《机械工程控制基础》题库

机械工程控制基础复习题

第一章 绪论

1、以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较（ ）。 A．开环高 B.闭环高 C.相差不多 D. 一样高 1、系统的输出信号对控制作用的影响（ ）。 A．开环有 B.闭环有 C.都没有 D.都有 1、对于系统抗干扰能力（ ）。

A．开环强 B.闭环强 C.都强 D.都不强

1、下列不属于按输入量的变化规律分类的是（ ）。

A．恒值控制系统 B.计算机控制系统 C. 随动控制系统 D. 程序控制系统

1、按照系统传输信号的类型可分成（ ）。

A．定常系统和时变系统 B. 离散控制系统和连续控制系统 C. 线性系统和非线性系统 D. 恒值系统和程序控制系统 1．按照控制系统是否设有反馈作用来进行分类，可分为___ ___和___ ___。 答案：开环控制系统 闭环控制系统

1．对一个自动控制系统的最基本要求是 ，也即 是系统工作的首要条件。 答案：稳定 稳定性

1．对控制系统性能的基本要求一般可归结为稳定性、___________和___________。 答案：快速性 准确性

1、控制论的中心思想是，通过 ， 和反馈来进行控制。 答案：信息的传递 加工处理

1．什么是反馈(包括正反馈和负反馈)?根据反馈的有无，可将控制系统如何分类？

答案：（1）反馈是指输出量通过适当的检测装置将信号全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。如果反馈信号与系统的输入信号的方向相反，则称为负反馈；如果反馈信号与系统的输入信号的方向相同，则称为正反馈。

（2）根据反馈的有无，可将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。 1.何为闭环控制系统?其最主要的优点是什么？

答案：闭环控制系统就是反馈控制系统，即输出量对控制作用有影响的系统。其最主要的优点是能实现自我调节，不断修正偏差，抗干扰能力强。

1．简述“自动控制”和“系统”的基本概念。 答案：（1）所谓“自动控制”就是在没有人直接参与的情况下，采用控制装置使被控对象的某些物理量在一定精度范围内按照给定的规律变化。

（2）所谓“系统”，即具有某一特定功能的整体。 1. 试述一个典型的闭环控制系统的基本组成。

答案：一个典型的闭环控制系统应该包括反馈元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件及校正元件等。

第二章 控制系统的数学模型

2．单位速度信号、单位抛物线信号分别是（ ）阶信号。 A．1、2 B.2、3 C.1、3 D. 3、2 2．线性定常系统的传递函数与（ ）有关。

A. 本身的结构、参数 B. 初始条件 C. 本身的结构、参数与外作用信号 D.外作用信号 2. 常用函数1(t)拉氏变换式L［1(t)］为( )。

11A． s B． C．2 D．1

ss2．对典型二阶系统，下列说法不正确的是（ ）。

A．系统临界阻尼状态的响应速度比过阻尼的要快；B．系统欠阻尼状态的响应速度比临界阻尼的要快； C．临界阻尼状态和过阻尼状态的超调量不为零； D．系统的超调量仅与阻尼比有关 2．振荡环节的传递函数是( )。 A．τs

?2nB．τs+1 C．2 2s?2??ns??nG(s)? D．

1 ?s2．已知单位负反馈系统的开环传递函数为

2s?1s2?6s?100，则该系统的闭环特征方程为 ( )。

22(s?6s?100)?(2s?1)?0 s?6s?100?0A、 B、

C、s?6s?100?1?0 D、与是否为单位反馈系统有关

2．适合应用传递函数描述的系统是：（ ）。

A．单输入——单输出的线性定常系统； B．单输入，单输出的线性时变系统； C．单输入，单输出的定常系统； D．非线性系统。 2．错误！未找到引用源。的拉氏反变换f(t)为（ ）。

-t t -2t-t

A．1－e B．1－e C．1－e D．e

2．标准二阶系统的单位阶跃响应如下图所示，请指出ξ的范围：( )。 A．0<ξ<1 B．ξ=0 C．ξ≥1 D．ξ＝1

2

2.下图所示对应的环节为( )。 A. Ts B.

11 C. 1+Ts D.

Ts1?Ts

2、积分环节的传递函数是( )。 A．τs

?2nB．τs+1 C．2

s?2??ns??2n11 C．2 ss D．

1 ?s2、常用函数t的拉氏变换式L［t］为( )。 A． s

B．

D．1

2、设系统的传递函数为错误！未找到引用源。，则系统的零点Z1、Z2和极点P1、P2分别为( )。 A .Z1＝-10，Z2＝5；P1＝-1，P2＝10 B. Z1＝-10，Z2＝5；P1＝错误！未找到引用源。，P2＝2 C.Z1＝-10，Z2＝5；P1＝?P2＝-2

1错误！未找到引用源。，P2＝10 D. Z1＝10，Z2＝5；P1＝错误！未找到引用源。，22、若某单位负反馈控制系统的开环传递函数为

5，则该系统的闭环特征方程为 ( )。

s(s?1)A．s(s?1)?0 B．s(s?1)?5?0 C．s(s?1)?1?0 D．与是否为单位反馈系统有关 2、 设某单位负反馈系统的开环传递函数为G(S)?M(S)，则闭环特征方程为（ ）。 N(S)A、N(S) = 0 B、 N(S)+M(S) = 0 C、1+ N(S) = 0 D、与是否为单位反馈系统有关

?0(t)+tx?0(t)+4x0(t)=3xi(t)，它是( )。 x2、某系统的微分方程为?A. 线性时变系统 B. 非线性系统 C. 线性定常系统 D. 非性线时变系统 2. 欠阻尼二阶系统的ξ的范围为( )。 A．0<ξ<1

B．ξ=0 C．ξ≥1

D．ξ＝1

2．常用函数t2的拉氏变换式L［t2］为( )。 A． s

21B． 3 C．3

ss D．1/S

2、关于传递函数，错误的说法是 ( )。

A．传递函数是经典控制理论内容的基础； B．传递函数不仅取决于系统的结构参数，还与给定输入和外界扰动有关；C．传递函数是在零初始条件下进行定义的；D．系统的稳定性是由闭环传递函数的极点决定的。

2．做典型环节时域特性实验时，最常用也是最恶劣的典型输入信号是( )。 A.脉冲函数 B.斜坡函数 C.阶跃函数 D.正弦函数 2．正弦函数sin?t的 拉普拉斯变换为（ ）。 A．

?s2??2 B.

s?1 C. D.

s??s2??2s2??22. 比例环节的传递函数为G(s)=______，一阶微分环节的传递函数为G(s)=__ ____。

答案：k TS+1

2．拉氏变换的延迟定理：当原函数f(t)延迟T秒时间，成为 ，它的拉氏变换式为_ _____。

-sT

答案：f(t-T) eF(S)

2．单位阶跃函数1(t)的拉斯变换式为 ，单位抛物线函数0.5t2的拉斯变换式为 。

3

答案：1/s 1/s

2．令传递函数的分子等于0的对应根叫 ，令其分母为0的对应根叫 。 答案：传递函数的零点 传递函数的极点

2．线性定常系统的传递函数为在零初始条件下，系统的____________与___________之比。 答案：输出量的拉氏变换 输入量的拉氏变换

2、若时间函数f(t)的拉氏变换为F(s)，当错误！未找到引用源。时，f(t)＝________；当f(t)＝sinwt错误！未找到引用源。时，F(S)＝__________。

22

答案：coswt w/(s+w)

2．当原函数f(t)延迟τ时间，成为f(t-τ)，它的拉氏变换式为_ 。该运算法则称为 定理。

-sτ

答案：eF(s) 延迟

2、若某单位负反馈控制系统的前向通道的传递函数为G(s)，则反馈通道的传递函数H(S)= ，对应闭环传递函数为 。 答案：1 G(s)/(1+G(s))

2、由多个环节串联构成的系统，当无负载效应影响时，其总传递函数等于各环节传递函数的 ；总的相位移等于各环节相位移 。 答案：乘积 之和

2．比例环节的传递函数为G(s)=______，惯性环节的传递函数为G(s)=______。 答案：k 1/(Ts+1)

2. 线性定常系统在_ __条件下，输出量的拉氏变换与______之比，称为传递函数。 答案：零初始条件下 输入量的拉氏变换

2．什么是系统的数学模型？描述系统的数学模型有哪几种？

答案：系统的数学模型是描述输入输出变量间关系及其运动规律的数学表达式，主要包括微分方程、传递函数、差分方程、状态空间表达式等。

2．简述线性定常系统的传递函数的定义，并分别写出惯性环节、振荡环节和延时环节的传递函数。

答案：（1）线性定常系统的传递函数定义为：当初始条件为零时，系统输出量的拉斯变换与输入量的拉氏变换之比。

?n1 （2）惯性环节的传递函数为：G(s)? ； 振荡环节的传递函数为：G(s)?2 2Ts?1s?2??ns??n 延时环节的传递函数为： G(s)?e??s2

2．根据阻尼比?取值的不同，二阶系统可分为哪几种工作情况，其单位阶跃响应分别具有什么特点？

答案：根据阻尼比?取值的不同，二阶系统可分为一下四种工作情况： 1）?=0，零阻尼情况，其单位阶跃响应呈现等幅振荡性质； 2) 0

3）?=1，临界阻尼情况，其单位阶跃响应呈现单调上升的性质，无超调，无振荡；

4) ?>1，过阻尼情况，其单位阶跃响应与临界阻尼情况类似，呈现单调上升的性质，无超调，无振荡，但响应时间比临界阻尼情况长。

2、当单位负反馈系统开环传递函数为G(s)?bs?1，错误！未找到引用源。其中a、b均为大于零的常数，试问

s(s-a)要保证系统稳定，则a、b应满足什么条件？

答案：根据劳斯稳定判据，要保证系统稳定，则a、b应满足a

s(s?1)2(s?3)答案：F(s)?c3c2c1c4??? 2(s?1)s?1ss?3s?2?1?21???

s(s?1)2(s?3)(?1)(?1?3)2c2?lim(s?1)2s??1IVIVc1?lim?d?s?2s(s?3)?(s?2)[(s?3)?s]32 (s?1)?lim????s??1222s??1ds4s(s?1)(s?3)?s(s?3)?c3?lims.s?0s?22? 2s(s?1)(s?3)3s?21?

s(s?1)2(s?3)12c4?lim(s?3).s?-311312111?F(s)??.?.?.?. 22(s?1)4s?13s12s?31321?f(t)??te?t?e?t??e?3t

243122、试化简下图所示系统的框图，求出系统的传递函数G(s)?C(s) R(s)

答案：先将方框G2和H1简化，得到如下系统框图：

再将左边第一个相加点后移至第二个相加点处，得到如下系统框图：

所以，系统的传递函数为：

G(s)?G2(s)[G1(s)?G3(s)]

1?G2(s)H1(s)?G1(s)G2(s)H2(s)Ui(s)。 Uo(s)2、RLC电路如下图所示，试求出系统零初始条件下的G(s)?

G1(s)?K?10?111 ?e?j tg?21?j?1???111G3(s)??e?j tg0.1?1?0.1s1?(0.1?)2G2(s)? 所以系统的开环幅频特性为

M(?)??1101???1?(0.1?)?122

开环相频特性为 ?(?)??tg??tg0.1? 5分

当取ω为若干具体数值时，就可由上两式计算出M(?)和?(?)的值，见下表。

ω 0 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 M(?) ?(?) 10 8.9 7.03 4.4 3.04 2.26 1.76 1.4 1.15 0.97 0.83 0.71 0 29.4 50.7 74.7 88.2 97.7 105.2 111.5 116.8 121.5 125.5 129.3 000000000000根据上表的数据就可绘出奈氏图，如下图所示。

奈氏图

5、已知单位负反馈最小相位系统的开环对数幅频特性为下图所示，(1)写出其开环传递函数；（2）求其相位稳定裕量，并判断此闭环系统是否稳定。

答案：解：转折频率分别为5、12.5、25

所对应的时间常数为0.2、0.08，0.04 低频段高度的K=10 故传递函数为

G(s)?1010?

(T1s?1)(T2s?1)(T3s?1)(0.33s?1)(0.1s?1)(0.033s?1)??1800??(?c)?1800?arctan0.33?17?arctan0.1?17?arctan0.033?17?1800?arctan5.67?arctan1.7?arctan0.567?180?80?59.5?29.5?110?0系统是稳定的。

5、已知开环最小相位系统的对数幅频特性如下图所示，试1）写出系统开环传递函数G(s)；2）求出系统近似的?c。

0000

答案：由题图可知：

（1）该系统为1型系统……….(1分)

（2）在??0.1rad/s和??20rad/s处有两个惯性环节……..(2分) （3）其开环增益为10…………….(2分) 所以可以写出系统开环传递函数如下：

G(s)?s(10ss?1)(?1)0.120?10…………..(3分)

s(10s?1)(0.05s?1)2）因为

10?1

?c?10?c所以?c?1rad/s………………….（2分）

5、已知最小相位系统开环对数幅频特性如下图所示。（1）试写出传开环递函数G（s）；（2）求出系统的剪切频率

。

答案：（1）由题可知：

1）该系统为0型系统，开环放大倍数K=10；………（2分） 2）在?=0.1rad/s和?=10rad/s处有两个惯性环节，分别为所以，该系统的传递函数为：………（3分）

11和；………（2分）

10s?10.1s?1

（2）由图可知：

………（3分）

5、设某单位负反馈系统的传递函数为：

G(s)?10(s?3)s(s?2)(s2?s?2)试绘制其对应的对数幅频特性曲线。

答案：绘制对数频率特性时，应先将G(s)化成由典型环节串联组成的标准形式。如令： 然后可按以下步骤绘制近似对数幅频特性曲线：

求20lgK：由K=7.5,可得

20lgK=17.5(分贝)

画最左端直线：在横坐标ω为1、纵坐标为17.5分贝这一点,根据积分环节数υ=1画斜率-20db/dec的最左端

1/υ

直线。 或者在零分贝线上找到频率为K=7.5(弧度/秒)的点,过此画-20db/dec线，也得到最左端直线，如图5-40所示。

根据交接频率直接绘制近似对数幅频曲线：由于振荡环节、惯性环节和一阶微分环节的交接频率分别为1.4、2和3,所以将最左端直线画到ω为1.4时,直线斜率由-20 db/dec变为-60 db/dec；ω为2时，直线斜率由-60 db/dec变为-80 db/dec；ω为3时，直线斜率又由-80 db/dec变为-60 db/dec，如图5-40上细实线所示。 修正近似的对数幅频曲线：修正后的曲线如下图中的粗实线所示。

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