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机械工程控制基础期末试卷+答案

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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）
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）
图2
四、求拉氏变换与反变换 (10分)

1． 求[0.5]ttel（5分）

2． 求
13[](1)(2)sss

l

（5分）

五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）
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
)(tx
o

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）。
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1510sGk，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）。
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）
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

3． 求[0.5]ttel

解答：2112(1)ss

4． 求
13[](1)(2)sss

l

解答：=t236tete
六、 化简框图，并求出闭环传递函数
图4
解：
七、图示机械系统由质量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(a)中
)(tx
o

是输出位移。当外力)(tf施加3牛顿阶跃力后，记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如（b）图所
示。试求：
1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(4分)
2）该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k；（3分）

3）时间响应性能指标：上升时间st、调整时间rt、振荡频数N、稳态误差sse（5分）。
图(a) 机械系统 图（b）响应曲线
解答：
解：1）
对于该系统有：

故
2）
求k 由Laplace变换的终值定理可知：

而0x=，因此k=3.

求m， 由%100000xxtxMpp得：

Xi(s
)

Xo(s
)

H1/G3
Xi(s
)

Xo(s
)

_ _

G1 G2 G3
H2
H1/G3
Xi(s) Xo(s
)

_ _
+
又由式%10021eMp求得=

将,2pt代入21ndpt中，得n=。

再由2nmk求得m=。
求c 由mcn2，求得c=.
3）求st

nst


3

(取=时)

nst4 (取=时)
求rt
21arctan
drt

求N

取=时，215.1N=

取=时，212N =
求sse
当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为：
对于0型系统 1KKp，代入式中求得：

sse=
八、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数1510sGk，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和
单位恒速信号作用下的sse分别是多少？（8分）
解答：该系统为单位负反馈且为0型系统，k=11, 所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的sse分
别是111、?。
在单位脉冲信号作用下的稳态误差为
九、设有如图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

解答：k()(s1)(s5)kGss

系统的特征方程：(s1)(s5)k0s
可展开为：32s5sk0s
列出劳斯数列：
k>0,30-k>0
<0k<30

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（完整版）大工《机械工程控制基础》期末考试复习题

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（完整版）⼤⼯《机械⼯程控制基础》期末考试复习题⼤⼯2018年春《机械⼯程控制基础》期末考试复习题⼀、单项选择题（本⼤题共40⼩题，每⼩题2分，共80分）1、当⼆阶系统传递函数的极点分布在s 平⾯的虚轴上时，系统的阻尼⽐ζ为（）。

A ．ζ<0 B ．ζ=0 C ．0<ζ<1 D ．ζ≧12、已知函数1()()s F s s s a +=+，则()f t 的终值()f ∞=（）。

A ．0B ．∞C ．aD ．1/a3、某系统的传递函数2100()12100G s s s =++，则⽆阻尼⾃然频率n ω等于（）。

A ．10rad/sB ．0.1rad/sC ．1rad/sD ．0.01rad/s 4、作为⼀个控制系统，⼀般来说（）。

A ．开环不振荡B ．闭环不振荡C ．开环⼀定振荡D ．闭环⼀定振荡5、系统不稳定时，其稳态误差为（）。

A ．+∞B ．-∞C ．0D ．以上都不对6、⼀阶单位反馈系统的开环传递函数为G s Ks s K ()()=+，则该系统稳定的K 值范围为（）。

A ．K ＞0B ．K ＞1C ．0＜K ＜10D ．K ＞－17、某⼀系统的稳态加速度误差为⼀常数，则该系统为（）系统。

A ．0型B ．I 型C ．Ⅱ型D ．以上选项都不对8、以下关于系统稳态偏差的说法正确的是（）。

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输⼊和⼲扰C ．稳态偏差与系统结构、参数、输⼊和⼲扰等有关D ．系统稳态偏差为09、在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输⼊，两者之间的传递函数是（）。

A ．⽐例环节 B ．积分环节 C ．惯性环节 D ．微分环节 10、⾃动控制系统的反馈环节中必须具有（）。

A ．给定元件B ．检测元件C ．放⼤元件D ．执⾏元件 11、在阶跃函数输⼊作⽤下，阻尼⽐（）的⼆阶系统，其响应具有减幅振荡特性。

A ．ζ＝0 B ．ζ>1 C ．ζ＝1 D ．0<ζ<1 12、⼀阶系统的传递函数为G s KTs ()=+1，则该系统时间响应的快速性（）。

期末复习题机械控制工程考试试题与答案

期末复习题机械控制工程考试试题与答案

8.某系统的传递函数为 G(s)二亠，则该系统的单位脉冲响应函数为(2tA. 5e 复习题参考答案•、单项选择题1.开环系统与闭环系统最本质的区别是( A ) A.开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用 B. 开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用 C. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路 D. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路 0 < t V 5 ，则 L[f(t)] t > 5 2.若 f(t) -se A.- s 1C.—s 3.已知f(t) 2 A. s 05s 1 1 C. 2-'- 2s s _5s e B.—— s 1 5s D. - e sB. 05s 21 D.— 2s 4. 若 f(t)二 te^，则 L[f(t)]二(B 1 A.- s2 1 C.-s-25. 线性系统与非线性系统的根本区别在于( 1 B. 2 (s 2)2 1 D. 2 (S-2)) A. 线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数 B. 线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入C. 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理D. 线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少 6. 系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数为( B ) 10 A. -5s 1 20s B. - 5s 1 10 R(s) 10 5s 1C(s)C. - 2s(5s 1)D. 2s 7.二阶系统的极点分别为 s 1 - -05,S 2 - -4，系统增益为5,则其传递函数为( D )2 2 A.- (s_05)(s_4) 5C.(s 05)(s 4)B.- (s 05)(s 4) 10D. (s 05)(s 4)B.5t2tC.5eD .59. 二阶欠阻尼系统的上升时间 t r 定义为(C ) A. 单位阶跃响应达到稳态值所需的时间 B. 单位阶跃响应从稳态值的10%上升到90%所需的时间 C. 单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值时所需的时间 D. 单位阶跃响应达到其稳态值的 50%所需的时间 10. 系统类型 A. 系统型次B. 系统型次C. 系统型次D. 系统型次 ，、开环增益K 对系统稳态误差的影响为( ■越高，开环增益 ■越低，开环增益 ■越高，开环增益 ■越低，开环增益 K K K K 11. 一系统的传递函数为 G(s)A ) 越大，系统稳态误差越小 越大，系统稳态误差越小 越小，系统稳态误差越小 越小，系统稳态误差越小 K Ts 1 ，则该系统时间响应的快速性( CA.与K 有关 C.与T 有关12. 一闭环系统的开环传递函数为 G(s) B.与K 和T 有关D.与输入信号大小有关 8(s 3) ，则该系统为(s(2s 3)(s 2) A.0型系统，开环增益为 8 B.I 型系统，开环增益为 C 」型系统，开环增益为 4D.0型系统，开环增益为 13.瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的( A.单位脉冲函数 C.单位正弦函数B.单位阶跃函数 D.单位斜坡函数14. 二阶系统的传递函数为 G(s)厂2 Ks 2+2S+1 •增大 '减小 '减小 •增大 ) A. 无阻尼自然频率 B. 无阻尼自然频率 C. 无阻尼自然频率 D. 无阻尼自然频率 ■■n 增大，阻尼比 ■■n 增大，阻尼比 -■ n 减小，阻尼比「n 减小，阻尼比B ，当K 增大时，其( 15.所谓最小相位系统是指( A. 系统传递函数的极点均在 B. 系统开环传递函数的所有零点和极点均在 C. 系统闭环传递函数的所有零点和极点均在D. 系统开环传递函数的所有零点和极点均在10 S 平面左半平面 S 平面左半平面 S 平面右半平面 S 平面右半平面 16. 一系统的传递函数为 G(s)Q ，则其截止频率为(A ) A. 2 rad /s C.5 rad / sB.0.5 rad/s D.10 rad/s 17. 一系统的传递函数为 G(s) s(Ts 1) ，则其相位角 0 )可表达为(A. -tg ■ C. 90 -tg ^T ■B. -90 -tg^T ■ D. tg ^T -18. 一系统的传递函数为 G(s) 土，当输入「⑴皿时，则其稳态输出的幅值为(A )A. 2iB. 2 / 2C.2A.稳定性降低 B.频宽降低 C.阶跃输入误差增大 D.阶跃输入误差减小20. 一单位反馈系统的开环 Bode 图已知，其幅频特性在低频段是一条斜率为 -20dB/dec的渐近直线，且延长线与 0dB 线的交点频率为•■c =5，则当输入为r （t ）=05t 时，其稳态误差为（A ）A. 开环传递函数零点在B. 开环传递函数零点在C. 闭环传递函数零点在D. 闭环特征方程的根在 22. 关于劳斯一胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据，以下叙述中正确的是（B ）A. 劳斯一胡尔维茨判据属代数判据，是用来判断开环系统稳定性的B. 乃奎斯特判据属几何判据，是用来判断闭环系统稳定性的C. 乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的D. 以上叙述均不正确23. 以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是（ D ） A.截止频率「b B.谐振频率与谐振峰值M r C.频带宽度D.相位裕量与幅值裕量kgA. K > 0 C. 0 v K V 10 25. 对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系， 以下叙述中不正确的有 （A ） A. 开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性B. 中频段表征了闭环系统的动态特性C. 高频段表征了闭环系统的抗干扰能力D. 低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求 26. 以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为（ D ） A. 上升时间t r B.调整时间t sB. 增大稳态误差C. 减小稳态误差D. 稳态误差不变，响应速度降低As +128.串联校正环节 G c （s ），关于A 与B 之间关系的正确描述为（A ）19. 一单位反馈系统的开环传递函数为能的影响是（A ）G(s)=K s(s 1)(s 2)，当K 增大时，对系统性能D.4A. 0.1 C.0 21. 利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性B. 0.2 D. 0.5 Z = P - N 中的Z 表示意义为（D ） S 左半平面的个数 S 右半平面的个数 S 右半平面的个数 S 右半平面的个数24. 一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)二则该系统稳定的s(s K)K 值范围为（A ）B.K > 1 D. K >- 1C.幅值穿越频率D.相位穿越频率■ 'g 27.当系统采用串联校正时，校正环节为响是（D ）G c (s)s 1 2s 1则该校正环节对系统性能的影A.增大开环幅值穿越频率Bs + 1A.若G c（s）为超前校正环节，则 A > B > 0B. 若G c (s)为滞后校正环节，贝U A > B > 0C. 若G c (s)为超前一滞后校正环节，则 A 丰BD. 若G c (s)为PID 校正环节，则 A=0, B >0 29.适合应用传递函数描述的系统是： (A )A 、 单输入，单输出的线性定常系统；B 、 单输入，单输出的线性时变系统；C 、 单输入，单输出的定常系统；D 、 非线性系统。

2022年大连理工大学期末考试《机械工程控制基础》复习参考题

2022年大连理工大学期末考试《机械工程控制基础》复习参考题

（3）快速性：当系统输出量与给定量之间产生偏差时，消除这种偏差过程的快速程度。
2、用极坐标图表示频率特性的优缺点是什么？
答：
（1）极坐标图表示频率特性的优点：
在一幅图上同时给出了系统在整个频率域的实频特性、虚频特性、幅频特性和相频特性。它比较简洁直观地表明了系统的频率特性。
（2）缺点：
不能明显地表示出系统传递函数中各个环节在系统中的作用，绘制较麻烦。
对数幅频特性曲线与横坐标轴相交处的频率称为幅值穿越频率。
15、函数框图
把元件或环节的传递函数写在框图单元内，并用表明信号传递方向的箭头将这些框图单元连接起来，主要用来说明环节特性、信号流向及变量关系，便于分析系统。
16、时变系统
描述系统微分方程的系数随时间变化的系统，称为时变系统。
17、时间响应
控制系统在典型输入信号的作用下，输出量随时间变化的函数关系称为系统的时间响应。
23、采样系统或离散系统
如果在系统中，计算机参与工作时，环节之间所传递的信息除了有连续信号外，还有离散信号，这样的系统称为采样系统或离散系统。
24、自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制器使生产过程或被控制对象的某一物理量自动地按照预定的规律运行。
25、系统：由相互联系、相互作用的若干部分构成且具有一定运动规律的一个有机整体。
3、用波德图表示频率特性的优点是什么？
答：
（1）可将串联环节幅值的乘、除，化为幅值的加、减。因而简化了计算与作图过程。
（2）可用近似方法作图。先分段用直线作出对数幅频特性的渐近线，再用修正曲线对渐近线进行修正，就可得到较准确的对数幅频特性图。这给作图带来了很大方便。
（3）可分别作出各个环节的波德图，然后用叠加方法得出系统的波德图，并由此可以看出各个环节对系统总特性的影响。
机械控制工程基础复习题及参考答案

机械控制工程基础复习题及参考答案

机械控制工程基础复习题及参考答案Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT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)=s1，则其频率特性幅值M(ω)=A. ωKB. 2K ω C. ω1D.21ω6. 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 1B.22s ω+ωC.22s s ω+D. 22s 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)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A ．代数方程B ．特征方程C ．差分方程D ．状态方程14. 主导极点的特点是 A.距离实轴很远 B.距离实轴很近 C.距离虚轴很远 D.距离虚轴很近15．采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其等效传递函数为A ．)s (G 1)s (G +B ．)s (H )s (G 11+C ．)s (H )s (G 1)s (G +D ．)s (H )s (G 1)s (G -二、填空题：1．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__ __。