机械工程控制基础试题 (1)

一、填空题（20分）

1、系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。

2、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 性和精确或准确性。

3、传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

4、传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。

5、判别系统稳定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面的左半平面是系统稳定的充要条件。 6、频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。 7、系统的性能指标按其类型可分为时域性能指标，频域性能指标，综合性能指标。 8、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。

9、系统稳定的充要条件是：系统的全部特征根都具有负实部。 10、对广义系统，按反馈情况可分为 开环系统 、 闭环系统 。

选择题（20分）

1、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

2、微分环节的频率特性相位移θ(ω)= ( A )

A. 90° B. -90° C. 0° D. -180° 3、设系统的传递函数为G(s)= A.25

25，则系统的阻尼比为 （ C ） 2s?5s?251B. 5 C. D. 1

24、正弦函数sin?t的拉氏变换是 （ B ）

1? B.2 s??s??2s1C.2 D. 222s??s??5、比例环节的频率特性相位移θ(ω)= ( C )

A.90° B.-90° C.0° D.-180°

6、一阶系统的阶跃响应， ( D ) A.当时间常数T较大时有振荡 B.当时间常数T较小时有振荡 C.有振荡 D.无振荡

7、系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 ( C )

A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是

8、时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 （ D ）

A．脉冲函数 B．斜坡函数 C．抛物线函数 D．阶跃函数

9、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 10、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

A.

简答题（20分）

1、什么是反馈？为什么要进行反馈控制？

答：反馈是指人们为了达到一定的目的，有意加入的反馈，闭环控制系统的工作是基于系统的实际输出与输入间的偏差之上的，在系统存在扰动的情况下，这种偏差就会出现。进行适当的反馈控制正好能检测出这种偏差，并力图减小这种偏差，而最终使得偏差为零，事实上，反馈控制仅仅需为无法预计的扰动设计，因为对可以预知的扰动，总可以在系统中加以校正。 2、什么是系统？什么是线性系统？ 答：系统是由相互联系，相互作用的若干部分构成而且有一定的目的或一定的运动规律的一个整体；当系统的数学模型能用线性微分方程描述时，系统称为线性系统。 3、系统稳定性的定义是什么？ 答：系统的稳定性是指系统在初始状态的作用下，由它引起的系统的时间响应随时间的推移，逐渐衰减并趋向与零的能力。若随时间的推移，系统能回到平衡位置，则系统是稳定的；若随时间的推移，系统偏离平衡位置愈来愈远，则系统是不稳定的。 4,开环与闭环的区别？

开环：指控制装置与被控制对象之间只有正方向作用而没有反馈作用作用的控制过程。系统的输出对被控对象没有影响。优点：简单，稳定，可靠，缺点：精度通常较低，无自动纠偏能力。闭环：指控制装置与被控制对象之间不仅存在正方向作用还具有反馈作用的控制过程。优点：精度高，对外部扰动和系统参数变化不敏感。缺点：存在稳定，振荡，超调等问题，系统性能力分析和设计麻烦。 5，传递函数的性质?

(a)传递函数只取决于系统和元件的结构和参数，与外作用及初始条件无关。（b)只适用于线性定常系统(c)一个传递函数只能表示一个输出的函数关系。（d）不能反映在非零初始条件下系统的运动情况（e)是复变量S的有理真分式函数。(f)可以是有量纲也可以是无量纲。(g)物理性质不同的系统，环节或元件，可以具有相同类型的传递函数。(h)与单位脉冲响应函数一一对应，是拉氏变换与反变换的关系。 6方框图的组成？

（a)函数方框（b)信号传递线（C)相加点（d)分支点 7，结构图具有的特点？

（a)形象而明确地表达了系统的组成和相互连接的关系。可以方便的评价每一个元件对系统性能的影响。信号的传递严格准守单向性原则，对于输出对输入的反作用，通过反馈支路单独表示。（b)对结构图进行代数运算和等效变换，可方便的求得整个系统的传递函数。（c)当S=0时，结构图表示了各变量之间的静态特性关系，故称为静态结构图，而 S不等于0时，即为动态结构图。

8，奈奎斯特图的绘制步骤？

（a)由G（jw)求出实频特性P(w)，虚频特性Q(w)和幅频特性|G(jw)|,相频特性的表达式;（b)求出若干特征点，如起点w=0,终点w=00，与实轴的交点Q(w)=0,与虚轴的交点P(w)=0等，并标注在极坐标图上。（c)补充必要的几点，根据|G(jw)|,/_G(jw)和P（w),Q(w)的变化趋势以及G(jw)所处的象限，作出奈奎斯特曲线的大致图形。

9、波特图的绘制步骤？ (a)将系统传递函数G(s)转化为若干个标准形式的环节传递函数的乘积形式。（b)由传递函数G(s)求出频率特性G(jw).(c)求典型环节的转角频率。（d）作出各环节的对数幅频特性的渐近线。（e)必要时，对渐近线进行误差修正。（f)将各环节的对数幅频特性叠加。(g)将叠加后的曲线垂直移动201gK，得到系统的对数幅频特性。（h)作各环节的对数相频特性，然后叠加而得到系统总的对数幅频特性。（i)有延时环节时，对数幅频特性不变，对数相频特性而应加上—Tw。

计算题（30分）

1、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。 H1

R(S) 一 G1 一 解：

H1/G2 R(S) 一 G1

一

H1/G2

R(S) 一 G1 H1/G2 R(S) 一 G1G2 1+ G2H2

G2 H2 C(S) G2 H2 C(S) G2 1+ G2H2 C(S) C(S)

R(S) G1G2 1+ G2H2+G1H1 C(S) 2、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)?100

s(0.1s?1)(0.01s?1)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；

11?10，w2??100，斜率分 有两个惯性环节，对应转折频率为w1?0.10.01别增加－20dB/dec

系统对数幅频特性曲线如下所示。

L (? )/dB 40 0 -20 dB / dec -40 dB / dec 1 10 (rad/s) 100 ? -60 dB / dec

3、设系统特征方程为

s4?5s3?2s2?4s?3?0

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=5，a2=2，a1=4，a0=3均大于零， 且有

54001230?4?05400123

?1?5?0 ?2?5?2?1?4?6?0 ?3?5?2?4?5?5?3?4?1?4??51?0 ?4?3?3?3?(?51)??153?0

所以，此系统是不稳定的。

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