机械工程控制基础期末试卷答案
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机械工程控制基础
机械工程控制基础模拟卷
一、选择题
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,求系统的输出响应
2. 已知机械系统的传递函数为,44)(2sssG则系统的阻尼比、增益和放大系数是;
A. , 1, 1 B. ,4,1 C. ,4,4 D. ,1,4
3. 弹簧-质量-阻尼系统的传递函数为1/ms2+cs+k,则系统的无阻固有频率ωn为
Amk Bkm Cmc Dcm
4. 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
5.微分环节反映了输入的变化趋势,可以应用于 ;
A. 增加系统阻尼
B. 减小系统阻尼
C. 减弱噪声的作用
D. 减小稳态误差
6. 系统方块图如图所示,其开环传递函数GkS是
A 5S/3S+1 B 3S+1/5S
C 1/5S3S+1 D 5/S3S+1 7.系统的输出误差为et,其稳态误差为：
A )(lim10ssEs B )(lim0sEs
C )(limsEs D )(lim1ssEs
8. 比例环节的对数幅频特性曲线是一条 ;
A.水平线 B.垂直线 C.斜率为-20db/dec的直线 D.斜率为-10db/dec的直线
9. 所谓校正又称补偿是指
A、加入PID校正器 B、在系统中增加新的环节或改变某些参数
C、使系统稳定 D、使用劳斯判据
10. PI校正属于下面哪种校正方法：
A相位超前校正 B 相位滞后校正
C相位滞后超前校正 D无法确定
二、 填空题
1. 设计控制系统基于以下几个要求： 、 和 ;
2. 传递函数可定义为：在外界输入作用前,输入、输出的初始条件
为 时,线性定常系统的 与 之比;
3. 当阻尼比ξ大于0小于1时,系统称为 系统,当阻尼比ξ=0时,系统称为
系统,当阻尼比ξ=1时, 系统称为 系统,当阻尼比ξ大于1时系统称为
系统;
三、计算题
1. 列出如右图所示的系统的微分方程,并推出传递函数; G1(s)G2(s)+-G3(s)++H2(s)H1(s)+-图 4
2. 化简图示系统框图,并写出其传递函数
3. 已知传递函数如下图所示,求单位阶跃响应的最大超调量Mp和峰值时间tp
4.已知单位反馈系统的开环传递函数为:
)5)(1(500)(ssssGK,求单位阶跃和单位斜坡函数输入作用下的稳态误差
5. 已知某系统的特征方程为s4+s3+4s2+6s+9=0,试判别其系统的稳定性
6. 试绘制下列传递函数的Bode图;
)12()2(5)(2ssssG
一. 填空题每小题分,共25分
1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 和 ; 2． 按系统有无反馈,通常可将控制系统分为 和 ;
3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 、 等;
4． 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度,它用来衡量系统 的程度;
5． 一阶系统11Ts的单位阶跃响应的表达是 ;
6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 ;
7． 频率响应是线性定常系统对 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 的类型有关;
9． 脉冲信号可以用来反映系统的 ;
10. 阶跃信号的拉氏变换是 ;
二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统10分
电压放大功率放大可逆电机+-自偶调压器~220VUf+给定毫伏信号+-电炉热电偶加热器UeUg炉温控制系统减速器-
图1 炉温控制结构图
试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成,且画出原理方框图,说明其工作原理;
三、如图2为电路;求输入电压iu与输出电压0u之间的微分方程, 并求该电路的传递函数10分
Ru0uiCu0uiR(a)(b)
图2
四、求拉氏变换与反变换 10分
1． 求[0.5]tte5分
2． 求13[](1)(2)sss5分
五、化简图3所示的框图,并求出闭环传递函数10分
G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)H2(S)Xi(S)XO(S)
图3
六、图4示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力)(tf组成的机械动力系统;图4a中)(txo是输出位移;当外力)(tf施加3牛顿阶跃力后恒速信号,记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如图4b所示;试求：
1该系统的微分方程数学模型和传递函数；5分
2该系统的自由频率n、阻尼比；2分
3该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k；3分
4时间响应性能指标：上升时间st、调整时间rt、稳态误差sse5分;
f(t)mckx0(t)1.0042t0.095x0
图4a 机械系统 图4b响应曲线
图4
七、已知某系统是单位负反馈系统,其开环传递函数1510sGk,则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号斜坡信号作用下的稳态误差sse分别是多少
10分
八、设有如图5所示的反馈控制系统,试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围10分;
()iXs×-0()Xsk(s1)(s5)()Xs1Ts1s
图5
二. 填空题每小题2分,共20分
10． 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;
11．
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 ;
12． 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;
13． 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;
14．
一阶系统11Ts的单位阶跃响应的表达是/1tTe;
15． 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;
16． 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应;
17． 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;
18． 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． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统10分
电压放大功率放大可逆电机+-自偶调压器~220VUf+给定毫伏信号+-电炉热电偶加热器UeUg炉温控制系统减速器-
图1 炉温控制结构图
试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成,且画出原理方框图,说明其工作原理;
解答：输出量：炉温;输入量：给定电压信号;被控对象：电炉;
系统包括：电位器、放大器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶;
原理方框图：
三．如图2为电路;求输入电压iu与输出电压0u之间的微分方程,并求出该电路的传递函数;10分
图2
解答：跟据电压定律得
Ru0uiLCu0uiCu0uiR(a)(b)(c)0022002211()1iiudtuuRCdudududtRCdtdtRCsGsRCs
