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及答案

机械控制工程基础复习题1

1、选择填空(30分，每小题2分)

(下列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在下列典型环节中，属于振荡环节的是。

1011(A)G(s),(B)(C)G(s),G(s),22s,100.Is,s,100.01s,s,11.2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

tl.3系统峰值时间满足。p

dxt()opx(t),x(,),,,x(,)(A)(B)(C),0x(t),x(,)opooopodtp

x(t)其中，为系统的单位阶跃响应Q0

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。

2K,limsG(s)(A)K,limG(s)(B)vvs,s,00

(C)K,limsG(s)vs,0

M(%)L5最大百分比超调量的定义式为。p

xtxmax(),(,)ooM(%),100%(A)(B)M(%),maxx(t),x(,)ppoox(,)o

x(t)oM(%)max(C),px(t)i

x(t)x(t)maxx(t)x(t)其中，为系统的输入量，为系统的单位阶跃响应，为的

最大值。iooo

x(t),Rsin(,t)x(t),Rsin(Tt)1.6给同一系统分别输入和这两种信号(其中，

i2rill

,，是系统的谐振频率，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rl

x(t),C$in(,t,,)x(t),Csin(,t,,)输出分别为和，则成立。olllo22r21

C,CC,CC,C(A)(B)(C)122112

aOG(s),L7若一单位反馈系统的开环传递函数为，则由系统稳定的必2s(as,

a)21

要条件可知，。

a,a,a(A)系统稳定的充分必要条件是常数均大于0012

1

a,a,a(B)不论取何值都不能使系统稳定012

a,a,a(C)总可以通过选择适当的值而使系统稳定012

1.8关于系统稳定性的正确说法是。

(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1.9下列传递函

数中，属于最小相位传递函数的是。

,0.5s,10.5s,lG(s),G(s),(A)(B)(0.Is,1)(0.01s,1)(0.Is,

1)(0.01s,1)

0.5s,1G(S),(C)(0.Is,1)(0.01s,1)

x(t)x(t)L10已知线性系统的输入为，输出为，传递函数为，则下列关系正

G(s)io

确的是。

,IX(s),X(s)G(s)(A)(B)x(t),x(t)L[G(s)]oioi

X(s),X(s)G(s)x(t),x(t)G(s)(C)(D)iooi

21.11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(02(D)81.12设系统的结构图如图TT所示,当R(s)=O

时，E(s)/N(s)为。

GG,GG,11222(A)(B)(C)(D)1,GG1,GG1,GG1,GG12121212

N(s)

+X(s)oE(s)X(s)+i+G(s)G(s)21-图T,1

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。

J,J,J,

,)S,,S,,S

,,,000

2图T,2

(A)(B)(C)

s,51,14某单位反馈系统的开环传递函数为，系统的特征方程为、s(s,

3)(s,4)

3232(A)(B)s,7s,12s,Os,7s,13s,5,0

2(C)(D)s(s,3)(s,5),Os,7s,12,0

1.15由以下3个开环传递函数可知，系统是?型系统。

HG(s),(A)(B)G(s),2(0.Is,1)(0.01s,l)s(0.Is,1)(0.01s,1)

IG(s),(C)s(O.Is,1)(0.01s,1)

2、某系统结构图如图T,3所示

x(t)x(t)2.1若输入量为二10(),试求系统的瞬态响应。(8分)t,0io

,x(t)2.2若输入量为()，试求系统的稳态输出。(7分)

x(t),10sin(t,)t,0oi6

x(t),10e2.3若输入量为(),试求系统的稳态误差。(5分)t,Oiss

+X(s)X(s)lio

1)-图T,3

C(s)3＞试求图『4所示系统的传递函数。(10分)R(s)

H2

C(s)R(s)GGG132

Hl

G4

图T—4

4、某单位反馈系统的开环传递函数为

KG(s),s(s,1)(0.Is,1)

3

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、、TT12T等表示)。(12分,每图3分)3

jVjV

jVjV[G][G][G][G]UUKKUU3二3二3二003二03=000w=0w=

0w=(b)(d)(c)(a)

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)

L(,)dB

,20

20

,40

,100图T,60.2

,60

、某单位反馈系统的开环传递函数为7

10G(s),s(2s,1)(0.Is,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6(10分)

4

机械控制工程复习题答案1

1、

1.1(A)L2(C)1.3(A)L4(01,5(B)1.6(B)1.7(B)1.8(01.9(0

LIO(A)1,11(B)L12(C)L13(A)1.14(B)1,15(0

2、

233,,0.5tx(t),10[l,esin(t>)]2.1o323

,2.2x(t),10sin(t,)o3

,,02.3ss

3、

GGGC(s)123,G,4R(s)l,GGH,GH,GGH12121232

4、0,K,11

5、

KKG(s),G(s),(a)(b)(Ts,1)(Ts,1)(Ts,1)(Ts,1)(Tsf1)12312

KKG(s),G(s),(c)(d)2s(Ts,1)(Ts,l)s(Ts,1)(Ts,1)1212

2G(s),6、s(5s,1)(0.Is,1)

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

包围

(,1,j0)点，故根据奈氏判据•，该系统是稳定的。

5

机械控制工程基础复习题2—、单项选择题(在每小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。每小题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

自适应控制

C.系统校正D.2.反馈控制系统是指系统中有()

A•反馈回路B,惯性环节

调节器

C.积分环节D.PID

O

13.()二，(a为常数)sa,atat,A.L,e,B.L,e,(ta)(t+a),1,C.L,e,D.

L,e,22t4.L,te,=()

11A.B.3asa(),Os,2

22C.D.33()s,2s

45.若F(s)=,则二()Limft()t,021s,

A.4B.2

OO

C.0D.

tat6.已知f(t)二。，(a为实数)，则L,,二()ftdtO,0

laA.B.asa(),sa,

11C.D.ssa(),asa(),

32t,,7.f(t)=,则L,f(t),二()，02t,,

31,2sA.B.ess

33,2s2sC.eD.ess

，，，8.某系统的微分方程为，它是()52xtxtxtxt(),,,()()()000i

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2s,9.某环节的传递函数为G(g):当它是()

A.比例环节B.延时环节

6

C.惯性环节D.微分环节

10.图示系统的传递函数为i)

c

UiRLU

1A.RCs,1

RCsB.RCs,1

C.RCs+1

RCs,1D.RCs

311.二阶系统的传递函数为G(s)」,其无阻尼固有频率3是()n24100ss,,

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

K12.一阶系统的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为()LTs

KKK,A.B.KTC.D.22TTT

K13.某系统的传递函数G(s)二，则其单位阶跃响应函数为()T，Is

!Kt/TKt/T,,,KtT/,tT/A.B.C,K(l,e)D,(l,e)eeTT

型系统。

14.图示系统称为()

B.?

C.?

C.,,?D.,,,?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()

1A.1+TsB.1,Ts

12C.D.(1+Ts)Ts

17.图示对应的环节为()

1B.1,Ts

C.1+Ts

1D.Ts

18.设系统的特征方程为32D(s)=S+14S+40S+4°T=0，则此系统稳定的,值范

围为()

A.T>0B,0<T<14C.014D.t<0

7

19.典型二阶振荡环节的峰值时间与（）

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co=5处出现

转折(如图所示)，这说明系统中有

()环节。2A.5s+lB.(5s+l)

1C.0.2s+lD.2(.)s,021

()Oss,,7221.某系统的传递函数为G(s)二,其零、极点是()()()413ss,,

A.零点s=,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=,1,s=3D.零点s=7,s=2;极点s=,

0.25,s=3

32()s,22.一系统的开环传递函数为，则系统的开环增益和型次依次为()

sss()()235,,

A.0.4,?B.0.4,?C.3,?D.3,?

K,tse23.己知系统的传递函数G(s)=,其幅频特性,G(js),应为()1,Ts

KK,,,,,A.B.ee,,1,Tl,T2KK,,,C.D.e22221,,T,,1T24.二阶系统的

阻尼比G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3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cc

为（）

A.180?,小（3）B,小（3）cc

C.180?+小（3）D.90?+*（w）cc

426.单位反馈控制系统的开环传递函数为G（s）二，则系统在r（t）=2t输入作用

下,其稳ss（）,5

态误差为（）

1054A.B.C.D.0445

2127,二阶系统的传递函数为G（s）二，在0,U,时，其无阻尼固有频率

3n222ss,,,,,2nn

与谐振频率3的关系为（）r

A.B.3=3c.D.两者无关nrnrnr28.串联相位滞后校正通常

用于（）

提高系统的稳态精度

A.提高系统的快速性B.

C.减少系统的阻尼D.减少系统的固有频率

8

29.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率3二4处提供最大相位超前角的

是（）c

41s,s,1011.s,06251.s,A.B.C.D.s,141s,06251.s,Oil.s,30.从

某系统的Bode图上，己知其剪切频率3?40,则下列串联校正装置的传递函数中

能c

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（）

00041.s,041.s,41s,41s,A.B.C,D.0041.s,41s,101s,041.s,

二、填空题（每小题2分，共10分）

有关。

1.系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、和

K2.一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

32sss,,54

开环增益为—

3.二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间t与阻尼比、和有

关。s

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

o5.系统传递函数只与有关，与无关。

三、简答题（共16分）

21.（4分）已知系统的传递函数为，求系统的脉冲响应表达式。2ss,,43

K2.（4分）己知单位反馈系统的开环传递函数为，试问该系统为几型系统?系统

的单位ss（）71,

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）分布分别如图所示，请问各个系统是

否有非主导极点，若有请在图上标出。

-/:卜-卜

四、计算题（本大题共6小题，共44分）

11.（7分）用极坐标表示系统的频率特性（要求在3??、3=0、3=3等点准确

n2421ss,»

9

o

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

TsTsOO,,1134GsTTO,,.,0034S

调节器，请说明理由。

问是否可以称其为PID

4.（8分）求如图所示机械网络的传递函数，其中X为输入位移，Y为输出位

移。

0’"一

45.（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

sssC）00110011,,

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（每小题1分，共30分）

l.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（每小题2分，共10分）

输入信号

1.型次

K322.s+5s+4s+K=0,4

无阻尼固有频率

3.误差带

°线

4.0分贝线,180

10

输入

5.本身参数和结构

三、简答题（共16分）

,211,,1.2ss,,13ss,,43t3t,,g（t）=e,e,t?0

2.?型;稳态值等于1

变大；杷调量减少；

3.上升时间调节时间减小［大体上）；

■

无非主导极点；非主导极点；非主导极点

四、计算题（共44分）

1.、??点

3=0点

曲线大体对

GGG(),Cs()0f2.,lRs(),GG03.(6分)

RG)|一^匚空----J顺馈通道

反馈通道

G(s)=(T+T)+TTs+l/s03434

G(s)由比例部分(T+T)、微分部分TTs及积分部分1/s相加而成034344.(8分)

，，B=0(xyKy,,)

11

TsG(s)=,T=B/kTs,1

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?型，具有良好的静态性能。相位裕度均为

60度，

具有良好的动态性能。

,Ts,16,G（s）=K,,,10Ts,1

可增加相位裕度，调整频带宽度。

JV

［G］

Uco=0（*>=10

+03二

12

机械控制工程复习题3—、单项选择题（本大题共30小题，每小题1分，共

30分）在每小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

,005,?,tft（）,2.若，则（）Lft［（）］,,,15,t?,

,s,5seeA.B.ss

115sC.D.ess

3.己知其（）051Lft［（）］,

22A,B,ss,05,05,s

111C.D.，2ss22s

4.下列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（）

5sA.B.22s,,1625s

11C.D.s,2s,2,2tftte0,5.若，则Lft[()],()

11A.B.2()s,2s,2

11C,D.2()s,2s,2

6.线性系统与非线性系统的根本区别在于()

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()

10A,51s,

20sB.51s,

13

10C.251ss(),

2sD.

8.二阶系统的极点分别为，系统增益为5,则其传递函数为()

ss,,,,054,,12

22A.B.(,)()ss,,054(.)()ss,,054

510C.D.(.)()ss,,054(.)Oss,,054

59.某系统的传递函数为，则该系统的单位脉冲响应函数为（）G（s）,s,

2,2t5tA.B.5e

52tC.D.5etl0.二阶欠阻尼系统的上升时间定义为（）匚r

A,单位阶跃响应达到稳态值所需的时间

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,单位阶跃响应达到其稳态值的50%所需的时间

K11.系统类型、开环增益对系统稳态误差的影响为（），

A.系统型次越高，开环增益K越大,系统稳态误差越小，

B.系统型次越低,开环增益K越大，系统稳态误差越小，

C,系统型次越高,开环增益K越小，系统稳态误差越小，

D.系统型次越低，开环增益K越小,系统稳态误差越小，

K12.一系统的传递函数为，则该系统时间响应的快速性（）Gs（）,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

83（）s,Gs（）,13.一闭环系统的开环传递函数为，则该系统为（）

sss00232,♦

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414.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

215.二阶系统的传递函数为，当K增大时，其（）Gs（）,2Kss,,21

,A.无阻尼自然频率,增大，阻尼比增大n

,B.无阻尼自然频率,增大，阻尼比减小n

,C.无阻尼自然频率，减小，阻尼比减小n

,D.无阻尼自然频率,减小，阻尼比增大n

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

14

B,系统开环传递函数的所有零点和极点均在$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

1017.一系统的传递函数为，则其截止频率为()，Gs(),bs,2

rads/rads/A.2B.0.5

rads/rads/C.5D.10

KGs(),18.一系统的传递函数为，则其相位角可表达为()，，()sTs(),1

,1,1,tgT,,:,90tgT,A.B,

,l,ltgT,90：,tgT,C,D,

219.一系统的传递函数为，当输入时，则其稳态输出的幅

rttOsin,22Gs(),s>2

值为()

A.2B.22/

C.2D.4

一se(),,020.延时环节，其相频特性和幅频特性的变化规律是()

A.dB900L

B.dB(),,,L1

C.dB,,,,,0,0,1,90L

D.dB,,,,,,LO

KGs(),21.一单位反馈系统的开环传递函数为，当K增大时，对系统性

sss()(),,12

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Bod。

图已知，其幅频特性在低频段是一条斜率为

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

时，其稳态误差为()rtt().,O5

A.0.1B.0.2

C.0D.0.5

ZPN,,23.利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，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，以下叙述中正确

的是

(

)

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.以上叙述均不正确

15

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B,谐振频率与谐振峰值,M,rrb

,C.频带宽度D.相位裕量与幅值裕量kg

KGs(),26.一单位反馈系统的开环传递函数为，则该系统稳定的K值范围为

ssK(),

(

)

A.K,0B.K,1

C,0,K,10D.K,,l

27.对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系，以下叙述中不正确的

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ttrs

,C.幅值穿越频率D.相位穿越频率，gc

s,129.当系统采用串联校正时，校正环节为，则该校正环节对系统性能的

Gs(),c21s,

影响是()

A.增大开环幅值穿越频率,c

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

As,130.串联校正环节，关于A与B之间关系的正确描述为()Gs(),cBs,1

A.若G(s)为超前校正环节,则A,B,Oc

B.若G(s)为滞后校正环节，则A,B,Oc

C若G(s)为超前一滞后校正环节,则A?Bc

D.若G(s)为PID校正环节,则A=O,B,0c

第二部分非选择题

二、填空题(本大题共5小题，每小题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。

KGs(),34.1型系统在单位阶跃输入下，稳态误差为，在单5s(),2

位加速度输入下，稳态误差为。

35.频率响应是系统对的稳态响应，频率特性包括两

种特性。

16

三、简答题(共16分)

136.二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，2ss,,1

在右图中标出单位阶跃曲线。

时域动态性能指标有哪些,它们反映系统哪些方面的性能，37.

,38.简述相位裕量的定义、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)机械系统如图所示,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

A

/k---7

/

/-

/-m

/-jSH

/-

(忽略小车与地面的摩擦)。

Cs()Cs()41.(7分)已知系统结构如图,试求传递函数及RsONsO

N0

42.(7分)系统如图所示，为单位阶跃函数，试求：rtt()[],1

,1.系统的阻尼比，和无阻尼自然频率n

t(),,52.动态性能指标:超调量M和调节时间ps

e?225.43.(8分)如图所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下时，K

的ss

44.(7分)己知开环最小相位系统的对数幅频特性如图所示。

1.写出开环传递函数G(s)的表达式；

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