机械工程控制试卷(共六套)
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2005年10月全国自考机械工程控制基础试卷 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. 0.25, 1, 1 B. 0.5,4,1 C. 0.25,4,4 D. 0.5,1,4 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Gk(S)是（ ） A 5S/(3S+1) B (3S+1)/5S C 1/[5S(3S+1)] D 5/[S(3S+1)] 7.系统的输出误差为e(t)，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2.5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
~220V
Uf
+给定毫伏信号
+-
电炉热电偶加热器U
e
Ug
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]ttel（5分）
2． 求13[](1)(2)sssl
（5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4(a)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4（b）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sse（5分）。
f(t)mc
kx0(t)1.0
042t
0.095x0
图4(a) 机械系统 图4（b）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)()Xs
1Ts1
s
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
~220V
Uf
+给定毫伏信号
+-
电炉热电偶加热器U
e
Ug
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
四、求拉氏变换与反变换
Ru0uiLCu0uiCu0uiR(a)(b)
(c)0022002211()1ii
udtuuRCdudududtRCdtdtRCsGsRCs
3． 求[0.5]ttel 解答：2112(1)ss
4． 求13[](1)(2)sssl
解答：=t236tete
六、 化简框图，并求出闭环传递函数
G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)
H2(S)Xi(S)XO(S)
图4 解：
G1 G2 G3 H2
H1/G3 Xi(s) Xo(s)
_ _ +
2323211HGGGGG
H1/G3
Xi(s) Xo(s)
_ _
