機(jī)械工程控制基礎(chǔ)02240

第 1 頁 全國 2001 年 10 月 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試題 課程代碼： 02240 第一部分 選擇題 一、 單項(xiàng)選擇題（本大題共 30 小題，每小題 1 分，共 30 分）在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。 1. 開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)最本質(zhì)的區(qū)別是（ ） 環(huán)系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)有控制作用 環(huán)系統(tǒng)的輸入對(duì)系統(tǒng)有控制作用 環(huán)系統(tǒng)有反饋回路 環(huán) 系統(tǒng)也不一定有反饋回路 2. 若f t ) , 0 0 51 5 ，則Lf t ()（ ） sB.e s ss e 已知f t t() . , 05 1其Lf t ()（ ） A. s s052. 2s s下列函數(shù)既可用初值定理求其初始值又可用終值定理求其終值的為（ ） 52s 6s s 5. 若f t te t( ) 2，則Lf t ()（ ） s )s s )s 6. 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)的根本區(qū)別在于（ ） 非線性系統(tǒng)微分方程的系數(shù)為時(shí)變函數(shù) 第 2 頁 非線性系統(tǒng)有多個(gè)外加輸入 線性系統(tǒng)不滿足迭加原理 非線性系統(tǒng)在實(shí)際中存在較少 7. 系統(tǒng)方框圖如圖示，則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（ ） s 1s s( )D. s 8. 二階系統(tǒng)的極點(diǎn)分別為s 05 4 .,，系統(tǒng)增益為 5，則其傳遞函數(shù)為（ ） 4( . )( )s s 4( . )( )s s 4( . )( )s s 4( . )( )s s 9. 某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 2s5)s(G ，則該系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)函數(shù)為（ ） A. 52e tB. 5t C. 52t 10. 二階欠阻尼系統(tǒng)的上升時(shí)間 ） 0%上升到 90%所需的時(shí)間 0%所需的 時(shí)間 11. 系統(tǒng)類型 、開環(huán)增益 ） 高，開環(huán)增益 K 越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小 越低，開環(huán)增益 K 越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小 高，開環(huán)增益 K 越小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小 越低，開環(huán)增益 K 越小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小 12. 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G s ) 1，則該系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的快速性（ ） 有關(guān) 和 T 有關(guān) 有關(guān) 第 3 頁 13. 一閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G s ss s s( ) ( )( )( ) 8 32 3 2，則該系統(tǒng)為（ ） 系統(tǒng)，開環(huán)增益為 8 系統(tǒng)，開環(huán)增益為 8 系統(tǒng)，開環(huán)增益為 4 系統(tǒng)，開環(huán)增益為 4 14. 瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)是根據(jù)哪一種輸入信號(hào)作用下的瞬態(tài)響應(yīng)定義的（ ） s Ks s( ) 22 12，當(dāng) K 增大時(shí)，其（ ） 尼比增大 尼比減小 尼比減小 尼比增大 16. 所謂最小相位系統(tǒng)是指（ ） 平面左半平面 平面左半平面 平 面右半平面 平面右半平面 17. 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G s s( ) 102，則其截止頻率 ） A. 2 18. 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G s s( ) ( ) 1，則其相位角( )可表達(dá)為（ ） A. 1 B. 90 1 19. 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G s s( ) 2 2，當(dāng)輸入rt t() 2時(shí) ，則其穩(wěn)態(tài)輸出的幅值為（ ） A. 2 B. 2 2/ 0. 延時(shí)環(huán)節(jié)e s ( )0，其相頻特性和幅頻特性的變化規(guī)律是（ ） A. ( ) , ( ) 90 0第 4 頁 B. ( ) , ( ) L 1. ( ) , ( ) 90 . ( ) , ( ) L 01. 一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G s Ks s s( ) ( )( ) 1 2，當(dāng) K 增大時(shí)，對(duì)系統(tǒng)性能能的影響是（ ） 22. 一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán) 已知，其幅頻特性在低頻段是一條斜率為 20dB 漸近直線，且延長線與 0的交點(diǎn)頻率為c5，則當(dāng)輸入為rt t() .05時(shí)，其穩(wěn)態(tài)誤差為（ ） 23. 利用乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)， 中的 Z 表示意義為（ ） 左半平面的個(gè)數(shù) 右半平面的個(gè)數(shù) 右半平面的個(gè)數(shù) 右半平面的個(gè)數(shù) 24. 關(guān)于勞斯 胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)和乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)，以下敘述中正確的是（ ） 胡爾維茨判據(jù)屬代數(shù)判據(jù)，是用來判斷開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的 用來判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的 ） 幅值裕量 6. 一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G s Ks s K( ) ( ) ，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的 K 值范圍為（ ） 0 1 K 10 D. K 1 27. 對(duì)于開環(huán)頻率特性曲線與閉環(huán)系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，以下敘述中不正確的有（ ） 保證穩(wěn)態(tài)誤差的要求 28. 以下性能指標(biāo)中 不能反映系統(tǒng)響應(yīng)速度的指標(biāo)為（ ） g 第 5 頁 29. 當(dāng)系統(tǒng)采用串聯(lián)校正時(shí)，校正環(huán)節(jié)為G s ) 12 1，則該校正環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)性能的影響是（ ） 應(yīng)速度降低 30. 串聯(lián)校正環(huán)節(jié)G s ) 11，關(guān)于 A 與 B 之間關(guān)系的正確描述為（ ） c(s)為超前校正環(huán)節(jié)，則 A B 0 c(s)為滯后校正環(huán)節(jié)，則 A B 0 c(s)為超前 滯后校正環(huán)節(jié)，則 A B c(s)為 正環(huán)節(jié)，則 A=0， B 0 第二部分 非選擇題 二 、填空題（本大題共 5 小題，每小題 2 分，共 10 分） 是對(duì)于線性定常系統(tǒng) ,在 的條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與 之比。 狀態(tài)到 狀態(tài)的響應(yīng)過程。 ，即系統(tǒng)的特征根必須全部在 是系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。 系統(tǒng)G s Ks s( ) ( ) 2在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài) 誤差為 ，在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為 。 的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，頻率特性包括 兩種特性。 三、簡(jiǎn)答題（共 16 分） 2s s ，試在左圖中標(biāo)出系統(tǒng)的特征根在 S 平面上的位置，在右圖中標(biāo)出單位階躍曲線。 們反映系統(tǒng)哪些方面的性能？ 定義、計(jì)算公式，并在極坐標(biāo)上表示出來。 四、計(jì)算題（本大題共 6 小題，共 44 分） 40.（ 7 分）機(jī)械系統(tǒng)如圖所示，其中，外力 f(t)為系統(tǒng)的輸入，位移 x(t)為系統(tǒng)的輸出， m 為小車質(zhì)量， k 為彈簧 第 6 頁 的彈性系數(shù)， B 為阻尼器的阻尼系數(shù)，試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（忽略小車與地面的摩擦）。 41.（ 7 分）已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖，試求傳遞函數(shù)C sR s( )( )及C sN s( )( )42.（ 7 分）系統(tǒng)如圖所示，rt t() 1為單位階躍函數(shù)，試求： 1. 系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然頻率動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：超調(diào)量 調(diào)節(jié)時(shí)間)543.（ 8 分）如圖所示系統(tǒng)，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定且在單位斜坡輸入下K 的數(shù)值。 44.（ 7 分）已知開環(huán)最小相位系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性如圖所示。 1. 寫出開環(huán)傳遞函數(shù) G(s)的表達(dá)式； 2. 概略繪制系統(tǒng)的乃奈斯特圖。 第 7 頁 45.（ 8 分）已知單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)W s s( ) 2 3，試求系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量 國 2001 年 10 月 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試題參考答案 課程代碼： 02240 一、 單項(xiàng)選擇題（本大題共 30 小題，每小題 1 分，共 30 分） 、 填空題（本大題共 5 小題，每空 1 分，共 10 分） 輸入量的拉氏變換 最終狀態(tài) 復(fù)平面的左半平面 幅頻和相頻 三、 簡(jiǎn)答題（本大題共 4 小 題，共 16 分） 8 頁 延遲時(shí)間 上升時(shí)間 峰值時(shí)間 超調(diào)量 調(diào)節(jié)時(shí)間 映系統(tǒng)的快速性 映系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。 開環(huán)頻率特性幅值為 1 時(shí)對(duì)負(fù)實(shí)軸的相位差值。即從原點(diǎn)到奈氏圖與單位圓交點(diǎn)的連線與負(fù)實(shí)軸的夾角。 計(jì)算公式： )(180 c在極坐標(biāo)下表示為 增加相位余量，提高穩(wěn)定性 增加幅值穿越頻率 c，提高快速性 增加高頻增益（或高通濾波器），抗干擾能力下降。 四、計(jì)算題（本大題共 6 小題，共 44 分） 22t(t(f )t(f)t(2 拉氏變換得：（零初始條件） )s(F)s(KX)s(s(s(F )s(X 2 41. 22121211211 2211221 G)s(R )s(C 1211 11P 2211212 G1)s( 42. 1 )2s(s)2S( 第 9 頁 001p )s(3t s(s)s(D 232 由勞斯判據(jù)： 一列系數(shù)大于零，則系統(tǒng)穩(wěn)定得 54 又有： 得： K 4 4 K 54 44. 1)1 0 0s)( 0)11 0 0s)(sK)s(G100 s2)s(s(W)s(G 112|)j(G|2，解得3c 12 06018 0)(18 0 g 10 頁 浙江省 2002 年 1 月 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試題 課程代碼： 02240 一、單項(xiàng)選擇題 (在每小題的四個(gè)備選答案中，選出一個(gè)正確答案，并將正確答案的序號(hào)填在題干的括號(hào)內(nèi)。每小題1 分，共 30 分 ) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的問題，稱為 ( ) D. ) 3.( )=1s a,(a 為常數(shù) ) A. L e B. L C. L e (t a) D. L e (t+a) =( ) A. 12 3( )s B. 1a s a( )C. 22 3( )s D. (s)=42 1s，則 ( )=( ) A. 4 B. 2 C. 0 D. f(t)=a 為實(shí)數(shù) )，則 Lf t )0 =( ) A. as aB. 1a s a( )C. 1s s a( )D. 1a s a( ) 第 11 頁 7.f(t)=3 20 2 ，則 L f(t) =( ) A. 31 2s e sC. 3 2s e sD. 3 2s e 0 0 0() () () ()x t x t x t ,它是 ( ) (s)=e 2s，它是 ( ) ) A. 1 1. C. D. (s)=34 1002s s ,其無阻尼固有頻率 n 是 ( ) A. 10 B. 5 C. D. 25 單位脈沖響應(yīng)曲線在 t=0 處的斜率為 ( ) A. C. D. (s)= 1,則其單位階躍響應(yīng)函數(shù)為 ( ) A. 1T e /C. K(1 e t/T) D. (1 e ) ) A. 0 B. C. D. (s)=e s 的相頻特性 G(等于 ( ) A. B. 它對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù) G(s)為 ( ) A. 1+ B. 11 12 頁 C. 1(1+ ) A. . 11 1+. 1設(shè) 系 統(tǒng) 的 特 征 方 程 為D(s)=40s+40 =0，則此系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍為 ( ) A. 0 B. 014 D. r D. 兩者無關(guān) ) B. D. 在頻率 c=4 處提供最大相位超前角的是 ( ) A. 4 11B. 14 1C. 01 10625 1. s sD. 0625 101 1. . 上，已知其剪切頻率 c 40，則下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中能在基本保持原系統(tǒng)穩(wěn)定性及頻帶寬的前提下 ，通過適當(dāng)調(diào)整增益使穩(wěn)態(tài)誤差減至最小的是 ( ) A. 0004 1004 1. B. 0 4 14 1. C. 4 1101D. 4 10 4 1空題 (每小題 2 分，共 10 分 ) _和 _ s 5 4 ，則該閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為 _開環(huán)增益為 _ 調(diào)整時(shí)間 阻尼比、 _和 _有關(guān)。 )與對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖 ( )之間對(duì)應(yīng)關(guān)系為：極坐標(biāo)圖上的單位圓對(duì)應(yīng)于 上的 _；極坐標(biāo)圖上的負(fù)實(shí)軸對(duì)應(yīng)于 上的 _。 _有關(guān)，與 _無關(guān)。 三、簡(jiǎn)答題 (共 16 分 ) 1.(4 分 )已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為24 32s s ，求系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)表達(dá)式。 2.(4 分 )已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Ks s( )7 1，試問該系統(tǒng)為幾型系統(tǒng) ?系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值為多少 ? 3.(4 分 )已知二階欠阻尼系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下，如果將阻尼比增大 (但不超過 1)，請(qǐng)用文字和圖形定性說明其單位階躍響應(yīng)的變化。 4.(4 分 )已知各系統(tǒng)的零點(diǎn) (o)、極點(diǎn) (x)分布分別如圖所示，請(qǐng)問各個(gè)系統(tǒng)是否有非主導(dǎo)極點(diǎn)，若有請(qǐng)?jiān)趫D上標(biāo)出。 四、計(jì)算題 (本大題共 6 小題，共 44 分 ) 第 14 頁 1.(7 分 )用極坐標(biāo)表示系統(tǒng)14 2 12s s 的頻率特性 (要求在、 =0、 = n 等點(diǎn)準(zhǔn)確表示，其余定性畫出 ) 2.(7 分 )求如下系統(tǒng) R(s)對(duì) C(s)的傳遞函數(shù)，并在圖上標(biāo)出反饋通道、順饋通道。 3.(6 分 )已知系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器為 G 4 3 41 1 0( ) ( )( ), 、問是否可以稱其為 4.(8 分 )求如圖所示機(jī)械網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，其中 X 為輸入位移， Y 為輸出位移。 5.(10 分 )已知單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為401 1 001 1s s s( . )( . ) ，請(qǐng)繪出頻率特性對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖 ( )，并據(jù)圖評(píng)價(jià)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能 (要說明理由 )。 6.(6 分 )請(qǐng)寫出超前校正裝置的傳遞函數(shù)，如果將它用于串聯(lián)校正，可以改善系統(tǒng)什么性能 ? 浙江省 2002 年 1 月機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試題參考答案 課程代碼： 02240 一、單項(xiàng)選擇題 (每小題 1 分，共 30 分 ) 、填空題 (每小題 2 分，共 10 分 ) s+K=0， 第 15 頁 貝線 180 三、簡(jiǎn)答題 (共 16 分 ) 11 132s s s s g(t)=e t e 3t,t 0 2.型；穩(wěn)態(tài)值等于 1 調(diào)節(jié)時(shí)間減小 (大體上 )； 4. 無非主導(dǎo)極點(diǎn)； 非主導(dǎo)極點(diǎn)； 非主導(dǎo)極點(diǎn) 四、計(jì)算題 (共 44 分 ) 點(diǎn) =0 點(diǎn) n=