特性对

s(O.ls+1)(0.018+1)

数坐标图（Bode图），并据图评价系统的稳定性、动态性能和静态性能（要说明理由）。

6.（6分）请写出超前校正装置的传递函数，如果将它用于串联校正，可以改善系统什么性能?

机械控制工程复习题答案2

一、单项选择题（每题1分，共30分）

1.B2.A3.A4.B5.B

6.C7.C8.C9.B10.B

11.B12.C13.C14.B15.B

16.D17.C18.B19.D20.D

21.D22.A23.D24.C25.C

26.A27.C28.B29.D30.B

二、填空题（每题2分，共10分）

1.型次输入信号

2.S3+5S2+4S+K=0,—

4

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

三、简答题（共16分）

,21-1

s-+4s+3s+1s+3

g（t）=e-t—e3t,t^0

2.I型；稳态值等于1

3.上升时间变大；超调量减少;

调节时间减小（大体上）；

4.

无非主导极点;非主导极点;非主导极点

四、计算题（共44分）

l.GJf8点

3=0点

wn=0.5点

曲线大体对

、C(s)G(G+G)

Z.-----=--------0------f--

R(s)1+GOG

顺馈通道

反馈通道

3.(6分)

Go(S)=(T3+T4)+T3T4S+1/S

Go(s)由比例部分(T3+T4)、微分部分T3T4s及积分部分1/s相加而成

4.(8分)

B(x-y)-Ky=O

G(s)=^-,T=B/k

开环传递函数在复半平面无极点，据图相位裕度为正，幅值裕度分贝数为正，根据

乃奎斯特判据，系统稳定。系统为I型，具有良好的静态性能。相位裕度约为60度,

具有良好的动态性能。

6.Go(s)=KaTs+1,a>l

Ts+1

可增加相位裕度，调整频带宽度。

机械控制工程复习题3

、单项选择题〔本大题共30小题，每题1分，共30分〕在每题列出的四个选项中只有

一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。

1.开环系统与闭环系统最本质的区别是()

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馈回路，闭环系统有反馈回路

D.开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路

f0,0Wt<5

2.假设f(t)=,贝|L[f(t)]=()

1,tN5

11

c.一D.-e5s

ss

3.已知f(t)=05t+l^L[f(t)]=()

A.s+05s之B.O5s之

111

C.yH—D.—

2ss2s

4.以下函数既可用初值定理求其初始值又可用终值定理求其终值的为()

5s

A.-zB.-z

S2+25S2+16

11

C.----D.----

s—2s+2

5.假设f(t)=teN,则L[f(t)]=f)

11

A.----B.-------

s+2(s+2)2

11

C.----D.-----

s-2(s-2)27

6.线性系统与非线性系统的根本区别在于1)

A.线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数

B.线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入

C.线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理

D.线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少

7.系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数为〔)

10

A.-----

5s+l

20s

B.-----

5s+l

10

2s(5s+1)

D.2s

8.二阶系统的极点分别为S1=-05,s?=-4,系统增益为5,则其传递函数为〔

22

A.--------------------B.--------------------

(s-05)(s-4)(s+0.5)(s+4)

510

C.------------------D.------------------

(s+0.5)(s+4)(s+0.5)(s+4)

9.某系统的传递函数为G（S）=H_,则该系统的单位脉冲响应函数为（

)

s+2

A.5e-2tB.5t

C.5e2tD.-

t

10.二阶欠阻尼系统的上升时间t,定义为〔）

A.单位阶跃响应到达稳态值所需的时间

B.单位阶跃响应从稳态值的10%上升到90%所需的时间

C.单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值时所需的时间

D.单位阶跃响应到达其稳态值的50%所需的时间

11.系统类型九、开环增益K对系统稳态误差的影响为（）

A.系统型次入越高,开环增益K越大,系统稳态误差越小

B.系统型次入越低,开环增益K越大,系统稳态误差越小

C.系统型次入越高,开环增益K越小,系统稳态误差越小

D.系统型次入越低,开环增益K越小,系统稳态误差越小

12.一系统的传递函数为G（s）=』一，则该系统时间响应的快速性（）

Ts+1

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

13.一闭环系统的开环传递函数为G（s）=SR：：：：［2），则该系统为〔）

A.0型系统，开环增益为8B.I型系统，开环增益为8

C.I型系统，开环增益为4D.0型系统，开环增益为4

14.瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的（

A.单位脉冲函数B.单位阶跃函数

C.单位正弦函数D.单位斜坡函数

2

15.二阶系统的传递函数为G（s）=「------，当K增大时，其（）

Ks+2s+1

A.无阻尼自然频率①“增大，阻尼比&增大

B.无阻尼自然频率3n增大,阻尼比1减小

C.无阻尼自然频率①。减小,阻尼比己减小

D.无阻尼自然频率①如减小,阻尼比自增大

16.所谓最小相位系统是指（）

A.系统传递函数的极点均在S平面左半平面

B.系统开环传递函数的所有零点和极点均在S平面左半平面

C.系统闭环传递函数的所有零点和极点均在S平面右半平面

D.系统开环传递函数的所有零点和极点均在S平面右半平面

17.一系统的传递函数为G(s)=里，则其截止频率8b为()

s+2

A.2rad/sB.0.5rad/s

C.5rad/sD.lOrad/s

18.一系统的传递函数为G(s)=--—，则其相位角(p(3)可表达为〔)

s(Ts+1)

A.-tg-1T(DB.-900-tg-1Tco

C.90°-tg-1TcoD.tg-1Tco

2

19.一系统的传递函数为G(s)=——，当输入r(t)=2sin2t时，则其稳态输出的幅

s+2

值为()_

A.V2B.V2/2

C.2D.4

20.延时环节。一”«>0),其相频特性和幅频特性的变化规律是()

A.(p(co)=90°,L(co)=0dB

B.(p(co)=-or,L((o)=1dB

C.cp(co)=90°,L(co)=COTdB

D.(p(co)=-COT,L(co)=0dB

21.一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=----------,当K增大时，对系统性

s(s+l)(s+2)

能能的影响是()

A.稳定性降低B.频宽降低

C.阶跃输入误差增大D.阶跃输入误差减小

22.一单位反馈系统的开环Bode图己知，其幅频特性在低频段是一条斜率为

-20dB/dec的渐近直线，且延长线与OdB线的交点频率为3c=5,则当输入为

r(t)=05t时，其稳态误差为()

A.0.1B.0.2

C.OD.0.5

23.利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，Z=P—N中的Z表示意义为〔)

A.开环传递函数零点在S左半平面的个数

B.开环传递函数零点在S右半平面的个数

C.闭环传递函数零点在S右半平面的个数

D.闭环特征方程的根在S右半平面的个数

24.关于劳斯―胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据，以下表达中正确的选项是

)

A.劳斯―胡尔维茨判据属代数判据，是用来判断开环系统稳定性的

B.乃奎斯特判据属几何判据，是用来判断闭环系统稳定性的

C.乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的

D.以上表达均不正确

25.以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是〔)

A.截止频率CObB.谐振频率与谐振峰值

C.频带宽度D.相位裕量丫与幅值裕量kg

26.一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=——,则该系统稳定的K值范围为

s(s+K)

)

A.K>0B.K>1

C.0<K<10D.K>-1

27.对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系，以下表达中不正确的有()

A.开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性

B.中频段表征了闭环系统的动态特性

C.高频段表征了闭环系统的抗干扰能力

D.低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求

28.以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为〔)

A.上升时间.B.调整时间ts

C.幅值穿越频率0>cD.相位穿越频率3g

S+1

29.当系统采用串联校正时，校正环节为Gc(s)=-----,则该校正环节对系统性能的

2s+1

影响是()

A.增大开环幅值穿越频率3c

B.增大稳态误差

C.减小稳态误差

D.稳态误差不变，响应速度降低

Ac_i_1

30.串联校正环节Gc(s)=>^,关于A与B之间关系的正确描述为()

A.假设Gc(s)为超前校正环节，则A>B>0

B.假设Gc(s)为滞后校正环节，则A>B>0

C.假设G(s)为超前一滞后校正环节，则AWB

D.假设Gc(s)为PID校正环节，则A=0,B>0

第二部分非选择题

二、填空题〔本大题共5小题，每题2分，共10分〕

31.传递函数的定义是对于线性定常系统，在的条件下，系统输出量的拉

氏变换与之比。

32.瞬态响应是系统受到外加作用激励后,从状态到状

态的响应过程。

33.判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为,即系统的

特征根必须全部在_____________是系统稳定的充要条件。

34.1型系统G(s)=K在单位阶跃输入下,稳态误差为_________________,在单

s(s+2)

位加速度输入下，稳态误差为O

35.频率响应是系统对的稳态响应，频率特性包括两

种特性。

三、简答题〔共16分〕

36.二阶系统的传递函数为—，试在左图中标出系统的特征根在S平面上的位置,

s+s+1

在右图中标出单位阶跃曲线。

"Wfc（*）

37.时域动态性能指标有哪些？它们反映系统哪些方面的性能？

38.简述相位裕量了的定义、计算公式，并在极坐标上表示出来。

39.简述串联相位超前校正的特点。

四、计算题〔本大题共6小题，共44分〕

40.（7分）机械系统如下图，其中，外力f（t）为系统的输入，位移x（t）为系统的输出，m

为小车质量，k为弹簧的弹性系数，B为阻尼器的阻尼系数，试求系统的传递函数〔忽

略小车与地面的摩擦）。

4一7分）已知系统结构如图，试