机械控制工程基础练习题考试题及其答案

习题及答案

页脚内容1

1、简答题

1、控制系统的基本要求。

1）、简述闭环控制系统的组成。

测量元件，给定元件，比较元件，放大元件，执行元件，校正元件

2）、非最小相位系统有何特点，与最小相位系统的区别是什么？

第二题 在复平面【s】右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数，反之，在【s】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数。具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统，反之，具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统

3）、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。

此滞后校正环节是一个低通滤波器，因为当频率高于1/T时，增益全部下降20lgb(db)，而相位减小不多。如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直，当然低频段的增益就提高了。

4）、简述系统超前校正网络的校正原理

在对数幅频特性曲线上有20db/dec段存在，故加大了系统的剪切频率Wc、谐振频率Wr与截止频率Wb，其结果是加大了系统的带宽，加快了系统的响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果是增加了系统相位稳定性。

5）、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些？

1：增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益

2：在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节

3：采用串级控制抑制内回路扰动。

6）、简要说明比例积分微分PID控制规律中P、I和D的作用

(1)比例系数Kp直接决定控制作用的强弱，加大Kp可以减小系统的稳定误差，提高系统的动态响应速度，但Kp过大会使动态质量变坏，引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定 习题及答案

页脚内容2 (2)在比例的调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差，直到积分的直为零，控制作用才停止

(3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。

2.已知控制系统的结构图如下图所示，求：

（1） 当不存在速度反馈)0(a时， 试确定单位阶跃输入动态响应过程的rt，st和%。

（1）a=0时，42Gsss，2424sss，所以0.5,2n

21rnt ，21pnt，21%e

（2）确定0.7时的速度反馈常数a值， 并确定ttr)(时系统的稳态误差sse。

考虑内反馈时，242444244124ssasssasssas

0.7，所以2440.2aa

412.80.72.84sspGsessK

3.如图所示系统，122Gs，233Gss 4(2)ss

a s - - R(s) C(s) E(s) 习题及答案

页脚内容3 1Gs2GsRsEsNsCs

（1）判断系统的稳定性；

（2）求静态误差系数pk，vk，ak；

（3）当系统输入为()30.21rttt，求系统的稳态误差；

（4）若系统的干扰为()0.11ntt，求系统在输入和干扰共同作用下的稳态误差。

（1）12321261566GsGssGsGssss

有劳斯表，可判定第一列均大于0，所以系统稳定。

（2）1201202120limlim1lim0psvsasKGsGsKsGsGsKsGsGs

（3）120.200.2ssssssveeeK

（4）00320.1limlim0.1236ssssrssnssnnsseeesesEssssss

0.20.10.1ssssrssneee

4. 已知系统结构图如下图所示，化简系统结构图，求出系统的传递函数C(s)/R(s)。

R(s)G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)C(s) 习题及答案

页脚内容4

5.化简系统结构框图，并求CsRs和CsNs。

1Gs2Gs3Gs1HsRsCsNs

2Gs4Gs3GsRsCsNs2Gs

6、求下图所示系统的传递函数0iUsUs。

K0R1R2R2C0UsiUs 习题及答案

页脚内容5 K1R2R2C0UsiUs1C

7、求下图力学模型的传递函数s。ixt为输入位移，oxt为输出位移。

1f2f1K2Kixox

8、已知单位反馈的最小相位系统，其开环对数幅频特性如下图所示，试求

（1）开环传递函数；

（2）计算系统的相位裕度，并判断系统的稳定性；

（3）若将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。（华南理工考试题）

解：（1）设1211KGssTsTs，由图可知，1210,0.05TT 习题及答案

页脚内容6 20lg0,10=10kdbk

传递函数为101010.051Gssss

（2）22101110010.051cccc （近似计算）

18018090arctan10arctan0.052.91cccGj

所以，系统稳定。

（3）右移十倍频程，可得10010.0051Gssss，

10,18018090arctanarctan0.0052.91ccccGj相角裕度不变，截止频率扩大10倍，系统响应速度加快。

9、设系统开环传递函数为：515KGssss，作出系统的开环幅频和相频特性曲线，并判断系统的稳定性。

10、设电子心率起搏器系统如下图所示：（南航考试题）

RsEs0.051Ks1s期望心跳实际心跳电子起搏器心脏

其中，模拟心脏的传递函数相当于一纯积分器，试求：

（1） 若0.5对于最佳响应，问起搏器的增益K为多大？

（2） 若期望心速为60次/min,并突然接通起搏器，问1s后实际心速为多大？瞬时最大心速为多大？ 习题及答案

页脚内容7 （3） 10、220,0.0512020kKGssssssK

（4） （1）20.5,220,20,20nnKK

（5） （2）240020400sss，闭环极点，1,210103sj

（6） 脉冲响应10cos103sin103thtetjt

（7） 阶跃响应10060601ttcthtdte 160.0029/minc次

（8） p2t0.181s1n， 21%e16.5%

最大心率60116.5%69.9次。

11、系统方框图如下图所示。

N(s)cGsnGsiXsEs+_++1Gs2GsHsoXs

求：（1）输出对指令信号的传递函数oiXsXs；

（2）输出对扰动信号的传递函数oXsNs；

（3）要消除扰动对系统的影响，cGs应如何选取。

、解：（1）012121iXsGsGsXsGsGsHs

（2）210121nciGsGsGsGsXsNsGsGsHs

（3）1ncGsGsGs，可以消除扰动对系统的影响 习题及答案

页脚内容8

12、根据系统图，及所对应的阶跃响应曲线，确定系统质量M、阻尼系数C和弹簧刚度K的数值。（武汉科技考试题）

MKCf=300Nxx1.0Mp=0.0950.2t/s

12、解：2Xs1Fsmscsks

21pMe0.095，0.6

ts0300limctlimsCs1,K300Kc

p2t0.2s1n，19.6n

Kc,m2Kmn，求得：c18.36,m0.78

13、控制系统方块图如下图所示。（中科院考试题）

R(s)K10.251ssY(s)tKs

（1） 确定是闭环系统稳定的参数KKt的取值范围； 习题及答案

页脚内容9 （2） 若要求：系统的最大超调量为10%，调整时间为1.5秒（5%的误差带），试确定参数K和Kt的值。

13、解：(1)由结构图求闭环传递函数，应用劳斯判据K Kt>1

(2)由超调量求，由调节时间求n，对比传递函数标准型求得K及Kt。

14、（南航考试题）系统结构如图所示，()(1)KGssTs，

定义误差()()()etrtct。

试求：（1）若希望（a）图中，系统所有的特征根位于s平面s=-2的左侧，且阻尼比为0.5，求满足条件的K、T的取值范围。

（2）求（a）图中系统的单位斜坡输入下的稳态误差。

（3）为了使稳态误差为零，让斜坡输入先通过一个比例微分环节，如图（b）中所示，试求出合适的K0值。

R(s)G(s)C(s)R(s)C(s)01KsG(s)(a)(b)

14、解：（1）由劳斯稳定判据求得。1ss2

（2）sse1K

（3）02Ts1KKERsCssTssKs

0sss001KKelimsEs0KK1K

15、设单位负反馈系统开环传递函数为210()4100kGssss。

（武汉科技考研题）

求（1）写出系统开环幅频、相频特性表达式；