机械工程控制基础考试题B

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《机械工程控制基础》考试试卷（B卷）

班级 姓名 学号

一、填空题（每空1分，共10分）

1.系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、_______和_______有关。

2.一个单位反馈系统的前向传递函数为Ksss3254，则该闭环系统的特征方程为_______,开环增益为_______。

3.二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间ts与阻尼比、_______和_______有关。

4.极坐标图(Nyquist图)与对数坐标图(Bode图)之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的_______；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的_______。

5.系统传递函数只与_______有关，与______无关。

二、选择题（每题2分，共30分）

1.当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为( )。

A.最优控制 B.系统辩识 C.系统校正 D.自适应控制

2.反馈控制系统是指系统中有( )。

A.反馈回路 B.惯性环节 C.积分环节 D.PID调节器

3.若F(s)=421s，则Limftt0()=( )。

A. 4 B. 2 C. 0 D. ∞

4.某环节的传递函数为G(s)=e－2s，它是( )。

A.比例环节 B.延时环节 C.惯性环节 D.微分环节

5.二阶系统的传递函数为G(s)=341002ss,其无阻尼固有频率ωn是( )。

A. 10 B. 5 C. 2.5 D. 25

6.图示系统称为( )型系统。

A. 0

B. Ⅰ 题号 一 二 三 四 总得分 评卷人 审核人

得分 第 2 页/共4页 C. Ⅱ

D. Ⅲ

7.图示对应的环节为( )。

A. Ts

B. 11Ts

C. 1+Ts

D. 1Ts

8.设系统的特征方程为D(s)=s3+14s2+40s+40τ=0，则此系统稳定的τ值范围为( )。

A. τ>0 B. 0<τ<14 C. τ>14 D. τ<0

9.典型二阶振荡环节的峰值时间与( )有关。

A.增益 B.误差带

C.增益和阻尼比 D.阻尼比和无阻尼固有频率

10.若系统的Bode图在ω=5处出现

转折(如图所示)，这说明系统中有

( )环节。

A. 5s+1 B. (5s+1)2

C. 0.2s+1 D. 10212(.)s

11.某系统的传递函数为G(s)=()()()()ssss72413,其零、极点是( )。

A.零点s=－0.25,s=3;极点s=－7,s=2 B.零点s=7,s=－2;极点s=0.25,s=3

C.零点s=－7,s=2;极点s=－1,s=3 D.零点s=－7,s=2;极点s=－0.25,s=3

12.一系统的开环传递函数为32235()()()ssss,则系统的开环增益和型次依次为( )。

A. 0.4，Ⅰ B. 0.4，Ⅱ C. 3，Ⅰ D. 3，Ⅱ

13.已知系统的传递函数G(s)=KTests1，其幅频特性｜G(jω)｜应为( )。 第 3 页/共4页 A. KTe1 B. KTe1 C. KTe2221 D. KT122

14.设ωc为幅值穿越(交界)频率，φ(ωc)为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为( )。

A. 180°－φ(ωc) B. φ(ωc) C. 180°+φ(ωc) D. 90°+φ(ωc)

15.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=45ss()，则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为( )。

A. 104 B. 54 C. 45 D. 0

三、计算分析题（共40分）

1、（10分）机械系统如图所示，其中，外力f(t)为系统的输入，位移x(t)为系统的输出，m为小车质量，k为弹簧的弹性系数，B为阻尼器的阻尼系数，试求系统的传递函数（忽略小车与地面的摩擦）。

2、（10分）如图所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下ess≤225.时，K的数值。（提示：先用劳斯判据判断K的范围）

3、（10分）已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图所示。

（1.） 写出开环传递函数G(s)的表达式； 第 4 页/共4页 （2.） 概略绘制系统的乃奈斯特图。

4.（10分）已知单位反馈系统的闭环传递函数Wss()23，试求系统的相位裕量和幅值裕量kg

四、综合题（共20分）

设某系统的开环传递函数)1)(1()(21sTsTsKsGK，（1）（8分）概略绘制系统的开环Nyquist图；（2）（6分）确定当11T，5.02T和75.0K时系统的幅值裕度；（3）（6分）讨论分析K值不同时系统的稳定性。（共20分）

《机械工程控制基础》考试试卷（B卷）答案

一、填空题（每空1分，共10分）

1.型次 输入信号

2.s3+5s2+4s+K=0，K4

3.误差带 无阻尼固有频率

4.0分贝线 －180°线

5.本身参数和结构 输入

二、选择题（每题2分，共30分）

1.B 2.A 3.B 4.B 5.B

6.B 7.C 8.B 9.D 10.D

11.D 12.A 13.D 14.C 15.A

三、计算分析题（共40分，每题10分）

1、解：系统的微分方程为 第 5 页/共4页 22dtxdm)t(KxdtdxB)t(f

)t(f)t(KxdtdxBdtxdm22

拉氏变换得：（零初始条件）

)s(F)s(KX)s(BsX)s(Xms2

KBsms1)s(F)s(X2

2、解：0Ks9s6sK)3s(s)s(D232

由劳斯判据：

Ks06K54sK6s91s0123

第一列系数大于零，则系统稳定得54K0

又有：K9ess≤2.25

可得：K≥4

 4≤K＜54

3、解：

（ 1）．)100s)(01.0s(s100)1100s)(101.0s(sK)s(G

100KdB80Klg20

（ 2）．

4、解：系统的开环传递函数为1s2)s(W1)s(W)s(G

112|)j(G|2cc，解得3c

12060180tg180)(180c1c

又g 第 6 页/共4页 gK

四、综合题（共20分）

(1)、（8分，每步1分，图2分）

)1)(1()(21wjTwjTjwKjwGK

wTwTjwGK21arctanarctan90)(

实频特性222142221221)(1)()(TTwTTwTTKwu

虚频特性2221422212212)(1)1()(TTwTTwTTwwKwv

当0w时 )(jwGK， 90)(jwGK )()(21TTKwu

当w时 0)(jwGK， 270)(jwGK 0)(wu

系统的开环Nyquist图如下：

(2)、（6分）求)(jwGK与负实轴交点处的频率gw，则180)(jwGK，即

180arctanarctan9021ggwTwT 第 7 页/共4页 解得

211TTwg 则

2121)(TTTKTjwGg

124lg205.0175.05.01lg20lg20)(1lg202121TKTTTjwGKgKg dB

（3）、（6分）当1)(gjwG时，即

2121TTTTK时，其乃氏曲线不包围（0,1j）点，此时闭环系统稳定；

当1)(gjwG时，即

2121TTTTK时，其乃氏曲线过（0,1j）点，此时闭环系统临界稳定；

当1)(gjwG时，即

2121TTTTK时，其乃氏曲线包围（0,1j）点，此时闭环系统稳定。