机械控制工程基础试题及答案5docx.docx
《机械控制工程基础试题及答案5docx.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械控制工程基础试题及答案5docx.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
机械控制工程基础试题及答案5docx
一、填空题（每空1分，共20分）
1.传递函数的定义是対于线性定常系统•在初始条件为零的条件卜系统输出虽的拉氏变换与输入呈的
拉氏变换Z比。
2.瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到故终或稳定状态的响应过程。
3.判别系统稳眾性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负实部的复数根,即系统的特征根必须
全部在复平向的左半平面是系统稳定的充要条件。
K
4.1塑系统G（s）=在单位阶跃输入下，稳态误差为一Q_,在单位加速度输入下，稳态误差为
s（s+2）
8。
5.频率响应是系统对匸弦输入稳态响应,频率特性包括幅频和和频两种特性。
6.如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原來的工作状态，这样的系统是（渐进）稳迅的系统。
7.传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统木身的结构和参数,并且只适于零初始条件下的线性豪常系统。
&系统的稳态谋差打输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的丿I：
坏传递函数冇关。
9.如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散（数字）控制系统,其输入、输出关系常用差分方程來描述。
10.反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以g（截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的軽性利快速性;而低频段主姜表明系统的稳态性能。
11.対于一个自动控制系统的性能要求可以概插为三个方而：
稳定性、快速性和精确或准确性。
2.设有一个系统如图1所示,jt/=1000N/m,^2=2000N/m,D=10N/（m/s）,当系统受到输入信号无（/）=5sirW
的作用时，试求系统的稳态输H*.xo（r）o（15分）
/X（s）k、Ds0.01s
Xj（$）（k、+k，2）Ds+屮20.0155+1
然后通过频率特性求出xo（t）=0.025sin（r+89」4°）
3.一个未知传递函数的被控系统，构成单位反馈闭环。
经过测试，得知闭环系统的单位阶跃响应如图2
所示。
（10分）
问：
（1）系统的开环低频增益K是多少？
（5分）
（2）如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试勇出其近似闭环传递函数；（5分）
K7
解（I）—,K°=7
1+K（）8
7
（2）——八丿=
~Xj（$）0.025s+8
2.求传递函数—及（10分）
x&）N（s）
L]=—G2H|,L2=—G|G2H2
P]=G]G2A】=1
Xg二GG
XjG）i+g2h1+g1g2h2
P]=1△[=1+G0H]
X°（$）二1+G20
N（s）~l+G2H1+G1G2/72
6.系统如图5所示，r（z）=l（z）为单位阶跃前数，试求：
（10分）
1.
系统的阻尼比g和无阻尼自然频率0\。
（5分）
eg
2.动态性能指标：
超调量Mp和调节时间rv（A=5%）o（5分）
..4二號
•S（S+2）s（s+2g叫）
叫=2
・••2沁=2
2.Mp=e^x100%=16.5%
七.如图6所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下％W2.25时，K的数值。
（10分）
D（s）=s（s+3尸+K=s3+6s?
+9s+K=0由劳斯判据：
S5
1
9
S2
6
K
54-K
0
s°
6
K
笫一列系数大于零，则系统稳定得（）vKv54
9
乂有：
ess=—^2.25
可得：
K$4
4WKV54
2
八.□知单位反馈系统的闭环传递歯数①（$）二，试求系统的相位裕量丫。
（10分）
5+3
解：
系统的开环传递函数为G（s）=必⑼=丄
1-W（s）s+1
IG（jg）c）l=/2=],解得（oc=V3
何+1
y=18O°+（p（coc）=180°-tg_,coc=180°-60°=120°
填空题（每小题2分，共20分）
1.对控制系统的基本要求一般可以归纳为軽性、快速性和准确性。
2.按系统有无反馈，通常可将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。
3.在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程、传递函数等。
4.稳态误君反映出稳态响应偏离系统希望值的程度,它用來衡量系统控制椿度的程度。
5.-阶系统一^■的单位阶跃响应的表达是1-k"。
7\+1
6.冇系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域件能指标。
7.频率响应是线性定常系统对止孩输入的稳态响应。
8.稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信巧的类型冇关。
9.脉冲信号可以用來反映系统的抗冲击能力。
10.阶跃信号的拉氏变换是止。
2.图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）
图1炉温控制结构图
试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。
解答：
输出量：
炉温。
输入量：
给定电压信号。
被控对象：
电炉。
系统包括：
电位器、放人器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶。
原理方框图:
Mf
热电偶
⑵」.作原理：
当电炉温度低于设定值时•热电偶输岀电压⑷疋小•偏差信号斗＞0.电压放大、功率放大后驱动电机正向转动•经减速器调整自耦变压器的动点位■•提髙加热的供电电压•使炉温升高。
当炉温达到设定值时・％=“.・」“=0・电机停止转动•维持炉温为0ZfrU心
3.如图2为电路。
求输入电压％与输出电压比（）之间的微分方程，并求出该电路的传递函数。
（10分）
解答：
跟据电斥定律得
G（s）=
RCs
RCs+1
四、求拉氏变换与反变换
1.求0[0.5—沧']
解答：
7
2s（$-1）2
2.求厂[]
（5+1）（5+2）
解答：
=_3「+6沧⑦
六―
化简框图，并求出闭环传递函数
Xo（S）
图4
解：
h2
Hi/G3
X（5）
Gg
X（,（s）
1—G^G^H+G]G?
G3+G]G°H]
七、图示机械系统山质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力/（/）组成的机械动力系统。
图（a）中乙⑴是输出位移。
当外力子⑴施加3牛顿阶跃力后，记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如（b）图所示。
试求：
1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；（4分）
2）该系统的弹赞刚度质量in、阻尼系数C、弹簧刚度k；（3分）
3）时间响应性能指标：
上升时间-、调整时间°、振荡频数N、稳态误差匕$（5分）。
f（t）
k
/—
图（a）机械系统
C
图（b）响应曲线
解答:
解：
1）对丁•该系统有:
加0（/）+&00）+%（0=/（0
1
msJ+cs+k
2）求k由Laplace变换的终值定理可知:
xo（o0）=limxo（O=lim,.Xo（.）
=lims——；
soms+cs+k
而Xo（oo）=10因此k=3・
Mn=2^X|OO%=95%
71.（）
乂由式Mp=£/2xl00%求得歹=0.6
再由%=此求得m=0.78o
求C由2g（t）n=,求得c=1.83.
3）求―
=2.55（取△=0.05时）
取△=0.05时，
入‘L5J1-/「
N=——-———=0.64眩
取A=0.02时，
2J1-严
N=75-0.85
求％
当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为:
SS
对于o型系统Kp=K=1,代入式中求得:
八、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数E则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单
位恒速信号作用下的匕$分别是多少？
（8分）
解答：
该系统为单位负反馈且为0盘系统，k=ll,所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的％分别
1
是、CCo
11
在单位脉冲信号作用下的稳态误寿为
ess_!
氏$H（s）[l+G（s）H（$）]•%_吧'°]+io1-0
55+1
九、设有如图所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围
解答：
G（s）-£（s+]）（s+5）+k
系统的特征方程：
s（s+l）（s+5）+k=0
可展开为：
$'+s2+5s+k=0
列出劳斯数列：
f15
s26k
I30-k
s
6s°k
k>0,30-k>0
<0k<30
升级会员 