习题参考答案
习题5-1 解：相角裕度可通过对数幅频特性用图解法求出。K =10时,
)
/s )(s (s )s (G 511510
++=
图5-41 习题5-1解图
由上图可知：
22020401
lg K lg lg
c
==ωω 得剪切频率41412.c ==ω。
相角裕度为：?=ω-ω-?-?=ω?+?=γ5195
90180180.arctan
arctan )(c
c c 当K 从10变到100时，20lgK=20lg20＝26dB ，如图中虚线所示。
202020401
lg K lg lg
c
==ωω' 相角裕度为：
?-=ω'-ω'-?-?=ω'?+?=γ2295
90180180.arctan
arctan )(c
c c 求增益裕度，则需先求出g ω。 51805
90=ω??-=ω-ω-?-g g g arctan
arctan
当K=10时，有
dB .lg
)(A lg L g
g
g g g 54925110
20202
2
=ω+ω+ω-=ω-=
当K=100时，有
()dB A L g
g
g g g 5.10251100
lg
20lg 202
2
-=++-=-=ωωωω
习题5-2 解：画出开环系统幅相频率特性，如下图所示：
图5-42 习题5-2解图
从上图中可知，1-=N ；而由表达式()()s H s G 可知0=P 。
根据Nyquist 判据有：()21202=-?-=-=N P Z ，因此闭环系统不稳定。
习题5-3 解： 9
8
.048.11)]([L )(1++
+-=
=-s s s t c s C 闭环传递函数
)9)(4(36
198.048.11)()()(++=++
+-==s s s
s s s s R s C s G
)
9
tg 4
(tg 221
181
1636
)9)(4(36)(ωω
ωωωωω--+-+?+=++=j e
j j j G
习题5-4 解： 求系统闭环传递函数
5
tg 21
25
4
)5(4)(5
4)(1)()()()(1
4)(ω
ωωω--+=+=
+=
+==
+=
j B K K B K e
j j G s s G s G s R s C s G s s G
根据频率特性的定义，以及线性系统的迭加性求解如下：
（1）?===30,1,11θωr A
?
--===
=-3.115
1tg )
1(178.026
4)1()(1
j j j B e e
e
A j G θωω
[])7.18sin(78.0)1(sin )1()sin()(12?+=++=+=t t A A t A t c r c s θθθ
（2）?===45,2,21θωr A
?--==+=
-8.215
2tg 274.025
44)(1
j j B e e
j G ωω
)2.232cos(48.1)(?+=t t c s
（3）)8.662cos(48.1)7.18sin(78.0)(?--?+=t t t c s
习题5-5 解： 系统闭环传递函数为
K
s Ts K
s G s G s R s C s G K K B ++=+==
2
)(1)()()()( 10=ω时系统频率特性为
())
(10010tg
210
210)(100
)100(10
100)()(1
ωθωωωω
ωωj T
K j e A e
T K K
j T K K
j T K K j G =+-=
+-=
+-=
--==-
由已知条件得2
)(,1)(12π
θθωθω-=-===
r c A A A ，则有 ?
?
?==??
????
=-=+-1.010
1001100
)100(2T K T K T K K
习题5-6 解：
)
116)(1()14(5)154)(1()(222++-+-=
++=ωωωωωωωωωj K j j j K
j G 0→ω时，?-∞∠=→90)(lim 0
ωωj G 。
求0→ω时的渐近线
K K j G 5)
116)(1(5lim
)](Re[lim 22
00
-=++-=→→ωωωωωωω
∞→ω时，?-∠=∞
→2700)(lim ωωj G ，曲线顺时针穿过负实轴
求曲线与负实轴的交点
令0)](Im[=ωj G ，得5.0=ω。
K j G A g 25
.11
)](Re[)(5.0=
==ωωω 该系统幅相频率特性曲线如图所示。
当1)(=g A ω即25.1=K 时，闭环系统临界稳定。
习题5-7 解：（1）令 145tg 180180)(1801=??=+?-?=∠+?=-c c c j G αωαωωγ
由84.011)()(2
22=?=+=
=αωωαωωc
c c c j G A
（2）令1004501
.0tg 3180)(1801=??=-?=∠+?=-c c c j G ωωωγ
由()()
83.22111101.0)()(5.13
3
2==?
=+=
?
?
? ?
?+=
=K K
K
j G A c c c ωωω
（3）令10180100tg 90)(2
1
=??-=--?-=∠-g g
g
j G ωωωω
db j G K g 20)(lg 20=-=ω
(
)
101.0100
100)(2
2
2=?==+-=
?
K K
K
j G g
g
g g ωωωω
习题5-8 解：
（1）51.03011.0tg 60tg 1.0tg 9018021
11≈??=-+??=--?-?=---c c
c
c c c ωωωωωωγ
57.011
1
)1.0(22
=?=++K K
c
c c ωωω
（2）101801.0tg tg 90)(11=??-=--?-=∠--g g g g j G ωωωω
()
1.1201
1.01lg
20)(lg 2010
2
2
≈?
=+?
+?-=-==K K
j G K g g g g g g ωωωωω
（3）?≈?=≈
58.454.1sin 1
γγ
r M ?=--?-?=58.45arctan 1.0arctan 90180c c ωωγ 83.0098.01.1098.042.44tan 1.011.02
2
=?=-+??=-+c c c c
c c ωωωωωω 1
.11
101.011
1
01.083
.02
22
2
=++==++=c c c c c
c
c
K K
ωωωωωωω
习题5-9 解：???
???
?
≥≤=)
1(lg 20)1
(lg 20)(T
T K T
K L ωωωωω
ω const T T c c =-?=-?-?=--ωωγ11tg 90tg 90180
设穿越频率在T
1
≤
ω频段，则K c =ω，若使c ω扩大a 倍，则K 扩大a 倍，且γ保持不变，显然T 需要缩小a 倍。
设穿越频率在T 1
≥
ω频段，则T
K c =ω，若使c ω扩大a 倍，且同时保持γ不变，则T 应
缩小a 倍，只有当K 扩大a 倍才能满足要求，即变化后的开环截止频率为
c c a T
K
a a T aK ωω===
' 两种情况的讨论结论一致，即K 扩大a 倍，T 缩小a 倍。
习题5-10 解：
计算相角裕量
方法一，由对数幅频渐近线近似计算穿越频率c ω
)505(07.712.010
)50(02.02.010
lg
20)
505(2.010lg 20)5(10lg 20)(≤≤==??
????
?
?
???≥??≤≤?≤=ωωωωωωωωωωωωωωc c
c L
相角裕量
?=--?-?=∠+?=--22.2702.0tg 2.0tg 90180)(18011c c c k j G ωωωγ
方法二，按定义计算穿越频率c ω
22.611
)02.0(1)2.0(10
2
2
≈?=++c c c c ωωωω
相角裕量
?=--?-?=∠+?=--7.3102.0tg 2.0tg 90180)(18011c c c k j G ωωωγ
计算幅值裕量：
令 s rad g g g 81.1518002.0tg 2.0tg 90)(11≈??-=--?-=--ωωωωθ 方法一，由对数幅频渐近线近似得 得 )5081.155(dB
142.010
lg
20)
(1lg
20≤=≤=?-==g g
g g g j G k ωωωω
方法二，由定义得
dB 81.141
)02.0(1)2.0(10
lg
20)
(1lg
202
2
=++-==g g g g g A k ωωωω
∴ 系统闭环稳定。
习题5-11 解：
① 典型环节的标准形式
)
11.0()
102.0(50)(+-=
s s s s G
② 50=K ，0.34lg 20=K 。 ③ 转折频率
101=ω，一阶惯性环节；502=ω，不稳定的一阶微分环节。 ④ 1=ν，低频渐近线斜率为dec dB 20-，且过（1，34dB ）点。 ⑤ 系统相频特性按下式计算
ωωωθ02.0arctg 1801.0arctg 90)(-?+-?-=，得
)
/()(?ωθ1
10
50100
1
10
50100
d B
/)(ωL 20
40
349090
-0ω
ω
20
-20
-40
-
图5-43 习题5-11解图
习题5-12 解：
)
116)(1()14(5)154)(1()(222++-+-=
++=ωωωωωωωωωj K j j j K
j G 0→ω时，?-∞∠=→90)(lim 0
ωωj G 。
求0→ω时的渐近线
K K j G 5)
116)(1(5lim
)](Re[lim 22
00
-=++-=→→ωωωωωωω
∞→ω
时，?-∠=∞
→2700)(lim ωωj G ，曲线顺时针穿过负实轴。
求曲线与负实轴的交点
令0)](Im[=ωj G ，得5.0=ω。
K j G A g 25
.11
)](Re[)(5.0=
==ωωω 该系统幅相频率特性曲线如下图所示。
图5-44 习题5-12解图
当1)(=g A ω即25.1=K 时，闭环系统临界稳定。
习题5-13 解：
[]
)1()1()1()1()
1)(1()1)(1(1)
1)(1()
1(1)(3123121232131
1+++-+=-+-++-++=+=s T K s T s T s T K K s T s T s T s T K s T s T s T K K GH G K s G k
二阶系统，有一个右半平面的开环极点，0,1==v p 。由开环幅相曲线可知2
1
,1=
=b a 。 0)211(21)(2=--=--=b a p z
因此，系统稳定，复平面左半平面有两个闭环极点，右半平面、虚轴上均无闭环极点数。
习题5-14 解：时域分析法得特征方程为
015001201.00)
11.0(1201)
11.0(30
501232
2
=+++?=+++?+s s s s s s s s
1.01500120?< ，因此，该系统不稳定。
习题5-15 解：（1）网络的频率特性
1
)(111
)(212212+++=+
++
=
ωωωωωC R R j C jR C j R R C
j R j G （2）绘制频率特性曲线
)
tg (tg
2
221212111
1
)(1)(1
1
)(ωωωωωωωT T j e T T jT jT j G ---++=
++=
其中1221221,)(,T T C R R T C R T >+==。 起始段，?===0)(,1)(,0ωθωωA 。
中间段，由于12T T >，)(ωA 减小，)(ωθ先减小后增加，即曲线先顺时针变化，再逆时针变化。
终止段，?→<=
∞→∞
→0)(,1)(lim ,
2
1
ωθωωωT T A 。 网络幅相频率特性曲线如下图所示。
图5-45 习题5-15解图
习题5-16 解：期望传递函数
84.1524lg 20=?=K K )
120
1)(11.0()
131
(84.15)(2
+++='s s s s s G 串联环节的传递函数 1
05.0)
131
(99.0)()()(++='=s s s G s G s G c 串联)(s G c 前：101.011.2416lg 20lg 201====ωK
424lg 40=?=c c ωω
?-=?-?-?=-8.2141.0tg 1801801γ，系统不稳定。
串联)(s G c 后：28.5241
3
lg
403
lg
20=?=+c c ωω ?=?-?-?-?+?=---8.1728.505.0tg 28.51.0tg 18028.53
1tg 180111γ，系统稳定。
习题5-17 解：在Matlab 编辑窗口，编写绘图程序为 >> a=[-10 -31 -30;1 0 0;0 1 0]; b=[1 0 0]’; c=[0 2 2]; d=[2]; >> sys=ss(a,b,c,d); >> figure; step(sys); >> figure; bode(sys);
执行后，即可绘制出Bode 图。
习题5-18 解：（1）求闭环系统传递函数对应的实频与虚频特性。 其实现的程序代码如下： >> syms s g h u v;
>> syms kn omega omegac real; >> s=j*omega;
>> G=10/(s*(s-10)); >> H=1+kn*s; >> GH=G*H;
>> U=factor(real(GH)) U =
-10*(1+10*kn)/(omega+10*i)/(omega-10*i) >> v=factor(imag(GH)) v =
-10*(-10+omega^2*kn)/(omega+10*i)/(omega-10*i)/omega
（2）当闭环系统处于临界稳定时，开环系统的频率响应()()G j H j ωω，即Nyquist 曲线将通过[()()G j H j ωω]平面上的点（-1，j0）,此时c ωω=。那么有：
??
?-==1
)(0
)(C c U V ωω 其实现的程序代码如下： >> syms kn omega omegac real;
>>[kn,omegac]=solve('10*(1+10*kn)/(-omegac+10*j)=-1','10*(-10*kn*omegac^2)/(omegac +10*j)/omegac/(omegac+10*j)=0',kn,omegac)
kn =
-1/10-1/10*j omegac = 10+10*j 0
即闭环系统稳定时反馈参数n K =1，此时c ω=rad/s 。
习题5-19 解：用bode()函数绘制系统的波特图，pade()函数可以近似表示0.8s
e -。
其实现的程序代码如下： >> num1=10*[1 2];
>> den1=conv([1 1],[1 4]); >> sys1=tf(num1,den1); >> [num,den]=pade(0.8,4); >> num2=conv(num1,num); >> den2=conv(den1,den); >> sys2=tf(num2,den2);
>> bode(sys1,'m-',sys2,'.')
习题5-20 解：用bode()函数绘制系统的波特图，margin()函数求系统的幅值稳定裕度和相角稳定裕度及对应的频率，其实现的程序代码如下：
>> num=3*[5 2];
>> den=conv([1 2 2 0],[1 1]); >> sys=tf(num,den); >> bode(sys); >> grid on;
>> [Gm,Pm,Wcg]=margin(sys)
Warning: The closed-loop system is unstable. > In lti.margin at 89 Gm =
0.4789 Pm =
-23.8341 Wcg = 1.7497
习题5-21 解：实现的程序代码如下：
>> a=[-6 -23 -34 -26; 1 0 0 0; 0 1 0 0; 0 0 1 0]; b=[1 0 0 0]’; >> c=[0 0 2 0]; d=[2];
>> sys=ss(a,b,c,d);
>> impulse(sys);
>> figure;
>> nyquist(sys);
控制工程基础习题解答 第一章 1-1．控制论的中心思想是什么？简述其发展过程。 维纳（N.Wiener）在“控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学”中提出了控制论所具有的信息、反馈与控制三个要素，这就是控制论的中心思想 控制论的发展经历了控制论的起步、经典控制理论发展和成熟、现代控制理论的发展、大系统理论和智能控制理论的发展等阶段。具体表现为： 1．1765年瓦特（Jams Watt）发明了蒸汽机，1788年发明了蒸汽机离心式飞球调速器，2．1868年麦克斯威尔（J.C.Maxwell）发表“论调速器”文章；从理论上加以提高，并首先提出了“反馈控制”的概念； 3．劳斯（E.J.Routh）等提出了有关线性系统稳定性的判据 4．20世纪30年代奈奎斯特（H.Nyquist）的稳定性判据，伯德（H.W.Bode）的负反馈放大器； 5．二次世界大仗期间不断改进的飞机、火炮及雷达等，工业生产自动化程度也得到提高； 6．1948年维纳（N.Wiener）通过研究火炮自动控制系统，发表了著名的“控制论—关于在动物和机器中控制和通讯的科学”一文，奠定了控制论这门学科的基础，提出 了控制论所具有的信息、反馈与控制三要素； 7．1954年钱学森发表“工程控制论” 8．50年代末开始由于技术的进步和发展需要，并随着计算机技术的快速发展，使得现代控制理论发展很快，并逐渐形成了一些体系和新的分支。 9．当前现代控制理论正向智能化方向发展，同时正向非工程领域扩展（如生物系统、医学系统、经济系统、社会系统等）， 1-2．试述控制系统的工作原理。 控制系统就是使系统中的某些参量能按照要求保持恒定或按一定规律变化。它可分为人工控制系统（一般为开环控制系统）和自动控制系统（反馈控制系统）。人工控制系统就是由人来对参量进行控制和调整的系统。自动控制系统就是能根据要求自动控制和调整参量的系统，系统在受到干扰时还能自动保持正确的输出。它们的基本工作原理就是测量输出、求出偏差、再用偏差去纠正偏差。 1-3．何谓开环控制与闭环控制？ 开环控制：系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响。系统特点：系统简单，容易建造、一般不存在稳定性问题，精度低、抗干扰能力差。 闭环控制：系统的输出端和输入端存在反馈回路，输出量对控制作用有直接影响。闭环的反馈有正反馈和负反馈两种，一般自动控制系统均采用负反馈系统，闭环控制系统的特点：精度高、抗干扰能力强、系统复杂，容易引起振荡。 1-4．试述反馈控制系统的基本组成。 反馈控制系统一般由以下的全部或部分组成（如图示）： 1．给定元件：主要用于产生给定信号或输入信号
2015年武汉理工大学《控制工程基础》模拟题1 1、 选择填空（30分，每小题2分） （下列各题均给出数个答案，但只有一个是正确的，请将正确答案的序号写在空白 处） 1.1在下列典型环节中，属于振荡环节的是 。 (A) 101.010)(2++= s s s G (B) 1 01.01)(2 ++=s s s G (C) 101 )(+=s s G 1.2系统的传递函数定义为在零初始条件下输出量的Laplace 变换与输入量的Laplace 变换之比，其表达式 。 （A ）与输入量和输出量二者有关 （B ）不仅与输入量和输出量二者有关，还与系统的结构和参数有关 （C ）只与系统的结构和参数有关，与输入量和输出量二者无关 1.3系统峰值时间p t 满足 。 （A ） 0)(=p p o dt t dx （B ）)()(∞=o p o x t x （C ）)()()(∞??≤∞-o o p o x x t x 其中，)(t x o 为系统的单位阶跃响应。 1.4开环传递函数为G (s )的单位反馈系统的静态速度误差系数的计算式为 。 (A) )(lim 0 s G K s v →= (B) )(lim 2 s G s K s v →= (C) )(lim 0 s sG K s v →= 1.5最大百分比超调量(%)p M 的定义式为 。 （A ）)()(max (%)∞-=o o p x t x M (B) %100) () ()(max (%)∞∞-= o o o p x x t x M （C ）) () (max (%)t x t x M i o p = 其中，)(t x i 为系统的输入量，)(t x o 为系统的单位阶跃响应，)(max t x o 为)(t x o 的最大值。 1.6给同一系统分别输入)sin()(11t R t x i ω=和)sin()(2t R t x r i ω=这两种信号（其中， r ω是系统的谐振频率，1ω是系统正常工作频率范围内的任一频率），设它们对应的稳态输出分别为)sin()(1111?ω+=t C t x o 和)sin()(222?ω+=t C t x r o ，则 成立。 （A ）21C C > （B ）12C C > （C ）21C C = 1.7 若一单位反馈系统的开环传递函数为) ()(1220 a s a s a s G += , 则由系统稳定的必 要条件可知， 。 （A ）系统稳定的充分必要条件是常数210,,a a a 均大于0
第一章 3 解：1)工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△u＝u1－u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制 大门的开启。当大门在打开位置，u2＝u 上：如合上开门开关，u1＝u 上 ，△u＝0， 大门不动作；如合上关门开关，u1＝u 下 ，△u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭， 使△u＝0。当大门在关闭位置，u2＝u 下：如合上开门开关，u1＝u 上 ，△u>0，大 门执行开门指令，直至完全打开，使△u＝0；如合上关门开关，u1＝u 下 ，△u＝0，大门不动作。 2)控制系统方框图 4 解：1)控制系统方框图
2)工作原理： a)水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h ’由浮球顶杆的长度给定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小），进入水箱的水流量增加（减小），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），进水阀开度增大（减小）量减小，直至达到新的水位平衡。此为连续控制系统。 b) 水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h ’由浮球拉杆的长度给定。杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），到一定程度后，在浮球拉杆的带动下，电磁阀开关被闭合（断开），进水阀门完全打开（关闭），开始进水（断水），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），直至达到给定的水位高度。随后水位进一步发生升高（降低），到一定程度后，电磁阀又发生一次打开（闭合）。此系统是离散控制系统。 2-1解： （c ）确定输入输出变量（u1，u2） 22111R i R i u += 222R i u = ?-= -dt i i C u u )(1 1221 得到：11 21221222 )1(u R R dt du CR u R R dt du CR +=++ 一阶微分方程 （e ）确定输入输出变量（u1，u2） ?++=i d t C iR iR u 1 211 R u u i 2 1-=
二 题目：已知()t t f 5.0=，则其()[]=t f L 【 】 A. 2 5.0s s + B. 2 5.0s C. 2 21s D. s 21 分析与提示：由拉氏变换的定义计算，可得()[]2 1 5 .0s t f L = 答案：C 题目：函数f (t )的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示：拉氏变换定义式。 答案：dt e t f st ? ∞ -0 )( 题目：函数()at e t f -=的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示：拉氏变换定义式可得，且f(t)为基本函数。 答案：a s +1 题目：若t e t t f 22 )(-=，则( )=)]([t f L 【 】 A. 22+s B. 3 )2(2 +s C.2 2-s D. 3 ) 2(2 -s 分析与提示：拉氏变换定义式可得，即常用函数的拉氏变换对，3 )2(2 )]([+=s t f L 答案：B 题目：拉氏变换存在条件是，原函数f(t)必须满足 条件。 分析与提示：拉氏变换存在条件是，原函数f(t)必须满足狄里赫利条件。 答案：狄里赫利 题目：已知()15.0+=t t f ，则其()[]=t f L 【 】 A. 2 5.0s s + B. 2 5.0s
C. s s 1212+ D. s 21 分析与提示：由拉氏变换的定义计算，这是两个基本信号的和，由拉氏变换的线性性质，其拉氏变换为两个信号拉氏变换的和。()[]s s t f L 1 15 .02 += 答案：C 题目：若()s s s s F ++= 21 4，则()t f t ∞→lim )=( )。 【 】 A. 1 B. 4 C. ∞ D. 0 分析与提示：根据拉氏变换的终值定理)(lim )(lim )(0 s sF t f f s t →∞ →==∞。即有 41 4lim )(lim 20 =++=→∞ →s s s s t f s t 答案：B 题目：函数()t e t f at ωcos -=的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示：基本函数t ωcos 的拉氏变换为 2 2ω+s s ，由拉氏变换的平移性质可知 ()[]() 2 2 ω +++= a s a s t f L 。 答案：()2 2ω +++a s a s 题目：若()a s s F += 1 ，则()0f )=（）。 分析与提示：根据拉氏变换的初值定理)(lim )(lim )0(0 s sF t f f s t ∞ →→==。即有 111lim 1 lim )(lim )0(0 =+ =+==→→→s a a s s t f f s s t 答案：1 题目：函数()t t f =的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示：此为基本函数，拉氏变换为 2 1s 。
《机械控制工程基础》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有 习题 【说明】：本课程《机械控制工程基础》（编号为09010）共有单选题,计算题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题]等试题类型未进入。 一、单选题 1. t e 2-的拉氏变换为（ ）。 A. s 21； B. 15 .0+s ； C. 21+s ； D. 2 1s e 2- 2. )(t f 的拉氏变换为) 2(6 ][+= s s s F ，则)(t f 为（ ）。 A. t e 23-； B. t e 21--； C. )1(32t e --； D. t e 26- 3. 脉冲函数的拉氏变换为（ ）。 A. 0 ； B. ∞； C. 常数； D. 变量 4. ()t t f δ5)(=，则=)]([t f L （ ）。 A. 5 ； B. 1 ； C. 0 ； D. s 5 5. 已知) 52)(2(3 3)(2 2+++++=s s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ）。 A. ∞ ； B. 0 ； C. 0.6 ； D. 0.3 6. 已知) 45(3 2)(22++++=s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ）。 A. 0 ； B. ∞ ； C. 0.75 ； D. 3
7. 已知s n e s a s F τ-= 2 )(其反变换f (t)为（ ） 。 A. )(ττa t n a -?； B. )(τn t a -?； C. τn te a -?； D. )(1 τn t a -? 8. 已知) 1(1 )(+= s s s F ，其反变换f (t)为（ ）。 A. t e -1； B. t e -+1； C. t e --1； D. 1--t e 9. 已知t e t f t 2sin )(-=的拉氏变换为（ ）。 A. s e s 224 2-+ ； B. 4)4(22++s ； C. 4)1(2 ++s s ； D. s e s s 22 4 -+ 10. 图示函数的拉氏变换为（ ）。 A. )1(12s e s a ττ--； B. )1(12s e s a ττ--； C. )1(1s e s a ττ--；D. )1(12 s e s a ττ- 11. 若)(∞f =0，则][s F 可能是以下（ ）。 A. 91-s ； B. 92+s s ； C. 91+s ； D. 9 12+s 12. 开环与闭环结合在一起的系统称为（ ）。 A.复合控制系统； B.开式控制系统； C.闭和控制系统； D.正反馈控制系统 13. 在初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统的 （ ）。 A.增益比； B.传递函数； C.放大倍数； D.开环传递函数 14. 已知线性系统的输入x(t)，输出y(t)，传递函数G(s)，则正确的关系是（ ）。 A. )]([)()(1 s G L t x t y -?=； B. )()()(s X s G s Y ?=； C. )()()(s G s Y s X ?=； D. )()()(s G t x t y ?= 15. 设有一弹簧、质量、阻尼器机械系统，如图所示，以外力f(t)为输入量，位移y(t)
第一章 1．试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。 开环控制系统具有一些特点，如系统结构比较简单、成本低、响应速度快、工作稳定，但是，当系统输出量有了误差无法自动调整。因此，如果系统的干扰因素和元件特性变化不大，或可预先估计其变化范围并可预先加以补偿时，采用开环控制系统具有一定的优越性，并能达到相当高的精度。 闭环控制系统的优点是，当系统的元件特性发生变化或出现干扰因素时，引起的输出量的误差可以自动的进行纠正，其控制精度较高。但由于控制系统中总有贮能元件存在，或在传动装置中存在摩擦、间隙等非线性因素的影响，如果参数选择不适当将会引起闭环控制系统振荡，甚至不能工作。因此，控制精度和稳定性之间的矛盾，必须通过合理选择系统参数来解决。另外，一般说来，闭环控制系统的结构复杂，相对于开环系统成本高。 2．试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统，并说明它们的工作原理。
3．图1-15所示是水箱液位控制系统。试说明其工作原理，找出输入量、输出量、扰动量及被控对象，并绘制出职能方框图。 图1-15 解： 图1-15所示是水箱液位控制系统，控制目的是保证液面高度不变。当出水截门打开时，水箱水位下降，通过浮子反馈实际液面高度，并与希望的液面高度比较，得出液面偏差，经过杠杆使阀门（锥塞）开大，液面上升；达到控制水位后，阀门关闭，从而保持液面高度不变。这是一个具有负反馈的闭环控制系统。 输入量（控制量）：希望的液面高度 输出量（被控制量）：实际液面高度 扰动量：流量的变化（出水截门打开导致的流量的变化） 被控对象：水箱
4. 图1-16所示是仓库大门垂直移动开闭的自动控制系统原理示意 图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理。 解: 当合上开门开关时，电位器桥式测量电路产生偏差电压，经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，使大门向上提起。与此同时，与大门连在一起的电位器点刷上移，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，开门开关自动断开。反之，当合上关门开关时，伺服电动机反向转动，带动绞盘使大门关闭。从而实现了远距离自动控制大门开闭的要求。 图1-16 题4图仓库大门垂直移动开闭的自动控制系统职能方框图
习题解答: 4-1负反馈系统的开环传递函数 G s F s K G s s 1 s 2 ，试绘制闭环系统的根轨迹。 解：根轨迹有3个分支，分别起始于0，-1， -2,终止于无穷远。 a a 180 , 60。 实轴上的根轨迹是（-a, -2］及［-1,0］。 d(s 3 第 2s) 0 ds 可得，$ 0.422, S 2 1.578 ； s 1 0.422是分离 点。 根轨迹见图4-28。 4-2系统的开环传递函数为 S 1 1 j - 3在根轨 迹上，并求出相应的根轨迹增益 K G 和开环增益 解：若点&在根轨迹上，则点 示。 s 1应满足相角条件 G(s)H (s) (2k 1) ，如图4-29所 图 4-29
3 6 1 3 1 1 1 1 3 K 8 2 2 6 3 z 2 4 j4 0 (2) P 2 j1 1 (3) P 1 6 5 4 0 1 (4) z P 解 4 T ■o f 宴轴 实轴 5 2 1 p 2,3 (1 ) Z 1,2 K G K G P 0 I J 3 2 (1 j 3 4) (1 j .3 2) (1 b.3 1) 一 0 2 趕 0 --0.2 0 2 所以，K G 12 对于S 1 1 j . 3 ，由相角条件 4-3已知开环零点 z ，极点p ，试概略画出相应的闭环根轨迹图。 图 4-30（ 1） 图 4-30（ 2） 图 4-30（ 3） G(s)H(s) 满足相角条件，因此 s 1 1 j .3在根轨迹上。将?代入幅值条件: G(s)H(s) -0 4 A2 .10 -8 -6 -J *2 0 图 4-30（ 4） -1.U
1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析 系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流 电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压 r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停 留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。
1-5采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如题1-5图所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速ω下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速ω增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 题1-5图蒸汽机转速自动控制系统 解在本系统中，蒸汽机是被控对象，蒸汽机的转速ω是被控量，给定量是设定的蒸汽机希望转速。离心调速器感受转速大小并转换成套筒的位移量，经杠杆传调节供汽阀门，控制蒸汽机的转速，从而构成闭环控制系统。 系统方框图如图解1-5所示。
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)=1 +Ts K 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)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为 C A ．-270° B ．-180° C ．-90° D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)= s 1 ，则其频率特性幅值M(ω)= C A. ωK B. 2K ω C. ω1 D. 21ω 6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为 B A. a 1y 1(t)+y 2(t) B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t) C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t) D. y 1(t)+a 2y 2(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<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ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 t ω的拉氏变换是 C A.ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2 2s 1ω + 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
1-1机械工程控制论的研究对象与任务是什么? 解机械工程控制论实质上是研究机械一r_程技术中广义系统的动力学问题。具体地讲，机械工程控制论是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历的由内部的固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出二者之间的动态关系。 机械工程控制论的任务可以分为以下五个方面: (1)当已知系统和输人时，求出系统的输出(响应)，即系统分析。 (2)当已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制。 (3)当已知输入和理想输出，设计系统，即最优设计。 (4)当系统的输人和输出己知，求系统的结构与参数，即系统辨识。 (5)输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测。 1.2 什么是反馈?什么是外反馈和内反馈? 所谓反馈是指将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输人信号共同作用于系统的过程，称为反馈或信息反馈。 所谓外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈，构成一个自动控制系统。 所谓内反馈是指许多机械系统或过程中存在的相互藕合作用，形成非人为的“内在”反馈，从而构成一个闭环系统。 1.3 反馈控制的概念是什么?为什么要进行反馈控制? 所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。 在实际中，控制系统可能会受到各种无法预计的干扰。为了提高控制系统的精度，增强系统抗干扰能力，人们必须利用反馈原理对系统进行控制，以实现控制系统的任务。 1.4闭环控制系统的基本工作原理是什么? 闭环控制系统的基本工作原理如下: (1)检测被控制量或输出量的实际值; (2)将实际值与给定值进行比较得出偏差值; (3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 这种基于反馈原理，通过检测偏差再纠正偏差的系统称为闭环控制系统。通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三个基本功能。 1.5对控制系统的基本要求是什么? 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性。 稳定性是保证控制系统正常工作的首要条件。稳定性就是指系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。 准确性是衡量控制系统性能的重要指标。准确性是指控制系统的控制精度，一般用稳态误差来衡量。 快速性是指当系统的输出量与输入量之间产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。
西南科技大学成教学院德阳教学点 《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、填空题 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。 2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。 3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量°和过渡过程时间t s；静态质量指标有稳态误差e ss。 4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调 节阀禾口液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差（余差），但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、 双闭环比值控制和变比值控制三种。 9、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。 10、随着控制通道的增益K o的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最大， 系统的余差减小，最大偏差减小。 11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。 12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估 计___ 。 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是、迅速和H
14、控制阀的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。 15、防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。 16、如果对象扰动通道增益K f增加，扰动作用增强，系统的余差增大， 最大偏差增大。 17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。 名词解释题 1、衰减比答：衰减比n定义为: B B2 衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够 的稳定程度，一般取衰减比为4:1?10:1。 2、自衡过程 答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新 的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统 答：分布式控制系统DCS,又称为集散控制系统，一种操作显示集 中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。 DCS 的设计思想是“控制分散、管理集中”
机械控制工程基础 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 [ ] 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)= 1 +Ts K 的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 [ ] 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？ [ ] 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)(ωθ，当∞→ ω时，其相位移)(∞θ为 [ ] A ．-270° B ．-180° C ．-90° D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)= s 1 ，则其频率特性幅值M(ω)= [ ] A. ωK B. 2K ω C. ω 1 D. 2 1ω 6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为 [ ] A. a 1y 1(t)+y 2(t) B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t) C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t) D. y 1(t)+a 2y 2(t) 7．拉氏变换将时间函数变换成 [ ] 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<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将 [ ] 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 [ ] 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 t ω的拉氏变换是 [ ] A. ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω + D. 2 2 s 1ω + 11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)= [ ] 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. -40(dB/dec) B. -20(dB/dec)
习 题 什么是线性系统其最重要的特性是什么下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统 (1) x x x x x i o o o o 222=++&&& (2) x tx x x i o o o 222=++&&& (3) x x x x i o 222o o =++&&& (4) x tx x x x i o o o 222o =++&&& 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。 图（题）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。 图(题 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有 x m x c x x c i &&&&&o o 2 o 1 )(=--
即 x c x c c x m i &&&&1 2 1 o o )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有 )1()()(1 x x c k x x o i &&-=- )2()(2 x k x x c o o =-&& 消除中间变量有 x ck x k k x k k c i o &&1 2 1 o 2 1 )(=-- (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 x k x x k x x c o o i o i 2 1 )()(=-+-&& 即 x k x c x k k x c i i o o 1 2 1 )(+=++&& 求出图(题所示电系统的微分方程。 图（题） 解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有 ?+=idt C i R u o 1 2 2 i R u u o i 1 1=-
目录 第一章 (1 第二章 (4 第三章 (21 第四章 (34 第五章 (41 第六章 (47 第七章 (61 第一章 1-1 解:(1B (2 B (3B (4A 1-2 解: 1-3 解:(1自行车打气如图1-1所示职能方块图,为闭环系统。
图1-1 (2普通电烙铁的职能方块图如图1-2所示,为开环系统。 图1-2 (3车玩具的职能方块图如图1-3所示,为开环系统。 图1-3 (4船自动舵的职能方块图如图1-4所示,为闭环系统。 图1-4 (5灯自动开关的职能方块图如图1-5所示,为开环系统。
图1-5 1-4 解:系统输入量:被记录的电压信号U2 系统输出量:记录笔的位移L 被控对象:记录笔 1-5 解:(a:对于图(a所示的系统,水箱中输出流量和输入流量决定了水箱的水位变化,水位的高低决定了浮球的位置,流量通过杠杆机械对应阀门的开启大小,阀门的大小决定输入流量补偿输出流量,最终水位保持一定值。其职能方块图如下图所示:
(b:对于(b图所示的系统,控制水位的过程与图(a系统中浮球的位置通过杠杆机构操纵双向触点电开关,两个触点电机正、反转,电机的正、反转对应阀门的开大、开小,系统由于使用了电机,系统的反应加快,其职能方块图如下图所示: 1-6:试画出实验室用恒温箱职能方块图。 解:根据一般实验室用恒温箱的工作原理图,画出其职能方块图如下:
(注:1-5中有部分文学是根据上下文理解的,因为原版中缺失;1-6为类似书中原体,不是原体,请注意! 第二章 2-1 解: (1: ](12[](1[](5[](4[((t L t t L t L t t L S F ?+?++=δδ S S S S 215215022++=+++= (2: 25(25 3(2++= s s S F (3: 1 1(2++=-s e S F s π (4: }(16 (1]6(2cos 4{[(5t e t t L S F t ?+-?- =-π
第二章 2.1求下列函数的拉氏变换 （1）s s s s F 2 32)(23++= （2）4310)(2+-=s s s F （3）1)(!)(+-= n a s n s F （4）36 )2(6 )(2++=s s F （5） 2222 2) ()(a s a s s F +-= （6）)14(21)(2 s s s s F ++= （7）52 1 )(+-= s s F 2.2 （1）由终值定理：10)(lim )(lim )(0 ===∞→∞ →s t s sF t f f （2）1 10 10)1(10)(+-=+= s s s s s F 由拉斯反变换：t e s F L t f ---==1010)]([)(1 所以 10)(lim =∞ →t f t 2.3（1）0) 2()(lim )(lim )0(2 =+===∞ →→s s s sF t f f s t )0()0()()()](['2''0 ' 'f sf s F s dt e t f t f L st --==-+∞ ? )0()0()(lim )(lim '2''0f sf s F s dt e t f s st s --=+∞ →-+∞ +∞→? 1 )2()(lim )0(2 2 2 ' =+==+∞→s s s F s f s (2)2 ) 2(1 )(+= s s F , t te s F L t f 21)]([)(--==∴ ,0)0(2)(22' =-=--f te e t f t t 又，1 )0(' =∴f 2.4解：dt e t f e t f L s F st s --?-==202)(11 )]([)( ??------+-=2121021111dt e e dt e e st s st s
一、单项选择题（在每小题的四个被选答案中，选出一个正确的答案，并将其 答案按顺序写在答题纸上，每小题2分，共40分） 1． 闭环控制系统的特点是 A 不必利用输出的反馈信息 B 利用输入与输出之间的偏差对系统进行控制 C 不一定有反馈回路 D 任何时刻输入与输出之间偏差总是零，因此不是用偏差来控制的 2．线性系统与非线性系统的根本区别在于 A 线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入 B 线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入 C 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理 D 线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理 3． 222 )]([b s b s t f L ++=，则)(t f A bt b bt cos sin + B bt bt b cos sin + C bt bt cos sin + D bt b bt b cos sin + 4．已知 ) (1)(a s s s F +=，且0>a ，则 )(∞f A 0 B a 21 C a 1 D 1 5．已知函数)(t f 如右图所示，则 )(s F A s s e s e s --+2211 B s s e s s 213212+-- C )22121(1332s s s s se e e se s ------+ D )221(1s s s e e s e s ----+ 6．某系统的传递函数为 ) 3)(10()10()(+++=s s s s G ，其零、极点是 A 零点 10-=s ，3-=s ；极点 10-=s B 零点 10=s ，3=s ；极点 10=s
C 零点 10-=s ；极点 10-=s ，3-=s D 没有零点；极点 3=s 7．某典型环节的传递函数为Ts s G =)(，它是 A 一阶惯性环节 B 二阶惯性环节 C 一阶微分环节 D 二阶微分环节 8．系统的传递函数只与系统的○有关。 A 输入信号 B 输出信号 C 输入信号和输出信号 D 本身的结构与参数 9．系统的单位脉冲响应函数t t g 4sin 10)(=，则系统的单位阶跃响应函数为 A t 4cos 40 B 16402+s C )14(cos 5.2-t D 16 102+s 10．对于二阶欠阻尼系统来说，它的阻尼比和固有频率 A 前者影响调整时间，后者不影响 B 后者影响调整时间，前者不影响 C 两者都影响调整时间 D 两者都不影响调整时间 11．典型一阶惯性环节1 1+Ts 的时间常数可在单位阶跃输入的响应曲线上求得， 时间常数是 A 响应曲线上升到稳态值的95%所对应的时间 B 响应曲线上升到稳态值所用的时间 C 响应曲线在坐标原点的切线斜率 D 响应曲线在坐标原点的切线斜率的倒数 12．已知)()()(21s G s G s G =，且已分别测试得到： )(1ωj G 的幅频特性 )()(11ωωA j G =，相频)()(11ω?ω=∠j G )(2ωj G 的幅频特性 2)(2=ωj G ，相频ωω1.0)(2-=∠j G 则 A )(1.011)(2)(ωω?ωωj e A j G -?=
机械控制工程课后答案 1-1机械工程控制论的研究对象与任务是什么? 解机械工程控制论实质上是研究机械一r_程技术中广义系统的动力学问题。具体地讲，机械工程控制论是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历的由内部的固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出二者之间的动态关系。 机械工程控制论的任务可以分为以下五个方面: (1)当已知系统和输人时，求出系统的输出(响应)，即系统分析。 (2)当已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制。 (3)当已知输入和理想输出，设计系统，即最优设计。 (4)当系统的输人和输出己知，求系统的结构与参数，即系统辨识。 (5)输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测。 1.2 什么是反馈?什么是外反馈和内反馈? 所谓反馈是指将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输人信号共同作用于系统的过程，称为反馈或信息反馈。 所谓外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈，构成一个自动控制系统。 所谓内反馈是指许多机械系统或过程中存在的相互藕合作用，形成非人为的“内在”反馈，从而构成一个闭环系统。 1.3 反馈控制的概念是什么?为什么要进行反馈控制? 所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。 在实际中，控制系统可能会受到各种无法预计的干扰。为了提高控制系统的精度，增强系统抗干扰能力，人们必须利用反馈原理对系统进行控制，以实现控制系统的任务。 1.4闭环控制系统的基本工作原理是什么? 闭环控制系统的基本工作原理如下: (1)检测被控制量或输出量的实际值; (2)将实际值与给定值进行比较得出偏差值; (3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 这种基于反馈原理，通过检测偏差再纠正偏差的系统称为闭环控制系统。通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三个基本功能。 1.5对控制系统的基本要求是什么? 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性。 稳定性是保证控制系统正常工作的首要条件。稳定性就是指系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。 准确性是衡量控制系统性能的重要指标。准确性是指控制系统的控制精度，一般用稳态误差来衡量。 快速性是指当系统的输出量与输入量之间产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。
简答题 1.对自动控制系统性能指标的主要要求是什么？而M P、N反映了系统的什么，T S反映了系统的什么，e SS又反映了系统的什么； 2.试说明串联校正的优点与不足。 3.试分析 PIＤ调节器性能。 4. 在位置随动系统中，采用转速负反馈校正，对系统的动态性能有何影响? 5．叙述系统开环增益K的大小、积分环节个数v的多少与系统稳定性和稳态性能的关系； 6. 系统稳定的充要条件是什么？(从系统特征根的分布来分析) 7. 简述奈氏稳定判据内容； 8. 叙述系统开环对数幅频特性L(ω)低频段渐近线斜率大小，L(ω)在ω＝1处的高度对系统稳态精度的影响。 9. 对PWM控制的大功率晶体管直流调压电路，采用调制频率为400Hz 的方波较50Hz方波供电的优点是什么? 10. 试述“传递函数”、“频率特性”的定义； 11. 经典控制理论的数学模型有几种形式？时域中数学模型的通式是什么。 12.试分析比较串联校正与反馈校正的优点与不足。 13. 试分析积分环节、惯性环节、微分环节对系统稳定性的影响，并说出理由。 14. 开环系统与闭环系统的最本质区别及其优缺点比较。
15.从能量转换方面讨论惯性环节与振荡环节的阶跃响应特点。 16.试说明增设比例加积分调节器后，对闭环控制系统的动、静态性能的影响。 17.最小相位系统和非最小相位系统。 18.说明开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。 19.奈奎斯特稳定性判据是什么。 20.为什么稳定的调速系统的前向通道中含有积分环节能实现无静差控制。 21.什么叫系统校正。 22. 为什么在位置随动系统中，转速负反馈会得到普遍的应用？ 23. 时域分析中常用的性能指标有哪些？ 24. 幅频特性和相频特性。 25. 频域分析中如何来表征系统的稳定程度。 26. 经典控制理论的数学模型有几种形式？写出时域中数学模型的通式。 27.在经典控制理论中，系统的数学模型有几种形式。 28. 有源校正网路和无源校正网路有什么不同特点，在实现校正规律时其作用是否相同？ 29.试举出能够实现超前和迟后校正的元件，并从原理上说明这些元件所起的作用。 30. 一阶无差系统加入加速度信号时能否工作，为什么？在什么情况下能工作。