3机械控制工程基础复习题及参考答案.doc
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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D
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）=的时间常数T越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间B
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？
C
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C
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（）=C
A. B.
C. D.
6.有一线性系统，其输入分别为u1（t）和u2（t）时，输出分别为y1（t）和y2（t）。
当输入为a1u1（t）+a2u2（t）时（a1,a2为常数），输出应为B
A.a1y1（t）+y2（t） B.a1y1（t）+a2y2（t）
C.a1y1（t）-a2y2（t） D.y1（t）+a2y2（t）
7．拉氏变换将时间函数变换成D
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
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D
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
10．余弦函数cos的拉氏变换是C
A. B.
C. D.
11.微分环节的频率特性相位移θ（ω）=A
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
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B
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D
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C
A． B．
C． D．
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__相频特性__。
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__-20__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0。
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__负数__时，系统是稳定的。
7．系统输出量的实际值与_输出量的希望值__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ess=_____。
9．设系统的频率特性为，则称为虚频特性。
10.用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是_正弦函数_。
11.线性控制系统最重要的特性是可以应用___叠加__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__反馈_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__积分__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__对数坐标_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_无阻尼自然振荡频率wn。
三、设单位负反馈系统的开环传递函数为
求
（1）系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn；
（2）系统的峰值时间tp、超调量σ％、调整时间tS（△=0.05）；
解：
系统闭环传递函数
与标准形式对比，可知，
故，
又
四、设单位反馈系统的开环传递函数为
（1）求系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn；
（2）求系统的上升时间tp、超调量σ％、调整时间tS（△=0.02）；。
解：
系统闭环传递函数
与标准形式对比，可知，
故，
又
故
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，调整时间（△=0.02）。
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。
与标准形式对比，可知，
六、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：
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。
解：
（1）将传递函数化成标准形式
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＝2
根据表3—4，误差
七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：
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。
解：
（1）将传递函数化成标准形式
可见，v＝1，这是一个I型系统
开环增益K＝50；
（2）讨论输入信号，，即A＝1，B＝3，C=2
根据表3—4，误差
八、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：
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。
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，，即A＝2，B＝5，C=2
根据表3—4，误差
九、设系统特征方程为
试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。
解：
用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1，a3=2，a2=3，a1=4，a0=5均大于零，且有
所以，此系统是不稳定的。
十、设系统特征方程为
试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。
解：
用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1，a3=6，a2=12，a1=10，a0=3均大于零，且有
所以，此系统是稳定的。
十一、设系统特征方程为
试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。
解：
（1）用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a3=2,a2=4,a1=6,a0=1均大于零，且有
所以，此系统是稳定的。
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。
解：
该系统开环增益K＝；
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，－10）这点，斜率为20dB/dec；
有一个惯性环节，对应转折频率为，斜率增加－20dB/dec。
-10
1
20
系统对数幅频特性曲线如下所示。
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。
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）这点斜率为－20dB/dec；
有两个惯性环节，对应转折频率为，，斜率分别增加－20dB/dec
系统对数幅频特性曲线如下所示。
L
（
w
）/dB
20dB/dec
40dB/dec
10
100
60dB/dec
w
（rad/s）
0
1
40
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。
解：
该系统开环增益K＝10；
有两个积分环节，即v＝2，低频渐近线通过（1，20lg10）这点，即通过（1，20）这点斜率为-40dB/dec；
有一个一阶微分环节，对应转折频率为，斜率增加20dB/dec。
有一个惯性环节，对应转折频率为，斜率增加－20dB/dec。
系统对数幅频特性曲线如下所示。
十五、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。
解：
十六、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。
一
一
H1
G1
G2
H2
R（S）
C（S）
解：
一
一
H1/G2
G1
G2
H2
R（S）
C（S）
一
H1/G2
G1
R（S）
C（S）
G2
1+G2H2
一
H1/G2
R（S）
C（S）
G1G2
1+G2H2
R（S）
C（S）
G1G2
1+G2H2+G1H1
十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。
一
十
G4
G1
G2
H2
R（S）
C（S）
G3
解：
一
H1
G1
R（S）
C（S）
G4+G2G3
C（S）
R（S）
一
H1
G1（G4+G2G3）
R（S）
C（S）
G1（G4+G2G3）
1+G1H1（G4+G2G3）
十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。
一
一
G1
G3
R（S）
C（S）
G2
H1
解：
一
一
G1
G3
H1
R（S）
C（S）
G2
H1
一
H1
G3
R（S）
C（S）
G1G2
1+G2H1
R（S）
C（S）
G1G2G3
1+G2H1+G1G2H1
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．－20__3．_0_4．5．6．负数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
三、解：
系统闭环传递函数
与标准形式对比，可知，
故，
又
四、解：
系统闭环传递函数
与标准形式对比，可知，
故，
又
故
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。
与标准形式对比，可知，
六、解：
（1）将传递函数化成标准形式
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＝2
根据表3—4，误差
七、解：
（1）将传递函数化成标准形式
可见，v＝1，这是一个I型系统
开环增益K＝50；
（2）讨论输入信号，，即A＝1，B＝3，C=2
根据表3—4，误差
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，，即A＝2，B＝5，C=2
根据表3—4，误差
九、解：
用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1，a3=2，a2=3，a1=4，a0=5均大于零，且有
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，a4=1，a3=6，a2=12，a1=10，a0=3均大于零，且有
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，a3=2,a2=4,a1=6,a0=1均大于零，且有
所以，此系统是稳定的。
十二、解：
该系统开环增益K＝；
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，－10）这点，斜率为20dB/dec；
有一个惯性环节，对应转折频率为，斜率增加－20dB/dec。
-10
1
20
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＝1；低频渐近线通过（1，20lg100）这点，即通过（1，40）这点斜率为－20dB/dec；
有两个惯性环节，对应转折频率为，，斜率分别增加－20dB/dec
系统对数幅频特性曲线如下所示。
L
（
w
）/dB
20dB/dec
40dB/dec
10
100
60dB/dec
w
（rad/s）
0
1
40
十四、解：
该系统开环增益K＝10；
有两个积分环节，即v＝2，低频渐近线通过（1，20lg10）这点，即通过（1，20）这点斜率为-40dB/dec；
有一个一阶微分环节，对应转折频率为，斜率增加20dB/dec。
有一个惯性环节，对应转折频率为，斜率增加－20dB/dec。
系统对数幅频特性曲线如下所示。
十五、解：
十六、解：
一
一
H1/G2
G1
G2
H2
R（S）
C（S）
一
H1/G2
G1
R（S）
C（S）
G2
1+G2H2
一
H1/G2
R（S）
C（S）
G1G2
1+G2H2
R（S）
C（S）
G1G2
1+G2H2+G1H1
十七、解：
一
H1
G1
R（S）
C（S）
G4+G2G3
C（S）
R（S）
一
H1
G1（G4+G2G3）
R（S）
C（S）
G1（G4+G2G3）
1+G1H1（G4+G2G3）
十八、解：
一
一
G1
G3
H1
R（S）
C（S）
G2
H1
一
H1
G3
R（S）
C（S）
G1G2
1+G2H1
R（S）
C（S）
G1G2G3
1+G2H1+G1G2H1
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