机械控制工程基础第六章复习题 及 解答

《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.s21； B. 15.0+s ； C. 21+s ；D.21se 2- 2. )(tf 的拉氏变换为)2(6][+=s s s F ，则)(t f 为（ ）。

A. te23-； B. te21--； C. )1(32te--； 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.s55. 已知)52)(2(33)(22+++++=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. 0.36. 已知)45(32)(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. 37. 已知sn 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. )(1τn 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 e9. 已知t e t f t 2sin )(-=的拉氏变换为（ ）。

A.ses 2242-+ ； B. 4)4(22++s ； C.4)1(2++s s； D.se s s 224-+ 10. 图示函数的拉氏变换为（ ）。

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．，则A BC D4．已知，且，则A 0BCD 15．已知函数如右图所示，则A BCD6．某系统的传递函数为,其零、极点是A 零点，；极点B 零点，；极点C 零点；极点,D 没有零点；极点7．某典型环节的传递函数为,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，则系统的单位阶跃响应函数为A B C D10．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，且已分别测试得到：的幅频特性，相频的幅频特性，相频则ABCD13．已知,其相频特性为A BC D14．若系统的Bode图在处出现转折（如图所示），其渐近线由转到，这说明系统中有一个环节是A BCD15．设某系统开环传递函数为：，则此闭环系统A 稳定B 不稳定C 临界稳定D 满足稳定的必要条件16．为开环频率特性幅值等于1时的相位角，则相位裕度等于A BC D17．系统的开环对数坐标图（Bode图）与极坐标图（Nyquist图）之间的对应关系为A Bode图上的零分贝线对应于Nyquist图上的点B Bode图上的线对应于Nyquist图的负实轴C Bode图上的负分贝值对应于Nyquist图负实轴上区间D Bode图上的正分贝值对应于Nyquist图正实轴18．若已知某系统串联校正装置的传递函数为，其中则它是一种A 相位滞后—超前校正B 相位滞后校正C 相位超前校正D 相位超前—滞后校正19．从某系统的Bode图上，已知其剪切频率,则下列串联校正装置的传递函数中,能在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下，通过适当调整增益使系统稳态误差减至最小的是A BC D20．下列串联校正装置的传递函数中，能在频率处提供最大相位超前角的是A BC D二、简答题（1，2小题每题7分，3,4小题每题8分，共计30分）1．试求一阶系统的单位阶跃响应，画出近似响应曲线,并标出时间常数T的值.2．已知传递函数为，且，试绘制其极坐标近似图（Nyguist图）.3．某系统Bode图如下图（1）系统稳定与否?如果稳定,稳定程度如何？（2）在答题纸上重新画出该图，并标出相位余量、幅值余量、剪切频率，相位穿越频率。

一、填空题（每空1分，共20分）1•传递函数的定义是对于线性定常系统，在初始条件为零的条件下,系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

2•瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。

3.判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。

4.1型系统在单位阶跃输入下，稳态误差为_0_，在单位加速度输入下，稳态误差为乂。

5.频率响应是系统对正弦输入稳态响应,频率特性包括幅频和相频两种特性。

6.如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是（渐进）稳定的系统。

7.传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。

8.系统的稳态误差与输入信号的形式与系统的结构和参数或系统的幵环传递函数有关。

9.如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散（数字）控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。

10.反馈控制系统幵环对数幅频特性三频段的划分是以3C （截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳态性能 11. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、 快速性和精确或准确性。

二.设有一个系统如图1 所示，k 1=1000N/m, k 2=2000N/m,，当系统受到输入信号 X i （t ） 5sint 的作用时，试求系统的 三. 一个未知传递函数的被控系统，构成单位反馈闭环。

经过测试，得知 闭环系统的单位阶跃响应如图 2所示。

（10分） 问：（1）系统的幵环低频增益 K 是多少？ （5分）（2）如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统， 试写出其近似闭环 传递函数；（5分）k1 -------------------------------------------- 7/8 ---------------- ---------------- -------- 0.55 -------- /O 25msD=10N/(m/s) 稳态输出X o （t ） (15 分)X ik i Ds « k 2 Ds 仆2X 。

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(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%σ。

（1）a=0时，()()42G ss s=+，()2424ss sΦ=++，所以0.5,2nζω== rt=，pt=，%eσ=（2）确定0.7ζ=时的速度反馈常数a值，并确定ttr=)(时系统的稳态误差sse。

例I. 2 m G例 !. 2.=》刃 _ -恒祐的温虑拴初系址■试分倂越十.双统的衍动冊远梶》右饥，闪垃个豕眈"寸锄"5 诳、$命人X、立？WJ何却扰动乐各足令卜么亠m < m■・ 2. k >f»住锻乘佻•戶tn 淤尔T J J的总直Jfr 制安磁蚣他］・IR止匕.恒淘祁为叔支舞呦刃#尿，tti湖*A C9 纠呼海B?刃2丹初R C 疥统舲榆出姙》.诳刃 N。

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一、单选题1. t e 2-的拉氏变换为（ ）。

A.s21； B. 15.0+s ； C. 21+s ；D.21se 2- 2. )(tf 的拉氏变换为)2(6][+=s s s F ，则)(t f 为（ ）。

A. te23-； B. te21--； C. )1(32te--； 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.s55. 已知)52)(2(33)(22+++++=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. 0.36. 已知)45(32)(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. 37. 已知sn 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. )(1τn 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 e9. 已知t e t f t 2sin )(-=的拉氏变换为（ ）。

A.ses 2242-+ ； B. 4)4(22++s ； C.4)1(2++s s； D.se s s 224-+ 10. 图示函数的拉氏变换为（ ）。

1. 系统的传递函数_______.(3分)(A) 与外界条件无关(B) 反映了系统,输入,输出三者之间的关系(C) 完全反映了系统的动态特性(D) 与系统的初始状态无关参考答案：B2. 关于反馈的说法正确的是_______.(3分)(A) 反馈实质上就是信号的并联(B) 正反馈就是输入信号和反馈信号相加(C) 反馈是一种输入信号(D) 反馈是输出以不同方式对系统的作用参考答案：D3. 关于线性系统说法正确的是_______.(3分)(A) 都可以用传递函数表示(B) 只能用传递函数表示(C) 可以不用模型表示(D) 都是稳定的参考答案：C4. 开环控制系统的控制信号取决于_______.(3分)(A) 开环的实际输出(B) 系统的实际输出与理想输出之差(C) 输入与输出之差(D) 输入信号参考答案：D5. 关于叠加原理,说法正确的是_______.(3分)(A) 对于作用于系统同一点的几个作用,才能用叠加原理求系统的总输出(B) 叠加原理只适用于线性定常系统(C) 叠加原理只适用于线性系统(D) 叠加原理适用于所有系统参考答案：C6. 已知闭环系统传递函数方框图如下,则系统的传递函数为_______.(3分)(A)(B)(C)(D)参考答案：C7. 对于控制系统,反馈一定存在于_______中.(3分)(A) 开环系统(B) 线性定常系统(C) 闭环系统(D) 线性时变系统参考答案：C8. 传递函数为的环节是_______.(3分)(A) 惯性环节(B) 积分环节(C) 微分环节(D) 比例环节参考答案：B9. 函数图形如图，它的拉氏变换为_____.(3分)(A)(B)(C)(D)参考答案：B10. 以下几个系统属于线性定常系统的是_______.(3分)(A)(B)(C)(D)参考答案：C11. 以下传递函数为震荡环节的是_______。

(3分)(A)(B)(C)(D)参考答案：C12. 学习机械控制工程基础的目的之一是学会以_______的观点对待机械工程问题.(3分)(A) 动力学(B) 静力学(C) 经济学(D) 生物学参考答案：A13. 对控制系统的首要要求是_______.(3分)(A) 系统的经济性(B) 系统的准确性(C) 系统的稳定性(D) 系统的快速性参考答案：C14. 对于系统偏差，正确的说法是_____.(3分)(A) 稳态偏差只取决于系统的结构和参数(B) 稳态偏差只取决于系统的输入和干扰(C) 稳态偏差与系统的结构和参数，输入和干扰等有关(D) 系统稳态误差始终为零参考答案：C15. 已知系统方框图如下,则其传递函数不正确的是_______.(3分)(A)(B)(C)(D)参考答案：C16. 系统的传递函数,则其放大系数是_______.(4分)(A)(B)(C)(D) 无法确定参考答案：C17. 闭环控制的过程是_______.(3分)(A) 测量系统输出的过程(B) 检测系统偏差的过程(C) 检测系统偏差并消除偏差的过程(D) 使系统输出不变的过程参考答案：C18. 控制系统以不同尺度可分为不同类型,以下_______的分类是正确的.(3分)(A) 线性系统和离散系统(B) 开环系统和闭环系统(C) 自动控制系统和人工控制系统(D) 数字系统和模拟系统参考答案：B19. 线性定常系统的微分方程为: , 则系统的极点为____ ___.(4分)(A)(B)(C) ,(D) 以上都是参考答案：A20. 传递函数的零点,极点和比例系数分别是_______.(4分)(A) 零点为,极点为,比例系数为(B) 零点为,极点为,比例系数为(C) 零点为,极点为,比例系数为(D) 零点为,极点为,比例系数为参考答案：D21. 闭环控制系统中_______反馈作用.(3分)(A) 依输入信号大小而存在(B) 不一定存在(C) 必然存在(D) 一定存在参考答案：C22. 闭环控制系统中( )反馈作用。

机械控制工程基础课后答案(廉自生)(同名43)(总34页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--2-1什么是线性系统其最重要特性是什么答：如果系统的数学模型是线性的，这种系统就叫做线性系统。

线性系统最重要的特性，是适用于叠加原理。

叠加原理说明，两个不同的作用函数（输入），同时作用于系统所产生的响应（输出），等于两个作用函数单独作用的响应之和因此，线性系统对几个输入量同时作用而产生的响应，可以一个一个地处理，然后对它们的响应结果进行叠加。

2-2 分别求出图（题2-2）所示各系统的微分方程。

)()(t f t y km(a ))(t y )(t f 21k k m(b )c c 12m x x i o(c )1k 2k oix x c(d )ioc(e )解：)(a )()()(t f t ky t y m =+ )(b )()()()(21t f t y k k t y m =++⋅⋅⋅⋅+=-02010))((x c x m c x xc i 212110)()()()(K K s K K c csK s X s X d i ++= 02010)())((x K c x xK x x e i i =-+-⋅⋅2-3 求图（题2-3）所示的传递函数，并写出两系统的无阻尼固有频率nω及阻尼比ξ的表达式。

x ix ockm(a )Cu u oiLR(b )解：图)(a 有：mk s m c s m k s G ++=2)( m kn =ω mk C 2=ξ图)(b 有：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=++=⎰⎰idt C V idt C R L V i i i 110∴ LCs L R s LC s G 11)(2++=LC n 1=ω L C R 2=ξ 2-4 求图（题2-4）所示机械系统的传递函数。

图中M 为输入转矩，m C 为圆周阻尼，J 为转动惯量。

（应注意消去θθ ,及θ） x题2-4解：由已知可知输入量M 与输出量θ之间的关系为：M k C J m =++θθθ经拉氏变换后为：)()()(2s M k s s C s Js m =++θθθ∴ 222222/11)()()(nn n m m s Jk s J C s J k s C Js s M s s G ωξωωθ++=++=++==其中，J kn =ω JkC m 2=ξ2-5 已知滑阀节流口流量方程式为)/2(v ρωp x c Q =，式中，Q 为通过节流阀流口的流量；p 为节流阀流口的前后油压差；v x 为节流阀的位移量；c 为流量系数；ω为节流口面积梯度；ρ为油密度。

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、单选题1. e°t的拉氏变换为(2.A.3.4.A.5.6.1A. ；B. 2sf (t)的拉氏变换为0.5s 1F[s]二2t 2t3e ；B. 1 -e ；脉冲函数的拉氏变换为(A. 0;B. oo；s(s 2)C.，贝U f(t)为(D.1 -2se2C.C.f(t) =5、t ,贝U L[ f (t)]-B. 1已知F(s)已知F(s)A. 0;3(1 -e」)；常数;C. 0D.D.D.变量s23s 3s(s 2)(s22s 5)，其原函数的终值f(t)=(t 匚B. 0C. 0.6D. 0.3s22s 3s(s2 5s 4)，其原函数的终值f(t)二t- ■B. o ；C. 0.75D. 3word范文7. 已知F（s）二2sa _n se •其反变换f （t）为（A.a / 、(t - a .)；n .B. a (t - n .)；C.D.8. 已知F (s)s(s 1)，其反变换f（t）A. 1 -eB.C. 1 -e」；D. e」-19. 已知f(t) e'sin2t的拉氏变换为（A. B.22(s 4) 4C.s ；2 ；(s 1) 4D.s~~2s10.图示函数的拉氏变换为（)°A.a 1 s、y) ；B.1 s—-2(1-/)a sC.11.若 f （：：）=0,则F[s]可能是以下（（1 -e」）；1A. ；B.s -9C. D.1s2912.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. y(t) =x(t) LpG(s)］；word范文B. Y(s) =G(s) X(s)；C. X(s)二丫(s) G(s);D. y(t) =x(t) G(s)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) 为输出量的运动微分方程式可以对图中系统进行描述，那么这个微分方程的阶次是:（C. 3A. 1 ;B. D. 416. 二阶系统的传递函数为17.A.18.19.20.A.21.4s2；则其无阻尼振荡频率4s 1''n和阻尼比为（1A. 1 ,2传递函数时滞环节;B. 2 1 ；C. 2 , 2 ;D.Gs"JS表示了一个（B.阶系统的传递函数为tA. 1 -e 5;B.振荡环节;35s 1t3-3e^C. 微分环节;D. 惯性环节其单位阶跃响应为C.t5-5e^ D.已知道系统输出的拉氏变换为A.欠阻尼；B.■2,那么系统处于（过阻尼； C.临界阻尼; D. 无阻尼某一系统的速度误差为零，则该系统的开环传递函数可能是（K .Ts 1 ；B. ,C. -------------------- ；s(s a)(s b) s(s a)根据下列几个系统的特征方程，可以判断肯定不稳定的系统为（A. as3 bs2 cs d =0 ；B.D.Ks2 (s a)s4 as3 bs2-cs d = 0 ；word范文1122. 23. 24. C. as 4 bs 3 cs 2 ds e = 0 ；其中a 、b 、c 、d 、e 均为不等于零的正数。

1。

线性控制系统最重要的特性是可以应用原理，而非线性控制系统则不能。

2的偏差进行调节的控制系统。

3. 控制系统可分为控制系统、控制系统。

4. 控制系统、控制系统和控制系统. 5。

,其输入、输出关系常用差分方程来描述。

6。

控制系统可分为控制系统、控制系统。

7。

方程来描述。

8。

9。

.10 。

11. ，并且只适于零初始条件下的系统。

12。

,13。

14 。

的拉氏变换为 。

16．在单位斜坡输入信号作用下， 0 型系统的稳态误差 e = .17. I 型系统在单位阶跃输入下,。

18. 一阶系统的单位阶跃响应的表达是. 19和。

20。

.21．二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为.ss22。

二阶系统的阻尼比ξ为23。

之间的偏差称为误差。

24.25. 分析稳态误差时，将系统分为 0 型系统、 I 型系统、 II 型系统…，这是按开环传递函数26。

最常用27为。

28. ,29。

用频率法研究控制系统时，采用的图示法。

30．积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为dB／dec。

31．0 型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为dB/dec,高度为 20lgKp.32. ω从 0 变化到+∞时，惯性环节的频率特性极坐标图在象限，形状为33。

G(s)=的环节称为环节.3435。

反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ω (截止频率) 附近的区段为中频段，c。

36.二阶系统的阻尼系数ξ时，为最佳阻尼系数。

这时系统的平稳性与快速性都较理想。

37. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态,扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态,这样的系统是.38. ，即系统39。

当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是时，系统是稳定的.40。

函数 te-at 的拉氏变换为。

1．一阶系统 G(s) =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 BC．不变 D．不定2。

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 D.输入信号和初始条件3．惯性环节的相频特性，当时，其相位移为 [ C ]A．—270°B．—180°C D．0°4．设积分环节的传递函数为 G (s)=,则其频率特性幅值]A.B.C.D.5. 有一线性系统，其输入分别为 u (t) 和 u (t) 时，输出分别为 y (t)和 y (t)。