3机械控制工程基础复习题及参考答案.docx

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3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0，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

K2（一阶系统G（s）=的时间常数T越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间Ts+1

A（越长B（越短

C（不变D（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，当时，其相位移为,（,）,,,,（,）

A（-270?

B（-180?

C（-90?

D（0?

15（设积分环节的传递函数为G（s）=，则其频率特性幅值M（）=,s

KKA.B.2,,

11C.D.2,,

6.有一线性系统，其输入分别为u（t）和u（t）时，输出分别为y（t）和y（t）。

当输入为1212

au（t）+au（t）时（a,a为常数），输出应为112212

A.ay（t）+y（t）B.ay（t）+ay（t）1121122

C.ay（t）-ay（t）D.y（t）+ay（t）1122122

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0<<1时，如果减小，则输出响应的最大超调量将,,,%

A.增加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

D（系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比

t10（余弦函数cos的拉氏变换是

1A.B.22s，,s，,

1sC.D.2222s，,s，,

11.微分环节的频率特性相位移θ（ω）=

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（特征方程

C（差分方程D（状态方程

14.主导极点的特点是

A.距离实轴很远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

1G（s）A（B（1，G（s）1，G（s）H（s）

G（s）G（s）C（D（1,G（s）H（s）1，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____。

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,dec。

3（对于一个自动控制系统的性能要求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ξ的范围为。

6（当且仅当闭环控制系统特征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e=_____。

9（设系统的频率特性为，则称为。

I（,）G（j,）,R（j,），jI（,）

10.用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ξ和_。

25G（s）,三、设单位负反馈系统的开环传递函数为ks（s，6）

求

（1）系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ω;n

（2）系统的峰值时间t、超调量σ,、调整时间t（?

=0.05）;pS

四、设单位反馈系统的开环传递函数为

16G（s）,Ks（s，4）

（1）求系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ω;n

（2）求系统的上升时间t、超调量σ,、调整时间t（?

=0.02）;。

tp五、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率ωn，阻尼比ζ，超调量σ,，峰值时间，

ts调整时间（?

=0.02）。

六、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下:

20（s，1）G（s）,K2s（s，2）（s，2s，2）求:

（1）试确定系统的型次v和开环增益K;

（2）试求输入为时，系统的稳态误差。

r（t）,1，2t

七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下:

100G（s）,Ks（s，2）

求:

（1）试确定系统的型次v和开环增益K;

2r（t）,1，3t，2t

（2）试求输入为时，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:

20G（s）,K（0.2s，1）（0.1s，1）

求:

（1）试确定系统的型次v和开环增益K;

2r（t）,2，5t，2t

（2）试求输入为时，系统的稳态误差。

九、设系统特征方程为

432s，2s，3s，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、设系统特征方程为

432s，6s，12s，10s，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、设系统特征方程为

322s，4s，6s，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。

10G（s）,0.05s，1十三、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。

100G（s）,s（0.1s，1）（0.01s，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。

，，100.5s，1，，Gs,2，，s0.1s，1十五、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。

十六、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。

C（S）R（S）一GG12十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。

一

G4H2

十C（S）R（S）

GGG123

一

十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。

C（S）R（S）GGG123

一一

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:

11（相频特性2（,20__3（_0_4（0,,,15（6（负数s

7（输出量的希望值8（9（虚频特性10.正弦函数11.___叠加__12.__反馈_13.__积分__14.__对数坐标_15.无阻尼自然振荡频率wn

2525s（s，6）三、解:

系统闭环传递函数G（s）,,,B225s（s，6），25s，6s，251，s（s，6）

2w,252,w,6与标准形式对比，可知，nn

w,5故，,,0.6n

22又w,w1,,,5，1,0.6,4dn

,t,,,0.785pw4d

,,,0.6,221,,1,0.6,ee%,，100%,，100%,9.5%

3t,,1s,wn

1616s（s，4）四、解:

系统闭环传递函数G（s）,,,B216s（s，4），16s，4s，161，s（s，4）

22,w,4与标准形式对比，可知，w,16nn

w,4故，,,0.5n

22w,w1,,,4，1,0.5,3.464又dn

,t,,,0.91故pw3.464d

,,,,0.5221,,1,0.5,%,e，100%,e，100%,16.3%

4,,2ts,wn

五、解:

对于上图所示系统，首先应求出其传递函数，化成标准形式，然后可用公式求出

各项特征量及瞬态响应指标。

100

，，Xs1002，，s50s，4o,,,2100，，，，Xss50s，4，2s，0.08s，0.04i1，,0.02

，，s50s，4

2w,0.042,w,0.08与标准形式对比，可知，nn

,0.2rad/sn，，

,0.2

0.2,,，,,,221,10.2,,,%,e,e,52.7%,,

t,,,16.03s，，p22,,1,0.21,0.2n

44，，t,,,100ss,,0.2，0.2n

六、解:

（1）将传递函数化成标准形式

20（s，1）5（s，1）G（s）,,K22s（s，2）（s，2s，2）s（0.5s，1）（0.5s，s，1）

可见，v,1，这是一个I型系统

开环增益K,5;

（2）讨论输入信号，，即A,1，B,2r（t）,1，2t

AB12e,，,，,0，0.4,0.4根据表3—4，误差ssKK1，1，,5pV七、解:

（1）将传递函数化成标准形式

10050G（s）,,Ks（s，2）s（0.5s，1）

可见，v,1，这是一个I型系统

开环增益K,50;

2r（t）,1，3t，2t

（2）讨论输入信号，，即A,1，B,3，C=2

ABC132e,，，,，，,0，0.06，,,,根据表3—4，误差ss1，KKKa1，,500pV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;

2r（t）,2，5t，2t

（2）讨论输入信号，，即A,2，B,5，C=2

ABC2522e,，，,，，,，,，,,,根据表3—4，误差ss1，KKKa1，200021pV九、解:

用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a=1，a=2，a=3，a=4，a=5均大于零，且有43210

2400

1350

0240

0135

,2,01

,2，3,1，4,2,02

,2，3，4,2，2，5,4，1，4,,12,03

,5,,5，（,12）,,60,043

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=1，a=6，a=12，a=10，a=3均大于零，且有43210

61000

11230

06100

01123

,6,01

,6，12,1，10,62,02

,6，12，10,6，6，3,10，1，10,512,03

,3,,3，512,1536,043

所以，此系统是稳定的。

十一、解:

（1）用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a=2,a=4,a=6,a=1均大于零，且有3210

410

260,,3

041

,4,01

,4，6,2，1,22,02

,4，6，1,4，4，0,1，2，1,6,03

所以，此系统是稳定的。

1十二、解:

该系统开环增益K,;10

1有一个微分环节，即v,,1;低频渐近线通过（1，20lg）这点，即通过（1，,1010）这点，斜率为20dB/dec;

1有一个惯性环节，对应转折频率为，斜率增加,20dB/dec。

w,,2010.05

系统对数幅频特性曲线如下所示。

L（L（,）/dB,）/dBL（,）/dB

20,20dB/dec20dB/dec20dB/dec

100010101050,/（rad/s）,/（rad/s）,/（rad/s）20-10

（a）（b）（c）十三、解:

该系统开环增益K,100;

有一个积分环节，即v,1;低频渐近线通过（1，20lg100）这点，即通过（1，40）这

L（L（,）/dB,）/dB,）/dB点斜率为,20dB/dec;L（

20dB/dec

20dB/dec,20dB/dec7,40dB/dec

40dB/dec00010050,/（rad/s）0.1100,/（rad/s）110300,/（rad/s）

60dB/dec,40dB/dec,80dB/dec

（d）（e）（f）

11有两个惯性环节，对应转折频率为，，斜率分别增加,w,,10w,,100120.010.120dB/dec

L（）/dB

-20dB/dec40

-40dB/dec

0（rad/s）,110100

-60dB/dec

系统对数幅频特性曲线如下所示。

十四、解:

该系统开环增益K,10;

2，低频渐近线通过（1，20lg10）这点，即通过（1，20）这有两个积分环节，即v

点斜率为-40dB/dec;

1有一个一阶微分环节，对应转折频率为，斜率增加20dB/dec。

w,,210.5

1有一个惯性环节，对应转折频率为，斜率增加,20dB/dec。

w,,1020.1

系统对数幅频特性曲线如下所示。

十五、解:

十六、解:

H/G12

C（S）R（S）一GG12一

H/G12

C（S）R（S）一G2G11+GH22

H/G12

C（S）R（S）一GG12

1+GH22

C（S）R（S）GG12

1+GH+GH2211

十七、解:

C（S）R（S）G+GGG1423一

C（S）R（S）（G+GG）G1423

一

C（S）R（S）G（G+GG）14231+GH（G+GG）11423

十八、解:

C（S）R（S）GGG123

一一

GG12C（S）R（S）G31+GH21一

C（S）R（S）GGG1231+GH+GGH21121

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