2023年机械控制工程基础复习题及参考答案

一、单项选择题：

1.某二阶系统阻尼比为C,则系统阶跃响应为

A.发散振荡B.单调衰减

C.衰减振荡D.等幅振荡

2.一阶系统G(s)=/1的时间常数T越小，则系统的输出响应达成稳态值的时间

Ts+I

A.越长B.越短

C.不变【).不定

3.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？

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

4.惯性环节的相频特性C(co),当co->8时，其相位移。(8)为

A.-270°B.-180°

C.-90°D.0°

5.设积分环节的传递函数为G(s)=』，则其频率特性幅值M(co)=

s

,KK

A.—BR.--

Wco-

C.-D.4

co2

6.有一线性系统，其输入分别为u1(t)和。⑴时,输出分别为y{)和y2(t)<,当输入为

aiUi(t)+a2u2(t)lb]'(ai,a2为常数)，输出应为

A.aiyi(t)+y2(t)B.aiyi(t)+a2y2(t)

C.a)yi(t)-a2y2(t)D.yi(t)+a2y2(t)

7.拉氏变换将时间函数变换成

A.正弦函数B,单位阶跃函数

C.单位脉冲函数D.复变函数

8.二阶系统当时，假如减小G，则输出响应的最大超调量b%将

A.增长B.减小

C.不变D.不定

9.线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下

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

I).系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比

10.余弦函数COSC01的拉氏变换是

.1(0

A.----nB.------

S+(0S+CD-

C_______D___!___

J。22，

s~+(os+or

11.微分环节的频率特性相位移0(3)二

A.90°B.-90°

C.0°D.-180°

12.II型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为

A.-40(dB/dec)B.-20(dB/dec)

C.0(dB/dec)D.+20(dB/dec)

13.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

A.代数方程B.特性方程

C.差分方程D.状态方程

14.主导极点的特点是

A.距高实轴很远B.距离实轴很近

C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近

15.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

A.G(S)B.-----!-----

1+G(s)l+G(s)H(s)

(、G(s)[)G(s)

'l+G(s)H(s)'l-G(s)H(s)

二、填空题：

1.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O

2.积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为dB/deCo

3.对于一个自动控制系统的性能规定可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性。。

4.单位阶跃函数1(t)的拉氏变换为。

5.二阶衰减振荡系统的阻尼比，的范围为。

6.当且仅当闭环控制系统特性方程的所有根的实部都是时，系统是稳定的。

7.系统输出量的实际值与之间的偏差称为误差。

8.在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差/产

9.设系统的频率特性为G(jco)=R(jw)+jl(⑹，则/(⑷称为o

10.川频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是。

11.线性控制系统最重要的特性是可以应用原理，而非线性控制系统则不能。

12.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和连接。

13.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

的环节数来分类的。

14.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图示法。

15.决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数g和。

三、设单位负反馈系统的开环传递函数为Gk(5)=^―

s[s+6)

求(1)系统的阻尼比C和无阻尼自然频率3屏

(2)系统的峰值时间tp、超调量。%、调整时间^(A=0.05)；

四、设单位反馈系统的开环传递函数为

…、16

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

八Ks(s+4)

(1)求系统的阻尼比<和无阻尼自然频率

(2)求系统的上升时间b超调量。%、调整时间£$(△=().02)；。

五、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率on,阻尼比C,超调量。％,峰值时间

调整时间4(△=().02)o

六、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下:

20(5+1)

s(s+2)(/+2s+2)

求：(1)试拟定系统的型次v和开环增益K；

(2)试求输入为4/)=1+2/时，系统的稳态误差。

七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：

求：(1)试拟定系统的型次v和开环增益K；

(2)试求输入为求£)=1+3,+2产时,系统的稳态误差。

八、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：

GKG)=

(0.2s+1)(0.Is+1)

求：(1)试拟定系统的型次v和开环增益K；

(2)试求输入为r(，)=2+5,+2/时，系统的稳态误差。

九、设系统特性方程为

s'+253+352+4s+5=0

试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。

十、设系统特性方程为

/+6?+12?4-105+3=0

试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。

十一、设系统特性方程为

2s+4s~+65+1=0

试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。

十二、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。

十三、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。

G(s)=

5(0.15+1)(0.015+1)

十四、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。

10（0.5s+l）

G（s）=

52（0.1S+1）

十五、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。

C（s）

十六、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。

十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。

十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。

参考答案

一、单项选择题:

1.D2.B3.C4.C5.C

6.B7.D8.A9.D10.C

11.A12.A13.B14.D15.C

二、填空题：

1.相频特性2.-203.04.-5.0<^<16.负数

7.输出量的希望值8.89.虚频特性10.正弦函数11.一叠加__

12..反馈_13.一积分—14._对数坐标」5.无阻尼自然振荡频率w.

25

s(s+6)_25_25

三、解:系统闭环传逆函数G〃(s)=

।+25s(s+6)+25s2+6s+25

s(s+6)

与标准形式对比，可知2列,=6，^=25

故吗=5彳=0.6

又%=吗"1一12=5XJ1-().62=4

71

-=0.785

4

-O.“r

b%=exl00%=e标x100%=9.5%

16

s(s+4)1616

四、解：系统闭环传递函数GAs)=

2

I+165(5+4)+165+45+16

s(s+4)

与标准形式对比，可知2^wtl=4,卬；=16

故叱,=4,彳=0.5

2

又叫=匕Jig?=4xVl-0.5=3.464

7171

故。==0.91

w(f3.464

二5-0.5万

O-%=e'KX1OO%=e灰源xl00%=l6.3%

~2

五、解：对于上图所示系统,一方面应求山其传递函数.化成标准形式,然后可用公式求

出各项特性量及瞬态响应指标。

_J00

X〃(s)=«0—4)=100二2

X^)-7?""100~~7Z7-s(50s+4)+2-『+0.08s+0.04

li/\U.UN

s(50s+4)

与标准形式对比，可知23%=0.08后=0.04

con=0.2(md/s)

G=0.2

至^xO.2

b%=e百=e、Kx52.7%

71_71

«16.03(5)

qJl-G0.2V1-0.22

44

X-------=1OO(5)

孙0.2x0.2

六、解：（1）将传递函数化成标准形式

「,、20(s+1)5(54-1)

G(5)=---------Z---------=----------------Z-------

Ks(s+2)(s~+2s+2)5(0.55+l)(0.5s~+5+1)

可见，v=l,这是一个I型系统

开环增益K=5；

（2）讨论输入信号，r（“=1+2，，即A=l,B=2

根据表3—4,误差《，=」一+-?-=」一+2=0+0.4=0.4

"1+K〃KvI+005

七、解：（1）将传递函数化成标准形式

10050

GK(S)=

s(s+2)s(0.5s+1)

可见，v=l,这是一个I型系统

开环增益K=50；

(2)讨论输入信号，1+31+2产,即A=l,B=3,C=2

ABC32

根据表3—4,误差c.-------+----+----4---+—=04-0.06+co=oo

1+KpK\,Ka1+00500

八、解：（1）该传递函数已经为标准形式

可见，v=0,这是一个0型系统

开环增益K=20；

(2)讨论输入信号,2+5,+2/，即A=2,B=5,C=2

4BC2522

根据表3—4,误差气-----------------1-------------1----------=-----------------1-------1------=----------FCO+00=00

l+KpKvKa1+200021

九、解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a,=l,33=2,az=3,a]=4,ao=5均大于零，且有

2400

1350

0240

0135

A,=2>0

A2=2x3-lx4=2>0

△3=2x3x4—2x2x5-4xlx4=-12<0

A4=5A3=5X(-12)=-60<0

所以，此系统是不稳定的,

十、解:用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a»=l,a3=6,32=12,ai=10,ao=3均大于零,且有

61000

11230

06100

01123

△i=6>0

A2=6x12-1x10=62>0

A3=6x12x10-6x6x3-10x1x10=512>0

A4=3A3=3x512=1536>0

所以，此系统是稳定的。

4"一、解：（1）用劳斯-稀尔维茨稳定判据判别,33=2,&=4,a1=6,ao=l均大于零，且有

410

A3=260

041

At=4>0

A2=4x6-2xl=22>0

A,=4x6xI-4x4x0-lx2xl=6>0

所以，此系统是稳定的。

十二、解:该系统开环增益1<=

1

有一个微分环节,即V=-1；低频渐近线通过（1,201g）这点，即通过（1,

710

10）这点,斜率为20dB/cec；

有一个惯性环节’相应转折频率为%=短=26斜率增长一20dB/dec。

系统对数幅频特性曲线如下所示。

十三、解：该系统开环增益K=100；

有一个积分环节，即v=l；低频渐