2009、4机械工程控制基础复习参考资料（2240）
1．单位脉冲响应函数为t t h 189)(=，则系统的传递函数为 【 A 】 A ．
2189
s
B ．
s
189
C ．
2189
s
D ．
s
189
2．关于叠加原理，下列叙述正确的是 【 B 】 A ．适合于非线性定常系统 B ．适合于线性定常系统
C ．适合于所有系统
D ．适合于非线性系统
3．对于一阶系统s e s s G 81
2.31
)(-+=，则该系统可看成下述环节由串联而成 【 A 】
A ．惯性环节、延时环节
B ．比例环节、惯性环节、延时环节
C ．惯性环节、超前环节
D ．比例环节、惯性环节、超前环节
4．若二阶阻尼系统的无阻尼固有频率为n ω，则有阻尼固有频率d ω为 【 C 】
A ．等于n ω
B ．大于n ω
C ．小于n ω
D ．与n ω无关
５．下列叙述正确的是 【 C 】 A ．时域响应只能分析系统的瞬态特性
B ．频率响应只能分析系统的稳态特性
C ．时域响应和频率响应都能揭示系统的动态特性
D ．频率响应无量纲
６．关于线性系统的正确描述是 【 C 】 A ．都可以用传递函数表示 B ．只能用传递函数表示
C ．可以用不同模型描述
D ．都是稳定的
７．已知环节的波德图如下图，则该环节为 【 B 】
A ．比例环节
B ．微分环节
C ．积分环节
D ．惯性环节
８．对于二阶系统而言，阻尼比越大，系统的 【 B 】
A ．相对稳定性越差
B ．相对稳定性越好
C ．稳态误差越小
D ．稳态误差越大
９．属于系统时域的数学模型是 【 C 】
A ．频率特性
B ．传递函数
C ．微分方程
D ．频响函数
1０．一线性系统的特征方程为)()(5)(3)(22
3
t x t t x t x t x
?=++ 则该系统是 【 C 】 A ．线性定常系统
B ．线性系统
C ．非线性系统
D ．非线性时变系统
1１．典型环节的传递函数为：)1/(1)(s s G +=，该环节为： 【 Ａ 】 A ．惯性环节
B ．积分环节
C ．微分环节
D ．比例环节
1２．系统的微分方程为F t x t x t x
4)(3)(2)(=++ ,系统的极点为 【 A 】 A ．21j s ±-= B ．j s ±=
2
C ．01=s j s ±=
223
D ．全不是
1３．关于线性系统响应时间的描述正确的是： 【 C 】 A ．时间响应为系统输出的稳态值
B ．由单位阶跃响应和单位脉冲响应组成
C ．由强迫响应和自由响应组成
D ．与系统初始状态无关 1４．已知系统传递函数4
4
)(2
++=s s s G ，则阻尼比为： 【 A 】 A ．0.25
B ．0.5
C ．1
D ．2
1５．二阶振荡系统的阻尼比为7.00<<ζ，则关于无阻尼固有频率n ω，有阻尼固有频率d ω，振荡频率r ω的关系 【 C 】 A ．r d n ωωω<< B ．d r n ωωω<< C ．n d r ωωω<< D ．r n d ωωω<< 16．单位反馈系统的传递函数)
9)(4)(2(1
)(--++=s s s s s G ，则系统 【 B 】
A ．稳定
B ．不稳定
C ．临界稳定
D ．无法判断
17．单位反馈闭环系统的误差为零时，则输出 【 C 】 A ．为0
B ．停止改变
C ．等于希望值
D ．无法判断
18．一阶微分环节G(s)=1+Ts ，当频率ω=1时，则相频特性∠G(jω)为 【 A 】 A. 45° B. -45° C. 90° D. -90°
19．对于稳定系统，幅值裕量Kg 为 【 A 】
A ．大于0dB
B ．小于0 dB
C ．小于等于0 dB
D ．等于1
20．系统传递函数 【 B 】
A ．与外界无关
B ．反应了系统、输入、输出的关系
C ．完全反应系统的动态特性
D ．与系统初始状态有关
21．线性系统稳定与否取决于 【 A 】
A ．系统的结构和参数
B ．系统的输入
C ．系统的干扰
D ．系统的初始状态
22．减小一阶系统的时间常数，则系统 【 C 】
A ．系统准确定变差
B ．系统响应变慢
C ．系统响应快
D ．稳定性变差
23．欠阻尼二阶系统而言，瞬态响应的超调量表征了系统的 【 D 】
A ．系统的可靠性
B ．系统的准确性
C ．系统响应快速性
D ．系统相对稳定性
24．二阶系统的指标中，与阻尼比有关的是 【 B 】
A ．固有频率
B ．超调量
C ．上升时间
D ．调整时间
25．对最小相位系统，系统如果稳定，则相位裕量和幅值裕量 【 A 】
A ．二者都大于零
B ．二者都小于零
C ．相位裕量大于零，幅值裕量小于零
D ．相位裕量小于零，幅值裕量大于零 26．系统的单位脉冲响应函数为t
e t w 2.03)(-=，则系统的传递函数为 【 C 】
A ．
3
2
.0+s B ．
2
.06
.0+s
C ．
2
.03
+s
D ．
3
6
.0+s 27．典型环节的传递函数为：1
1
)(+=Ts s G ，该环节为： 【 D 】 A ．积分环节
B ．比例环节
C ．微分环节
D ．惯性环节
28．对于一阶系统5
23
)(+=s s G ，则时间常数和增益为 【 C 】
A ．2 3
B ．2 1.5
C ．0.4 0.6
D ．2.5 1.5
29．系统正常工作的必要条件是 【 B 】 A ．系统具有快速响应特点 B ．系统必须是稳定的
C ．系统必须准确反应输出
D ．系统必须是线性的
30．在零初始条件下，系统传递函数是 【 C 】 A ．输入与输出的拉氏变换之比 B ．输出与偏差的拉氏变换之比
C ．输出与输入的拉氏变换之比
D ．输入与偏差的拉氏变换之比
31．对于一阶系统4
4
)(2
++=s s s G ，允许误差为2%，则系统调整时间为 【 B 】 A ．8
B ．2
C ．7
D ．3.5
32．下列哪个系统是最小相位系统 【 B 】 A ．
s
01.011
-
B ．
s
01.011
+
C ．
1
01.01
-s
D ．
)
1.01(1
s s -
33．系统稳定的充要条件是 【 B 】 A ．传递函数的零点具有负实部
B ．传递函数的极点具有负实部
C ．传递函数的零点和极点具有负实部
D ．传递函数的零点和极点具有正实部
34．在乃奎斯特图上，当相位裕量和幅值裕量大于零时，系统是 【 C 】
A ．临界稳定
B ．不稳定
C ．稳定的
D ．无法判断
35．机械工程控制论是研究该领域中系统的动力学问题。 36．一个环节的传递函数为Ts s G 200)(=，则该环节是微分环节。
37．表征二阶系统的性能指标中超调量仅与阻尼有关，阻尼越小则该指标越大。
38．两线性系统1f 2f 及其拉氏变换21F F ,有常数21K K ,则=+][2211f K f K L 2211F K F K + 39．系统的波德图如下，则该系统是一阶惯性系统，其转折频率为1，在转折频率处的相位角是-45，
超过转折频率处曲线的斜率是-20dB/dec ，该系统具有低通特点。
40．线性系统最显著的特征是满足叠加性。
41．一阶系统的时间常数越小，系统瞬态响应过程越短，对斜坡输入的稳态误差是无穷大。 42．线性系统输入为正弦信号时，该系统的输出也是同频率的正弦信号。
43．系统的稳态精度由系统的开环增益决定，而相对稳定性由相位裕量和幅值裕量来决定。 44．工业中常用的PID 校正是指比例、积分、微分校正。 45．对自动控制系统的基本要求是稳定性、快速性、准确性。 46．系统时间响应由稳态响应和瞬态响应组成。
47．系统的稳态误差表达了系统的精度和抗干扰能力，是系统的性能之一。
48．系统稳定的必要和充分条件是特征方程的所有根都为负实数或者具有负实部的复数。 49．开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳态特性，中频段表征了闭环系统的动态特性，高频
段表征了闭环系统的复杂性。
50．系统的传递函数反映系统本身的动态特性，决定于系统本身的参数，与外界输入无关。 51．对一个线性系统，当输入是正弦信号时，该系统的稳态输出也是同频率的正弦信号。 52．系统特征方程为0800200881422345=+++++s s s s s 则系统稳定或不稳定。 53．系统的瞬态响应反映了系统本身的动态特性，表征系统的相对稳定性和灵敏度。
54．振荡环节在转折频率处的相位角是-90 ，大于转折频率时的对数幅频特性曲线的渐近线斜率为
-40dB ，小于转折频率时的对数幅频特性曲线的渐近线斜率为0dB 。 55．二阶系统的无阻尼固有频率由系统本身的刚度和质量决定。
56．函数)(t f 及其一阶导数都可拉氏变换，则)(t f 的初值可表示为
∞→→?=s t s F s t f |)(lim |)(lim 0。
57．单位阶跃输入的拉氏变换为s
1。
58．开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳态特性，中频段表征了闭环系统的动态特性，高频
段表征了闭环系统的复杂性。
59．增加系统的开环增益可以提高系统的稳态精度和响应速度，但又会使相位裕量或者幅值裕量减
小，从而使系统的稳定性下降。 60．单位斜坡函数的拉普拉斯变换是1/S
2
61．一阶微分环节的传递函数)(1)(s T s G +=。
62．一阶惯性环节在转折频率时的相位角是-45 ，大于转折频率时的对数幅频特性曲线的渐近线斜率为-20Db/dec
63．下图中的符号分别表示哪些性能指标
p M 表示最大超调量，r t 表示上升时间，p t 表示峰值时间，s t 表示调整时间
64．对I 型系统输入阶跃信号，则其稳态误差为零。 65．典型延时环节的传递函数为s e τ-。
66．分析二阶系统n ω和ξ对系统性能（超调量、延迟时间、调整时间、峰值时间）的影响？
若保持ξ不变而增大n ω则不影响超调量，但是延迟时间、峰值时间和调整时间均会减小，有利于提高系统的灵敏性，因此增大系统的n ω对提高系统的性能有利。若保持n ω不变而改变ξ，减少ξ，虽然峰值时间、延迟时间都减小，但是超调量和调整时间（ξ<0.7）却会增大，灵敏性好，但相对稳定性差，若ξ过于大，ξ>1，则调整时间增大，系统不灵敏。通常选择适当的ξ，其取值一般在0.4~0.8之间，使二阶系统有较好的瞬态性能。这是超调量在25%~2.5%之间，若ξ<0.4，系统严重超调，ξ>0.8，系统较为迟钝，灵敏性不好。当ξ=0.7时，超调量和调整时间都最小，所以为最佳阻尼比。
67．什么是系统的稳态误差？系统的稳态误差一般是如何造成的？
对于一个稳定的系统，随着时间的推移，系统时间响应一般趋于稳态值。由于系统的结构和输入信号的不同，输出稳态值可能偏离输入值，也即有稳态误差。系统在突然的外来干扰作用下，以及系统中存在摩擦、间隙、零件的变形、不灵敏区等因素，也会造成系统的稳态误差。 68．什么是线性系统的传递函数？传递函数相同可以是不同类型系统吗？
线性系统的传递函数指：出示条件为零时，系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变换。 传递函数不说明被描述系统的物理结构，不同类型的系统，只要其动态特性类同，可以用同一类型的传递函数来表达。 69．什么是脉冲响应函数？
当一个系统受到一个单位脉冲激励输入时，它所产生的响应定义为脉冲响应函数。系统传递函
数即为脉冲响应函数的象函数。 70．简述瞬态响应和稳态响应的概念？
瞬态响应是指系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程，一般时间较
短。稳态响应是指当时间趋于无穷大时，系统的输出状态。 71．什么是最小相位系统及其系统特点？
若系统的传递函数所有的零点和极点均在复平面的左半平面，则该系统称为最小相位系统。对该类系统而言，当系统的频率从零变化到无穷大时，相位角的变化范围最小。
72．线性系统的传递函数由哪些特点？
它反映系统本身的动态特性，只与系统本身参数有关，与外界输入无关。对于物理可实现系统，
传递函数分母中s 的阶次一定大于分子中s 的阶次。传递函数量纲由输入输出决定，它不说明被描述系统的物理结构，不同的物理系统，只要动态特性类同，可用同一类型的传递函数表达。 73．判断系统稳定性的出发点是什么？
判断系统稳定性的问题可以归结为对系统特征方程的根的判别，一个系统稳定的必要和充分条件是其特征方程的所有根都必须为负实部或为具有负实部的复数，也即稳定系统的全部根均应在复平面的左半面。
74．幅值裕量、相位裕量如何定义？
开环奈氏曲线与单位圆的交点与原点的连线与负实轴的夹角称为相位裕量。γ=180+φ 开环奈氏曲线与负实轴交点处的幅值的倒数称为幅值裕量。Kg=1/|G(jW g )H((jW g )| 75．何谓开环控制系统和闭环控制系统？并画见图说明？
开环系统：系统的输出量对系统五控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统。闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统。
开环控制系统
闭环控制系统
76．已知拉氏变换)
3()2(1
)(3++=
s s s s X ，求其原函数？
解：原式 ＝
)
3(31
241)2(83)2(41)2(212
3++++-+++-s s s s s ∴x （t ）＝
24
1
31834432222++-+-----t t t t e e e t e t
控制器
控制对象
控制器
控制对象
77．若系统单位阶跃响应)0(8.08.11)(94≥+-=--t e e t h t
t
试求系统频率特性。
解 s
s R s s s s s s s C 1)(,)
9)(4(3698.048.11)(=
++=+++-=
则
)
9)(4(36
)()()(++=Φ=s s s s R s C 频率特性为 )
9)(4(36
)(++=
Φωωωj j j
78．一阶系统结构图如图所示。要求系统闭环增益2=ΦK ，调节时间4.0=s t s ，试确定参数2
1,K K 的值。
解 由结构图写出闭环系统传递函数
111)(2
12211211
+=+=+
=ΦK K s
K K K s K s K K s K s
令闭环增益21
2
==
ΦK K ， 得：5.02=K 令调节时间4.03
32
1==
=K K T t s ，得：151=K 。 79．求图示系统的传递函数
)
()
(s R s C
解：
H
G G G s R s C 22
11)()(--=
80．已知函数???=t
t f 30)(
≥ 20 00 1 ][s s e dt s e dt s e s e t dt e t t L st st st st st = -==???? ? ?---=?=∞ -∞-∞ -∞ -∞ -??? 81．已知系统的传递函数为6 52310 8523)(2345234+++++-+++=s s s s s s s s s s G ，判断系统的稳定性如何？ 解：系统的特征方程为：65232345+++++s s s s s =0，根据劳斯判据得： 134 36900134 79158672 176 10141s s s s s s 上述第一列全为正，所以无符号变化，系统稳定。 82．已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为 t t e e t c --+-=221)(，试求系统的传递函数 和脉冲响应。 解 单位阶跃输入时，有s s R 1 )(=，依题意 s s s s s s s s C 1)2)(1(2311221)(?+++=+++-= ∴ ) 2)(1(2 3)()()(+++== s s s s R s C s G []t t e e s s L s G L t H -----=?? ? ???+++-==21 1 42411)()( 83．已知单位反馈系统的开环传递函数为 ) 22)(4() 1(7)(2++++= s s s s s s G 试分别求出当输入信号t t t r 和)(1)(=时系统的稳态误差)()()(t c t r t e -=。 解 )22)(4() 1(7)(2 ++++= s s s s s s G ???==1 87v K 由静态误差系数法 )(1)(t t r =时， 0=ss e t t r =)(时， 14.17 8 === K A e ss 84．求图示系统的传递函数 ) () (s R s C 解：根据梅森公式得： 4 32132432143211)() (G G G G G G G G G G G G G G s R s C ++++= 85．要使如图所示的系统的单位阶跃响应的最大超调量为25%，峰值时间为2S ，请确定K 和K f 的值？ 解：系统的传递函数为： 则： 求得： 86．已知) 3)(2(5 )(++= s s s s F ，当t →∞时的)(t f 的值？ 解 利用终值定理，1|) 3)(2(5 lim |)(lim |)(lim 00=++==--∞-s s t s s s s s sF t f 2 K K K f n = =ξωs t e M n p p 21% 252 12 =-= ==-- ξωπξξπ 47 .093 .24 .093 .2==∴ == f n K K ξωs K f +1K 21s ) (s R ) (s Y - K s K K s K s G f b +?+=2 )( 87．单位反馈系统的开环传递函数) 5(4 )(+=s s s G ，求单位阶跃响应)(t h ？ 解：依题系统闭环传递函数 )1)(1(4 ) 4)(1(4 454)(2 12T s T s s s s s s ++= ++=++=Φ ???==25.0121T T 4 1)4)(1(4 )()()(210++++=++= Φ=s C s C s C s s s s R s s C 1) 4)(1(4 lim )()(lim 00 0=++=Φ=→→s s s R s s C s s 34 )4(4lim )()()1(lim 0 1 1-=+=Φ+=→-→s s s R s s C s s 3 1 )1(4lim )()()4(lim 0 4 2=+=Φ+=→-→s s s R s s C s s t t e e t h 43 1 341)(--+-= 88．已知控制系统结构图如图所示，求输入()31()r t t =?时系统的输出)(t c 。 解 由图可得 ) 3)(1(2)1(1 221122 )()(22++=++++++=S s s s s s s s R s C 又有 s s R 3)(= 则 3 1 1323)3)(1(2)(+++-=?++= s s s s S s s C 即 t t e e s s s L t c 31 3231132)(---+-=?? ? ???+++-= 89．已知系统传递函数为800 2008814220 17123)(234523+++++-++=s s s s s s s s s G ，判别系统的稳定性如何？ 解：系统的特征方程为：800200881422345+++++s s s s s =0 根据劳斯稳定性判据得： 800 1218007.7420030800 882200141012345--s s s s s s 系统第一列中有两次符号改变，有两个极点在S 平面右半面，系统不稳定。 90．某机械控制系统结构图如图所示，试求闭环传递函数)() (s Q s Q r c 。 解 经结构图等效变换可得闭环系统的传递函数 68 .0)42.018.1()7.09.0() 6.0( 7.0)()(23++++++=s K s K s s s Q s Q r c 91．系统结构图如图所示。已知系统单位阶跃响应的超调量σ%3.16=%，峰值时间1=p t s 。 （1） 求系统的开环传递函数)(s G ； （2） 求系统的闭环传递函数)(s Φ； （3） 根据已知的性能指标σ%、p t 确定系统参数K 及τ； （4） 计算等速输入s t t r )(5.1)(?=时系统的稳态误差。 解：根据题意 （1） )110(10) 1(101)1(10 )(++=++ +=ττs s K s s s s s K s G （2） 2 222210)110(10)(1)()(n n n s s K s s K s G s G s ωξωωτ++=+++=+=Φ （3）由 ?? ???=-===--1 13.16212ξωπσ?ξπn p o o o o t e 联立解出 ?????===263 .063 .35 .0τωξn 由（2） 18.1363.31022 ===n K ω，得出 318.1=K 。 （4） 63.31 263.01018 .1311010)(lim 0 =+?=+= =→τK s sG K s v 413.063 .35.1=== v ss K A e 92．如下图所示的机械系统，在质量块m 上施加F=3N 的阶跃力后，质量快m 的时间响应x （t ）如图根据曲线 （1）确定质量m ？ （2）弹簧刚度系数k 的大小？ 解：（1）系统的传递函数为：k Bs ms s F s X s G ++== 2 1 )()()( （2）求刚度系数k ：由拉氏变换的终值定理得： k s k Bs ms s s X s t x x s s t 3 |31lim |)(lim |)(lim )(02 0=?++? =?==∞==∞= 由图可知m x 01.0)(=∞ 因此k=300（N/m ） （3）求m ：由超调量计算式得： 095.02 1==-- ζζπe M p 两边取对数解得6.0=ζ。 由峰值时间计算式得212ζ ωπ ωπ-= = =n d p t 得96.1=n ωrad/s 根据式m k n = 2 ω 得：m=300/1.962=78.09kg 93．下图是某机械系统结构图，引入内环速度反馈是为了机械的阻尼。 （1）、求角度θ对输入N M 的传递函数 ) () (s M s N Θ； （2）、为保证N M 为单位阶跃时角度θ的值不超过0.1，且系统的阻尼比为0.5，求2K 、1K 和3K 应满足的方程； （3）、取2K =1时，确定满足（2）中指标的1K 和3K 值。 解：（1）求角度θ对输入N M 的传递函数： )5.01()5.02.0(5.01 2.05.012.05.0112.05 .0)()(213222 12322K K s K K s s s K K s s s K K s s s M s a N ++++=++++++++=Θ （2）令： 1.05.015 .0)()(1lim )() ()(lim )(2 100 ≤+=??=? =∞→→K K s M s s s s M s s M s N s N N s ΘΘθ 得 821≥K K 。 由 )() (s M s N Θ 有： ?? ? ??=+=+=5.025.02.05.013 231n n K K K K ωξω， 可得 21325.0125.02.0K K K K +=+ （3）12=K 时，81≥K ，525.02.03≥+K ，可解出 072.43≥K 。 94．有一位置随动系统，方块图如下图a ，当系统输入单位阶跃函数时，要求最大超调量小于5%求： （1）校核该系统的超调量是否满足要求？ （2）在原系统中增加一个微分负反馈环节如图b ，求时间常数τ？ 图a 图b 解：（1）系统的闭环传递函数为： 2 2 2 2) 62.31(62.31316.02)62.31(5005.050)(+**+=++=s s s s s G 可知二阶系统的316.0=ζ，s rad n /62.31=ω，代入超调量计算式得： %5%35>=p M 因此系统不满足要求。 （2）由图b 所示的系统，其闭环穿读函数为： 2 2 2 2) 62.31()501(20)62.31(50)501(05.050)(+++=+++=s s s s s G ττ 为了是超调量满足要求，计算得阻尼比69.0=ζ，而s rad n /62.31=ω，由 n ζωτ2)501(20=+.. 可以求得时间常数s 023.0=τ ) 05.01(50 s s + R(s) C(s) S τ+1 ) 05.01(50 s s + R(s) C(s) 机械工程控制基础（第六版）公式 1.典型时间函数的拉氏变换以及拉氏变换的性质 22222 1 111[1];[()]1;[];[]![sin ];[cos ];[]at n n L L t L t L e S S S a w S n L wt L wt L t S w S W S δ+= ===-===++ ①延迟性质：[()].()as L f t a e F S --= ②复数域的位移性质：[()]()at L e f t F S a -=+ ③相似定理：1[()]()S L f at F a a = ④微分性质：()12'(1)[()][](0)(0)(0)n n n n n L f t S F S S f S f f -+-+-+=---- 当初始条件为零时：()[()][]n n L f t S F S = ⑤积分性质：(1)()1[()](0)F S L f t dt f S S -+= +? 初始条件为零时：() [()]F S L f t dt S =? ⑥初值定理：0 (0)lim ()lim ()s t f f t SF S + + →+∞ →==;⑦终值定理：0 lim ()lim ()t s f t SF S →+∞ →= 2.传递函数的典型环节及公式 ①比例环节K ；②积分环节 1S ；③微分环节S ；④惯性环节11TS +；⑤一阶微分环节1TS + ⑥振荡环节 22 121 T S TS ζ++；⑦二阶微分环节2221T S TS ζ++；⑧延时环节S e τ- ⑨开环传递函数()()H S G S ； 其中G(S)为向前通道传递函数，()H S 为反馈传递函数 闭环传递函数() ()1()() G S G S H S G S = +闭 ⑩梅逊公式n n n t T ∑?= ? ； 1231i j k i j k L L L ?=-∑+∑-∑+ 其中：T ——总传递函数 n t ——第n 条前向通路得传递函数； ?——信号流图的特征式 3.系统的瞬态响应及误差分析 ①一阶系统传递函数的标准式()1 K G S TS = +， K 一般取1 ②二阶系统传递函数的标准式222 1 ().2n n n w G S k S w S w ζ=++; K 一般取1 ③2 1d n w w ζ=-；其中ζ为阻尼比，n w 为无阻尼自然频率，d w 为阻尼自然频率 1控制论的中心思想是什么？ 答：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 2机械工程控制论的研究对象及任务是什么？ 答：对象：机械工程技术。任务：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出，并通过系统的输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析；（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使系统的输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最优控制；（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即最优设计；（4）当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此及系统识别或系统辨识；（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中的有关信息，此即滤液与预测。 3什么是信息与信息的传递？试举例说明。 答：一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息都是信息。例如机械系统中的应力、变形、温升、几何尺寸与精度等，表明了机械信号、密码、情报或消息。 所谓信息传递，指信息在系统传递过程中以某种关系动态地传递，或称转换。例如机械加工工艺系统，将工件尺寸做为信息，通过工艺过程的转换，加工前后工件尺寸分布有所变化，这样，研究机床加工精度问题，可以通过运用信息处理和理论和方法来进行。 4什么是反馈与反馈控制？试举例说明。 答：所谓信息的反馈，就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。如果反馈回去的讯号与原系统的输入讯号的方向相反（或相位差180度）则称之为“负反馈”；如果方向与相位相同，则称之为“正反馈”。例如人类最简单的活动，如走路或取物都利用了反馈的原理以保持正常的动作。人抬起腿每走一步路，腿的位置和速度的信息不断通过人眼及腿部皮肤及神经感觉反馈到大脑，从而保持正常的步法；人手取物时，手的位置与速度信息不断反馈到人脑以保持准确而适当地抓住待取之物。5日常生活中的许多闭环系统与开环系统，试举例说明。 答：开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路。例如洗衣机，它按洗衣、清水、去水、干衣的顺序进行工作，无需对输出信号即衣服的清洁程度进行测量； 闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路。例如液面调节器和以工作台的位置做为系统输出，通过检测装置进行测量，并将该信号反馈，进行控制工作台运动位置的CNC机床的进给系统。 6何谓控制系统？按是否存在反馈分哪些？ 答：控制系统指系统的输出，能按照要求的参考输出或控制输入进行调节。按是否存在反馈分为2种，即开环控制系统和闭环控制系统。 7拉氏变换的定义是什么？ 答：拉氏变换是分析研究线性动态系统的有力工具，将时域的微分方程变换为复数域的代数方程。 8什么是数学模型？ 答：数学模型是系统动态特性的数学表达式。建立数学模型是分析、研究一个动态特性的前提。 9传递函数的定义及特点是什么？ 答：定义：线性定常系统的传递函数，是初始条件为零，系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变换。 特点：1）传递函数反应系统本身的动态特性，只与系统本身的参数有关，与外界输入无关；2）对于物理可实现系统，传递函数分母中的s的阶次n必不小于分子中的s的阶次m，即n大于等于m，因为实现的物理系统总是存在惯性，输出不会超前于输入；3 全国2002年10月自学考试机械工程控制基础试卷 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号内。每小题1.5分，共30分) 1.控制工程主要研究并解决的问题之一是( ) A.系统已定，输入不确定，求系统的输出 B.系统已定，输入已知，求系统的输出(响应) C.系统已定，规定系统的输入 D.系统不定，输入已知，求出系统的输出(响应) 2.f(t)如图所示 则L ［f(t)］为( ) A.s 1e -2t B. s 2e -2s C. s 1e -2s D. s 1 e -ts 3.已知F(s)=1) s(s 1 ，则L -1 ［F(s)］为( ) 4.已知F(s)=L ［f(t)］，若F(s)= 1 2s s 1 2++,则f(t)|t ∞→=?( ) A.21 B.1 C.3 1 D.0 5.下列系统中为线性系统的微分模型为：( ) A.dt ) t (dx )t (x )dt )t (dx ( 12dt )t (x d 16 i 020202=++ B.)t (x )t (x 24dt ) t (dx 12 dt )t (x d 16i 002 02=++ C.)t (x )t (x 24dt ) t (dx 12 )dt )t (x d ( 16i 0022 02=++ D.)t (x )t (x )t ln(24dt ) t (dx 12 e dt )t (x d 16 i 00t 2 02=?+?+ 6.对于定常控制系统来说，( ) A.表达系统的微分方程各项系数不随时间改变 B.微分方程的各阶微分项的幂为1 C.不能用微分方程表示 D.系统总是稳定的 7.系统方框图如图所示，则系统的闭环传递函数为( ) A. G(S)H(S) 1 G(S)H(S)+ B. G(S) -1 H(S)G(S)? XX年自考机械工程控制基础模拟试题及参考答案 ? 1. (2分) ? ? 2. (2分) ? ? ? 3.下列判不系统稳固性的方法中，哪一个是在频域里判不系统稳固性的判据 () (2分) o A：劳斯判据B：胡尔维茨判据 o C：乃奎斯特判据D：以上选项都不正确 ? 4. (2分) ? ? 5.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关 () (2分) A：输入信号B：初始条件 o o ? 6. (2分) ? ?7. (2分) ? ?8. (2分) ? ?9. (2分) ? ?10. (2分) ? ?11.串联相位滞后校正通常用于 () (2分) ? A：提高系统的快速性 o o B：提高系统的稳态精度 C：减少系统的阻尼 o o D：减少系统的自然频率 ?12.下列关于反馈校正的讲法，错误的是 () (2分) ? A：能够改变系统的型次 o o B：能够改变系统的时刻常数 C：能够增大系统的阻尼比 o o D：对系统的结构和参数不产生阻碍 ?13. (2分) ? ?14.主导极点是指() (2分) ? o A：距离实轴最近的极点 o B：距离虚轴最近的极点 o C：距离虚轴最远的极点 o D：距离实轴最远的极点 ?15. (2分) ? ? 1.通过拉氏变换将时域的微分方程变换为域的代数方程，如此运算方便，使系统的分析大为简化。 (1分) ? 2.稳态误差与开环传递函数的结构和的形式有关。 (1分) ? 3.与时域分析不同，频域特点分析是通过分析不同谐波输入时系统的来表示系统的动态特性。 (1分) ? 4.极坐标图上的负实轴对应于伯德图上的。 (1分) ? 5.关于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶次n和分子中的阶次m的关系是。 (1分) ? 6.PID校正器中P代表。 (1分) ?7.复数s=1+j的三角表示形式为。 (1分) ?8.若线性定常系统输入端作用一个正弦波，通过充分长的时刻后，则系统的输出为。 (1分) ?9. (1分) ? ?10.系统辨识确实是研究如何用的方法来建立系统数学模型的一门科学。 (1分) 三、简答题(本大题共5小题,每小题5分,共25分) ? 1.机械操纵工程要紧研究并解决的咨询题是什么？ (5分) 机械工程控制基础知识点 ●控制论的中心思想：它抓住一切通讯和控制系统所共有的特点，站在一个更概括的理论高度揭示了它们的共同本质，即通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 机械工程控制论：是研究机械工程技术为对象的控制论问题。（研究系统及其输入输出三者的动态关系）。 机械控制工程主要研究并解决的问题：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出金肯符合给定的最佳要求，此即●最优设计。（4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。 ●信息：一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息。 信息传递/转换：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递。 信息的反馈：是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。如果反馈回去的讯号（或作用）与原系统的输入讯号（或作用）的方向相反（或相位相差180度）则称之为“负反馈”；如果方向或相位相同，则称之为“正反馈”。 ●系统：是指完成一定任务的一些部件的组合。 控制系统：是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。 开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的。闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。 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)=25 525 2 ++s s ，则系统的阻尼比为 （ C ） A.25 B. 5 C. 2 1 D. 1 4、正弦函数sin t ω的拉氏变换是 （ B ） A. ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2 2s 1ω + 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 目录 1引言……………………………………………… 2 工作原理………………………………………… 3 主控制部分…………………………………… 4 测量部分………………………………………… 5 温度控制及超温和超温警报单元……………… 6 温度控制器件电路………………………………… 7 温度测试单元……………………………………… 8 七段数码管显示单元……………………………… 9 计算分析部分………………………………… 10 电源输入单元…………………………………… 11 程序结构分析………………………………… 12 主程序…………………………………………… 13 测设分析…………………………………………结论………………………………………………… 空调温度控制与冷库温度控制综合性能分析 1 引言 温度控制与系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。 2 设计要求 设计基于空调与冷库温度控制器，用于控制温度。具体要求如下: 1. 温度连续可调，范围为0℃-40℃ 2. 超调量σ%≤20% 3. 温度误差≤±0.5℃ 4. 人-机对话方便 机械工程控制基础课程教学大纲 一、课程名称 机械工程控制基础Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering 学时：40 二、授课对象 机械类各专业 三、先修课程 复变函数、积分变换 四、课程的性质、目标与任务 本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。它是控制论为理论基础，以机械工程系统为研究对象的广义系统动力学；同时，它又是一种方法论。学习本课程的目的在于使学生能以动力学的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。 五、课程的基本要求 1．对于建立机电系统的数学模型，有关数学工具（如Laplace变换等）的应用，传递函数与方框图的求取、简化与演算等，应有清楚的基本概念并能熟练掌握。 2．对于典型系统的时域和频域特性，应有清楚的基本概念并能熟练掌握。 3．掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据。 4．对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常用方法。 5．了解线性离散系统和非线性系统的基本概念和基本的分析方法。 6．对系统辩识问题应建立基本概念。 六、教学内容与学时分配 授课学时为40学时，实验8学时；复习、做习题、写实验报告等课外学时为50学时以上。 控制基础 填空题(每空1分，共20分) 1. 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。 2．反馈控制系统是根据输入量和__反馈量__的偏差进行调节的控制系统。 3．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差e ss =__∞___。 4．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。 5.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。 6．线性定常系统的传递函数，是在_ 初始条件为零___时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 7．函数te -at 的拉氏变换为2)(1 a s +。 8．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__。 9．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 。 10．二阶系统的阻尼比ξ为 _ 0_ 时，响应曲线为等幅振荡。 11．在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差e ss =__0__。 12．0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为___0___dB/dec ，高度为20lgKp 。 13．单位斜坡函数t 的拉氏变换为 21 s 。 14. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为__恒值__控制系统、 ___随动___ 控制系统和程序控制系统。 15. 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。 16. 系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定，与__输入量、扰 动量__的形式无关。 17. 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w n 。 18. 设系统的频率特性Ｇ(j ω)=R(ω)+jI(ω),则幅频特性|G(j ω)|=)()(22w I w R +。 19. 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。 20. 线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的___左___部分。 21．ω从0变化到+∞时，惯性环节的频率特性极坐标图在____第四 ____象限，形状为___半___圆。 22. 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_。 23．二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为10<<ξ。 24．G(s)=1 +Ts K 的环节称为___惯性__环节。 25．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。 26．线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用___线性微分__ 一、 填空题(每空1分，共20分) 1. 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。 2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。 3. 判别系统稳定性的出发点是系统特征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。 4. I 型系统G s K s s ()() = +2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度 输入下，稳态误差为 ∞ 。 5. 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。 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来的工作状态，这样的系统是(渐进)稳定的系统。 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。 8. 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。 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、输出关系常用差分程来描述。 10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc （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稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、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程 、传递函数等。 4． 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。 5． 一阶系统 1 1 Ts +的单位阶跃响应的表达是/1t T e --。 6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。 7． 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。 8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。 二．如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分程，并求出该电路的传递函数。（10分） 图2 解答：跟据电压定律得 R u 0 u i L C u 0 u i (a) (b) (c) 00220022 1 1()i i u dt u u RC d u du d u dt RC dt dt RCs G s +=+== ? 第一章绪论 1、控制论的中心思想、三要素和研究对象。 中心思想：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 三要素：信息、反馈与控制。 研究对象：研究控制系统及其输入、输出三者之间的动态关系。 2、反馈、偏差及反馈控制原理。 反馈：系统的输出信号部分或全部地返回到输入端并共同作用于系统的过程称为反馈。 偏差：输出信号与反馈信号之差。 反馈控制原理：检测偏差，并纠正偏差的原理。 3、反馈控制系统的基本组成。 控制部分：给定环节、比较环节、放大运算环节、执行环节、反馈（测量）环节 被控对象 基本变量：被控制量、给定量（希望值）、控制量、扰动量（干扰） 4、控制系统的分类 1）按反馈的情况分类 a、开环控制系统：当系统的输出量对系统没有控制作用，即系统没有反馈回路时，该系 统称开环控制系统。 特点：结构简单，不存在稳定性问题，抗干扰性能差，控制精度低。 b、闭环控制系统：当系统的输出量对系统有控制作用时，即系统存在反馈回路时，该系 统称闭环控制系统。 特点：抗干扰性能强，控制精度高，存在稳定性问题，设计和构建较困难，成本高。 2）按输出的变化规律分类 自动调节系统 随动系统 程序控制系统 3）其他分类 线性控制系统连续控制系统 非线性控制系统离散控制系统 5、对控制系统的基本要求 1）系统的稳定性：首要条件 是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。 2）系统响应的快速性 是指当系统输出量与给定的输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的能力。 3）系统响应的准确性（静态精度） 是指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差大小。 第二章系统的数学模型 1、系统的数学模型：描述系统、输入、输出三者之间动态关系的数学表达式。 时域的数学模型：微分方程；时域描述输入、输出之间的关系。→单位脉冲响应函数复数域的数学模型：传递函数；复数域描述输入、输出之间的关系。 频域的数学模型：频率特性；频域描述输入、输出之间的关系。 2、线性系统与非线性系统 线性系统：可以用线性方程描述的系统。 重要特性是具有叠加原理。 3、系统微分方程的列写 4、非线性系统的线性化 5、传递函数的概念： 1）定义：初始状态为零时，输出的拉式变换与输入的拉氏变换之比。即 G(s) =Y(s)/X(s) 2）特点： （a）传递函数反映系统固有特性，与外界无关。 （b）传递函数的量纲取决于输入输出的性质，同性质的物理量无量纲；不同性质的物理量有量纲，为两者的比值。 （c）不同的物理系统可以有相似的传递函数，传递函数不反映系统的真实的物理结构。（d）传递函数的分母为系统的特征多项式，令分母等于零为系统的特征方程，其解为特征根。 （e）传递函数与单位脉冲响应函数互为拉氏变换与拉氏反变换的关系。 机械控制工程基础 一、填空题 1. 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。 2．反馈控制系统是根据输入量和 反馈量 的偏差进行调节的控制系统。 3. 根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为__开环_控制系统、_闭环__控制系统。 4. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为 恒值 控制系统、 随动 控制系统和 程序控制系统。 5. 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来描述。 6. 根据控制系统元件的特性，控制系统可分为__线性__ 控制系统、 非线性_控制系统。 7. 线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用 线性微分 方程来描述。 8. 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。 9. 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。 10. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 11. 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。 12. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终稳定状态的响应过程。 13. 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 14. 单位斜坡函数t 的拉氏变换为 2 1 s 。 15. 单位阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。 16．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差e ss = ∞ 。 17. I 型系统G s K s s ()() =+2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态 误差为 ∞ 。 18. 一阶系统11 Ts +的单位阶跃响应的表达是T t e --1。 2018年l0月高等教育自学考试全国统一命题考试 机械工程控制基础试卷 (课程代码02240) 本试卷共3页，满分l00分，考试时间l50分钟。 考生答题注意事项： 1．本卷所有试题必须在答题卡上作答。答在试卷上无效，试卷空白处和背面均可作草稿纸。2．第一部分为选择题。必须对应试卷上的题号使用2B铅笔将“答题卡”的相应代码涂黑。3．第二部分为非选择题。必须注明大、小题号，使用0．5毫米黑色字迹签字笔作答。 4．合理安排答题空间，超出答题区域无效。 第一部分选择题 一、单项选择题：本大题共l0小题，每小题2分，共20分。在每小题列出的备选项中只有一项是最符合题目要求的。请将其选出。 1．系统的输出量对系统无控制作用，则该控制系统称为 A．开环控制系统 B．闭环控制系统 C．定常系统 D．线性系统 2．函数F(t)：3(1-cos2t)(t≥O)的拉氏变换式为 4一上升时间，延迟时间和峰值时间表征了控制系统的灵敏性，即响应的 A．稳定性 B．准确性 C．快速性D．可靠性 5．频率响应是指控制系统对 A．正弦输入的瞬态响应 B.正弦输入的稳态响应 C．正切输入的稳态响应 D．正切输入的瞬态响应 6．稳定系统的全部特征根Si均应在复平面的 A．上半平面 B．下半平面 C．左半平面 D．右半平面 7．采耀相位超前校正，相位超前越多，对于被校正系统来说 A．频宽减小 B．相位裕量减小 C．相位裕量不变 D.相位裕量增大 8．正反馈是指反馈回去的信号与原系统的输入信号相位相差 A．0° B．30° C.90° D．180° 9．当典型的二阶系统含有零点时，系统的瞬态响应 A．仅与二阶系统的极点分布有关 《机械工程控制基础》试卷（A 卷） 一、填空题（每空1分，共20分） 1、对控制系统的基本要求是 系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 。 2、已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 1/s 2+1/s 或者（1+s ）/s 2 。 3、二阶系统的极点分别为s 1=?0.5,s 2=?4，系统增益为2，则其传递函数G(S)= 2/(s+0.5)(s+_4) 4、零频幅值A(0)表示当频率ω接近于零时，闭 环系统输出的幅值与输入幅值之比。 5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题，机械工程控制就是研究系统、输入、输出三者之间的动态关系。 6、系统的频率特性求取有三种方法：根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s 换为 jw 来求取。 8、微分环节的控制作用主要有 使输出提前 、 增加系统的阻尼 、 强化噪声 。 9、二阶系统的传递函数为2 22 2)(n n n s s s G ωξωω++=，其中n ω为系统的 无阻尼固有频率 ，当10<<ξ时为 欠阻尼 系统。在阻尼比ξ<0.707时，幅频特性出现峰值，称谐振峰值，此时 的频率称谐振频率ωr ＝221ξω-n 。 10、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为相似系统。 11、对自动控制系统按照输出变化规律分为自动调节系统、随动系统、程序控制系统。 12、对积分环节而言，其相频特性∠G(jw)=-900。 二、名词解释（每个4分，共20分） 1、闭环系统：当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时，称之为闭环系统。 2、系统稳定性：指系统在干扰作用下偏离平衡位置，当干扰撤除后，系统自动回到平衡位置的能力。 3、频率特性：对于线性定常系统，若输入为谐波信号，那么稳态输出一定是同频率的谐波信号，输出输入的幅值之比及输出输入相位之差统称为频率特性。 4、传递函数：在外界作用系统前，输入、输出的初始条件为零时，线性定常系统、环节或元件的输出x 0(t)的Laplace 变换X 0(S)与输入x i (t)的Laplace 变换X i (S)之比，称为该系统、环节或元件的传递函数G(S) 5、系统：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运动规律的一个整体，称为系统。 三、 分析题（每题6分，共12分） 1、分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。（要求绘出原理方框图） 分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。 解：人骑自行车时，总是希望具有一定的理想状态（比如速度、方向、安全等），人脑根据这个理想状态指挥四肢动作，使自行车按预定的状态运动，此时，路面的状况等因素会对自行车的实际状态产生影响，使自行车偏离理想状态，人的感觉器官感觉自行车的状态，并将此信息返回到大脑，大脑根据实际状态与理想状态的偏差调整四肢动作，如此循环往复。其信息流动与反馈过程可用下图表示。 2、 C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,分别以C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(3)比较以上各传递函数的分母,从中可以得出什么结论。 (1)以R(S)为输入,当N(S)＝0时,C(S) ,Y(S)为输出的闭环传递函数； (2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,以C(S)为输出的闭环传递函数； 从上可知：对于同一个闭环系统，当输入的取法不同时，前向通道的传递函数不同，反馈回路的传递函数不同，系统的传递函数也不同，但系统的传递函数分母不变，这是因为分母反映了系统固有特性，而与外界无关。 四、计算题（每题10分，共30分） 1、求图所示两系统的传递函数,其中x i (t)、u i 为输入，x o (t)、u o 为输出 。(写出具体过程) 专业班级： 姓名： 学号： …………………………密………………………………封………………………………线………………………… )()()(1) ()()()()(2121s H s G s G s G s G s R s C s G C +==) ()()(1)()()()(211s H s G s G s G s R s Y s G Y +==)()()(1)()()()(212s H s G s G s G s N s C s G C +==)()()(1)()()()()()(2121s H s G s G s H s G s G s N s Y s G Y +-== 《机械工程控制基础》试卷简答题答案 （自考本科） 1.何谓控制系统，开环系统与闭环系统有哪些区别？ 答：控制系统是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。开环系统构造简单，不存在不稳定问题、输出量不用测量；闭环系统有反馈、控制精度高、结构复杂、设计时需要校核稳定性。 2.什么叫相位裕量？什么叫幅值裕量？ 答：相位裕量是指在乃奎斯特图上，从原点到乃奎斯特图与单位圆的交点连一直线，该直线与负实轴的夹角。幅值裕量是指在乃奎斯特图上，乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数。 3.试写出PID控制器的传递函数？ 答：G C(s)=K P+K Ds+K I/s 4,什么叫校正（或补偿）？ 答：所谓校正（或称补偿），就是指在系统中增加新的环节或改变某些参数，以改善系统性能的方法。 5.请简述顺馈校正的特点 答：顺馈校正的特点是在干扰引起误差之前就对它进行近似补偿，以便及时消除干扰的影响。 6.传函的主要特点有哪些？ 答：（1）传递函数反映系统本身的动态特性，只与本身参数和结构有关，与外界输入无关；（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶数必不少于分子中s的阶数；（3）传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理结构系统，只要他们的动态特性相同，其传递函数相同。 7.设系统的特征方程式为4s4+6s3+5s2+3s+6=0，试判断系统系统的稳定性。答：各项系数为正，且不为零，满足稳定的必要条件。列出劳斯数列： s4 4 s3 6 3 s2 3 6 s1 -25/3 s0 6 所以第一列有符号变化，该系统不稳定。 8.机械控制工程主要研究并解决的问题是什么？ 答：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出金肯符合给定的最佳要求，此即最优设计。（4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。 9，在系统校正中，常用的性能指标有哪些？ 答：（1）在系统校正中，常用的性能指标按其类型可分为：(1)时域性能指标，它包括瞬态性能指标（即上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间等）和稳态性能指标（即稳态误差）。（2）频域性能指标，它包括相位裕量、幅值裕量、频宽等。 10.求拉氏反变换的方法有哪些？ 答：（1）查表法；（2）有理函数法；（3）部分分式法。 11.简述二阶欠阻尼系数a，w n与性能指标M p(超调量)、t s(调整时间)的关系。 答：二阶欠阻尼系统若a不变，增大或减小w n，则超调量M p不变，调整时间t s减小（或增大）；若w n不变，增大（或减小）a，则超调量M p减小（或增大），调整时间t s减小（增大）。 12.简述串联超前校正环节的作用。 答：串联超前校正环节的作用是：串联超前校正环节增大了相位裕量，加大了宽带，这就意味着提高了系统的相对稳定性，加快了系统的响应速度，使过度过程得到显著改善。但由于系统的增益和型次都未变化，所以稳态精度变化不大。 13.传递函数的典型环节主要有哪几种？ 答：（1）比例环节K；（2）积分环节1/s（3）微分环节s（4）惯性环节1/ 机械工程控制基础考试 题及答案 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN# 填空题(每空1分，共20分) 1. 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。 2．反馈控制系统是根据输入量和__反馈量__的偏差进行调节的控制系统。 3．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差e ss =∞___。 4．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。 5.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。 6．线性定常系统的传递函数，是在_ 初始条件为零___时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 7．函数te -at 的拉氏变换为 2 )(1a s +。 8．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__。 9．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 。 10．二阶系统的阻尼比ξ为 _ 0_ 时，响应曲线为等幅振荡。 11．在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差e ss =__0__。 12．0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为___0___dB/dec ，高度为20lgKp 。 13．单位斜坡函数t 的拉氏变换为 2 1s 。 14. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为__恒值__控制系 统、___随动___ 控制系统和程序控制系统。 15. 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。 16. 系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定，与__输入量、 扰动量__的形式无关。 17. 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w n 。 18. 设系统的频率特性Ｇ(j ω)=R(ω)+jI(ω),则幅频特性|G(j ω)|= )()(22w I w R 。 19. 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。 20. 线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的___左___部分。 21．ω从0变化到+∞时，惯性环节的频率特性极坐标图在____第 四____象限，形状为___半___圆。 22. 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_。 西南大学培训与继续教育学院课程考试试题卷 学期：2020年春季 课程名称【编号】： 机械工程控制基础 【0933】 A 卷 考试类别:大作业 满分：100 分 一、简答题（本大题共2小题，必做，每小题10分，共20分） 1. 线性定常系统时间响应的性质是什么？ 答：系统时域响应通常由稳态分量和瞬态分量共同组成，前者反映系统的稳态特性，后者反映系统的动态特性。线性定常系统对输入信号微分的响应等于系统对该输入信号响应的微分，线性定常系统对输入信号积分的响应等于系统对该输入信号响应的积分。 2. 影响系统稳态误差的因素有哪些？ 答：①原理性误差为了跟踪输出量的期望值和由于外扰动作用的存在，控制系统在原理上必然存在的一类稳态误差。当原理性稳态误差为零时，控制系统称为无静差系统，否则称为有静差系统。原理性稳态误差能否消除，取决于系统的组成中是否包含积分环节（见控制系统的典型环节）。 ②实际性误差系统的组成部件中的不完善因素（如摩擦、间隙、不灵敏区等）所造成的稳态误差。这种误差是不可能完全消除的，只能通过选用高精度的部件，提高系统的增益值等途径减小。 二、计算题（本大题共6小题，其中第1、2小题必做，第3、4小题任意选做1题，第5、6小题任意选做1题，共计做4小题，每小题20分，共80分） 1. 某单位反馈的位置控制系统，其开环传递函数为()() 14 +=s s s G ，试求 （1）该系统的特征参量n ω和ξ； （2）系统的最大超调量p M 、上升时间r t 、峰值时间p t 、调整时间s t 。 2.某开环控制系统的传递函数为()() 1 0025.020025.050 2 2++= s s s s G ξ，分别求控制信号为()1=t r ，()t t r =，()25.0t t r =的稳态误差ss e 。 2015年10月高等教育自学考试全国统一命题考试 机械工程控制基础试卷 (课程代码02240) 科目 本试卷共3页，满分100分，考试时间150分钟。 考生答题注意事项： 1．本卷所有试题必须在答题卡上作答。答在试卷上无效，试卷空白处和背面均可作草稿纸。2．第一部分为选择题。必须对应试卷上的题号使用2B铅笔将“答题卡”的相应代码涂黑。3．第二部分为非选择题。必须注明大、小题号，使用0．5毫米黑色字迹签字笔作答。4．合理安排答题空间，超出答题区域无效。 第一部分选择题 一、单项选择题(本大题共l0小题，每小题2分，共20分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡”的相应代码涂黑。未涂、错涂或多涂均无分。 1．机械工程控制论的研究对象是 A．机床传动系统的控制论问题 B. 高精度加工机床的控制论问题 C．机床进给系统的控制论问题D．机械工程技术中的控制论问题 2．已知f(t)==0．2t+1，则L[f(t)]= 3．某典型系统的传递函数为G(s)=s，它是 A．比例环节B．积分环节C．微分环节D．惯性环节 4．系统的静态位置误差系数Kp定义为 5．已知系统传递函数为，则频率特性的相位为 6．系统类型，开环增益K对系统稳态误差的影响为 A．系统型次越高，开环增益K越大，系统稳态误差越小B．系统型次越低，开环增益K越大，系统稳态误差越小C. 系统型次越高，开环增益K越小，系统稳态误差越小D。系统型次越低，开环增益K越小，系统稳态误差越小7．系统方框题7图如图所示，则该系统的开环传递函数为 8．奈奎斯特图与伯德图的关系是 A．奈奎斯特图上的单位圆相当于伯德图上的一20分贝线B．奈奎斯特图上的单位圆相当于伯德图上的+20分贝线C．奈奎斯特图上的单位圆相当于伯德图上的零分贝线 D．奈奎斯特图上的单位圆相当于伯德图上的+1分贝线 9．下列频域性能指标中根据开环系统来定义的是机械工程控制基础(第六版)公式
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