(電大復習)機電控制工程基礎（本）

1 機電控制工程基礎 期未復習試題 一、 選擇題 1. PI 校正為（ A ）校正 A 滯后 B. 超前 C 滯后超前 D 超前滯后 2. 一階系統(tǒng)的傳遞函數為11s,則其時間常數為 ( D ) A 0.5 B. 4 C. 2 D . 1 3系統(tǒng)的根軌跡（ A ） A起始于開環(huán)極點，終于開環(huán)零點 B 起始于閉環(huán)極點，終于閉環(huán)零點 C 起始于閉環(huán)零點，終于開環(huán)極點 D 起 始于開環(huán)零點，終于開環(huán)極點 4.一階系統(tǒng)的傳遞函數 為24 3s,則其時間常數為 ( C ) A 0.5 B. 4 C. 2 D . 1 5. 二階系統(tǒng)的超調量 % 。 ( A ) A. 只與 有關 B.與 無關 C.與 n 和 無關 C.與 n 和 都有關 6 勞斯穩(wěn)定判據能判斷（ A ）的穩(wěn)定性。 A線性定常系統(tǒng) B. 線性時變系統(tǒng) C 非線性系統(tǒng) D 任何系統(tǒng) 7已知)2( 1 sssF，其原函數的終值（ D ） A 0 B. C 0.75 D0.5 8、 已知線性 系統(tǒng)的輸入 x(t)，輸出 y(t)，傳遞函數 G(s)，則正確的關系是 B 。 A )()()( 1 sGLtxty ； B )()()( sXsGsY ； C )()()( sGsYsX ； D )()()( sGtxty 。 9、 設有一彈簧、質量、阻尼器機械系統(tǒng)，如圖所示，以外力 f(t)為輸入量，位移 y(t)為輸出量的運動微分方程式可以對圖中系統(tǒng)進行描述，那么這個微分方程的階次是：（ B ） A 1； B 2； C 3； D 4 10、二階系統(tǒng)的傳遞函數為 144 12 ss；則其無阻尼振蕩頻率n和阻尼比為（ D ） A 1 ，21； B 2 ， 1 ； C 2 ， 2 ； D 21， 1 11、 TSesX sYsG 傳遞函數表示了一個（ A ） A 時滯環(huán)節(jié)； B 振蕩環(huán)節(jié)； C 微分環(huán)節(jié)； D 慣性環(huán)節(jié) 12、一階系統(tǒng)的傳遞函數為 153s；其單位階躍響應為（ B ） A 51 te ； B 533 te ； C 555 te ； D 53 te 13、 某二階系統(tǒng)的特征根為兩個互不相等的實數，則系統(tǒng)的單位階躍響應曲線表現為（ B ） A單調衰減 B. 單調上升 C 等幅振蕩 D 振蕩衰減 14、已知道系統(tǒng)輸出的拉氏變換為 22)(nnsssY ,那么系統(tǒng)處于（ C ） A 欠阻尼； B 過阻尼； C 臨界阻尼； D 無阻尼 15、 某一系統(tǒng)的速度誤差為零，則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數可能是（ D ） A 1TsK； B)( bsass ds ； C)( ass K； D)(2 ass K； 2 16、根據下列幾個系統(tǒng)的特征方程，可以判斷肯定不穩(wěn)定的系統(tǒng)為（ B ） A 023 dcsbsas ； B 0234 dcsbsass ； C 0234 edscsbsas ；其中 edcba 、 均為不等于零的正數 。 17、下列開環(huán)傳遞函數所表示的系統(tǒng)，屬于最小相位系統(tǒng)的是（ C ）。 A )12)(15( 1 ss s； B sTTs111（ T0） ； C )13)(12( 1 ss s ； D )2)(3( 2 sss s 18、已知系統(tǒng)頻率特性為31 5j，則該系統(tǒng)可表示為（ C ） A 315 tgje ； B 119 52 tgje； C 321195 tgje； D 15 tgje 20、題圖中 R C電路的幅頻特性為 （ B ） 。 A 211 T ； B 2)(11T； C 2)(11T ； D T1 1 。 21、已知系統(tǒng)頻率特性為15j，則該系統(tǒng)可表示為（ B ） A 15 tgje ； B 1152 tgje； C 15 tgje ； D 1152 tgje22、已知系統(tǒng)頻率特性為15 1j，當輸入為 ttx 2sin)( 時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為（ D ） A )52sin( 1 tgt ； B )52s in (11 12 tgt； C )52sin( 1 tgt ； D )52s in (125 1 12 tgt23、理想微分環(huán)節(jié)對數幅頻特性曲線是一條斜率為（ A ） A decdB20，通過 =1 點的直線； B -decdB20，通過 =1點的直線； C -decdB20，通過 =0點的直線； D decdB20 ，通過 =0點的直線 24、 系統(tǒng)如圖所示， )(sGc為一個 （ C ） 裝置 ， 實現起來比較簡單 。 A 串聯校正 ； B 并聯校正 ； C 混合校正 ； D 正 反饋校正 。 25、二階系統(tǒng)的傳遞函數為 15.012 ss；則其無阻尼振蕩頻率n和阻尼比為（ C ） A 1 ，21； B 2 ， 1 ； C 1 ， 0.25 ； D 31，3226、 某二階系統(tǒng)的特征根為兩個 純虛根 ，則系統(tǒng)的單位階躍響 應曲線表現為（ C ） A單調衰減 B. 單調上升 C 等幅振蕩 D 振蕩衰減 3 二 、 判斷題 1、 一個 線性 定常系統(tǒng) 是穩(wěn)定的，則其開環(huán)極點位于 S 平面左半邊。 （ ） 2、 勞氏穩(wěn)定判據能判斷線性定常 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （ + ） 3、 型系統(tǒng)和開環(huán)增益為 10，系統(tǒng)在單位斜輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為。（ ） 4、 一個動態(tài)環(huán)節(jié)的傳遞函數乘以 5、二階系統(tǒng)的超調量越大，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差。（ - ） 6、 系統(tǒng)的傳遞函數和系統(tǒng)結構及外輸入有關。（ - ） 7、 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不僅與系統(tǒng)的結構 參數有關，與輸入無關。（ - ） 8、 若二階系統(tǒng)的阻尼比為 0.866 則系統(tǒng)的階躍響應上定不是等幅振蕩。（ +） 9、 反饋控制系統(tǒng)、是指正反饋。（ - ） 10、 某環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量的關系為 y(t=Kx(t)， K 是一常數，則稱其為比例環(huán)節(jié)。（ +） 11、 已知系統(tǒng)頻率特性為15j，則該系統(tǒng)可表示為 1152 tgje。 （ - ） 12、 一階微分環(huán)節(jié)的傳遞函數為 ssG 1)( ，其頻率特性可表示為 jejjG 2)(11)( 。 （ + ） 13、 積分環(huán)節(jié)的對數幅頻特性是一條斜率為 decdB20 的直線。 （ + ） 14、 系統(tǒng)的傳遞函數15.0 101)( sTs KsG，輸出與輸入的相位差是 90 。 （ - ） 15、 系統(tǒng)的幅頻特性、相頻特性取決于系統(tǒng)的輸入以及初始條件。 （ - ） 16、 圖中所示的頻率特性是一個積分環(huán)節(jié)。 （ - ） .17、 積分環(huán)節(jié)的幅頻特性 ,其幅值與頻率成正比關系。 （ ） 18、 適合于應用傳遞函數描述的系統(tǒng)可以是線性系統(tǒng)，也可以是非線性系統(tǒng)。（ ） 19.某二階系統(tǒng)的 特征根為兩個共軛純虛根，則該系統(tǒng)的單位階躍響應曲線表現為衰減振蕩 （ ） 20、一個線性定常系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則其閉環(huán)極點位于 S 平面左半平面。 （ + ） 21、兩個二階系統(tǒng)具有相同的超調量，則這兩個系統(tǒng)具有相同的無阻尼自振蕩角頻率。 （ ） 22、增大系統(tǒng)的開環(huán)增益，會使得系統(tǒng)的控制精度降低。 （ ） 三、 填空 題 1、系統(tǒng)輸出全部或部分地返回到輸入端，就叫做 反饋 。 2、有些系統(tǒng)中，將開環(huán)與閉環(huán)結合在一起，這種系統(tǒng)稱為 復合控制系統(tǒng) .。 3、我們把輸出量直接 或 間接地反饋到 輸入端 ，形成閉環(huán)參與控制的系統(tǒng)，稱作 閉環(huán)控制系統(tǒng) 。 4、控制的任務實際上就是 形成控制作用的規(guī)律 ，使不管是否存在擾動，均能使 被控制對象 的輸出量滿足給定值的要求。 5、系統(tǒng)受擾動后偏離了原工作狀態(tài)，擾動消失后，系統(tǒng)能自動恢復到原來的工作狀態(tài) 這樣的系統(tǒng)是 穩(wěn)定 系統(tǒng)。 6、自動控制系統(tǒng)主要元件的特性方程式的性質，可以分為 線性控制系統(tǒng) 和非線性控制系統(tǒng)。 7、為了實現閉環(huán)控制，必須對 反饋 量進行測量，并將測量的結果反饋到輸入端與輸入量相減得到偏差，再由偏差產生直接控制作用去消除 偏差 。因此，整個控制系統(tǒng)形成一個閉合回路。我們把輸出量 直接或間接地反饋到 輸入 端，形成閉環(huán) ,參與控制的系統(tǒng)，稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。 8、 題圖 由圖中系統(tǒng)可知，輸入量直接經過控制器作用于被控制對象，當出現擾動時，沒有人為干預，輸出量 不能 按照輸入量所期望的狀態(tài)去工作，圖中系統(tǒng)是一個 開環(huán) 控制系統(tǒng)。 9、如果系統(tǒng)受擾動后偏離了原工作狀態(tài)，擾動消失后，系統(tǒng)能自動恢復到原來的工作狀態(tài)，這樣的系統(tǒng)稱為 穩(wěn)定 系統(tǒng)，否則為 不穩(wěn)定 系統(tǒng)。任何一個反饋控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必 須是 穩(wěn)定 的。 4 10、對于函數 )(tf ，它的拉氏變換的表達式為 dtetf st0 )(。 11、單位階躍信號對時間求導的結果是 單位脈沖函數 。 12、單位階躍函數的拉普拉斯變換結果是 s1。 13、單位脈沖函數的拉普拉斯變換為 A 。 14、 te 的拉氏變換為 11s。 15、)1( 1 sssF的原函數的初值 )0(f = 0 ，終值 )(f = 1 。 16、已知 )(tf 的拉氏變換為4)2( 2 s s，則初值 )0(f = 1 。 17、 tetf t 2sin)( 2 的拉氏變換為 4)2( 4 2 s。 18、若 )()( sFtfL ，則 )( tfeL at F(s+a) 。 19、 若 Lf(t)= F(s)，則 Lf (t-b)=、 )(2 sFe s 。 20、 微分環(huán)節(jié)的傳遞函數為 2s，則它的幅頻特性的數學表達式是 2 ，相頻 特性的數學表達式是 90 。 21、在初條件為零時， 輸出量的拉氏變換 ，與 輸入量的拉氏變換 之比稱為線性系統(tǒng)（或元件）的傳遞函數。 23、數學模型是描述系統(tǒng) 輸入變量、輸出變量之間關系 的數學表達式，或者說是描述系統(tǒng)內部變量之間關系的數學表達式。 24、如果系統(tǒng)的數學模型 ,方程是 線性 的，這種系統(tǒng)叫線性系統(tǒng)。 25、傳遞函數反映系統(tǒng)本身的瞬態(tài)特性，與本身參數，結構 有關 ，與輸入 無關 ；不同的物理系統(tǒng)， 可以 有相同的傳遞函數 ， 傳遞函數與初始條件 有關 。 26、 慣性 環(huán)節(jié)的傳遞函數是 1 TsKsX sYsG。 27、二階系統(tǒng)的標準型式為 22 22nn ssn 。 28、 I型系統(tǒng)開環(huán)增益為 10，系統(tǒng)在單位斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 e( )為 10A。 29、時間響應由 瞬 態(tài) 響應和 穩(wěn)態(tài) 響應兩部分組成。 30、)()()(0 jGxyA 為系統(tǒng)的 幅頻特性 ，它描述系統(tǒng)對不同頻率輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應幅值衰減（或放大）的特性。 )()( jG 為系統(tǒng)的 相頻特性 ，它描述系統(tǒng)對不同頻率輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應，相位遲 后 )0( 或超前 )0( 的特性。 31、頻率響應是 系統(tǒng)在正弦輸入信號下的 響應。 32、慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數為 1 TsKsX sYsG。 33、 當輸入信號的角頻率在某一范圍內改變時所得到的一系列頻率的響應稱為這個系統(tǒng)的 頻率響應 。 34、控制系統(tǒng)的時間響應，可以劃分為瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個過程。瞬態(tài)過程是指系統(tǒng)從 初始狀態(tài) 到接近最終狀態(tài)的響應過程； 穩(wěn)態(tài)過程是指 時間 t趨于 無窮 時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。 35、若系統(tǒng)輸入為 tA sin ，其穩(wěn)態(tài)輸出相應為 )sin( tB ，則該系統(tǒng)的頻率特性可表示為 ejAB 。 36、 2型系統(tǒng)的對數幅頻特性低頻漸近線斜率為 -40 dB/dec 。 37、對于一階系統(tǒng)，當由 0時，矢量 D(j ) 順時針 方向旋轉2，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。 38、單位階躍函數的拉氏變換為 1/s . 39、線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差取決于 系統(tǒng)自身結構與參數 。 40、 若二階系統(tǒng)的阻尼比為 0.5 ,則系統(tǒng)的階躍響應為 衰減振蕩 . 41、 慣性環(huán)節(jié)的時間常數越大，系統(tǒng)的快速性越 差 42、 若一個動態(tài)環(huán)節(jié)的傳遞函數乘以 1/s ，說明對該系統(tǒng)串聯了一個 積分 環(huán)節(jié)。 43、負反饋結構的系統(tǒng)，其前向通 道上的傳遞函數為 G(s)，反饋通道上的傳遞函數為 H(s)，則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為 G(s) H(s) ， 閉環(huán)傳遞函數為 G(s)/（ 1+ G(s)H(s)）。 5 44、 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為)1( ss K則該系統(tǒng)有 2 個極點，有 2 條 根軌跡分支。 45、 傳遞函數)25)(1( 12 sss s的零點為 -0.5 ，極點為 0、 -1 、 -0.4 。四 、 分析、計算綜合類型題 1 設單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為： G（ S） =)14( 1ss， 試求階躍響應的性能指標 %及st答案： 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數為：25.025.0 25.0)( 2 sssW與二階傳遞函數的標準形式nnnss2222 相比較，可知： n2 =0.25， n2=0.25，所以 5.0n， 25.0 ，系統(tǒng)為欠阻尼狀態(tài)，則： d 21 n=0.484 076arccos 所以，單位階躍響應的性能指標為： 21/% e =44.5% st=n/5.3=28s 2 已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為：)104.0)(12.0( 20)( SSSSG試： 1)繪出對數漸近幅頻特性曲線 )(L 以及相頻特性曲線 G ； 2)用對數頻率穩(wěn)定判據判別系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性。 答案： 1) （ 1） 該系統(tǒng)是由積分、放大和兩個慣性環(huán)節(jié)串聯構成的； （ 2） K=20 20lgK=26 分貝 52.01111 T2504.0 1122 T（ 3） 低頻為積分放大環(huán)節(jié)，在 1 ， K=26 分貝處作 -20dB/10 倍頻 線 在 5 處作 -40dB/10 倍頻 線，在 25 處作 60dB/10 倍頻 線 2)判斷穩(wěn)定性 由圖上可知 L( )0 的部分， )( 對 無穿越，所以系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。 3.單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為： 10()( 1)kGs ss ，試求在輸入信號為 ( ) 5x t t 作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。 解：系統(tǒng)是 型系統(tǒng) 當 x(t)=5 時，位置誤差系數 0010l i m ( ) l i m ( 1 )pkssK G s ss 1 1( ) 01 pe K 當 x(t)= t 時，速度誤差系數 0010l i m ( ) l i m 1 0( 1 )kssK s G s s ss 2 1( ) 0.1e K 故系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差：12( ) ( ) ( ) 0 0 . 1 0 . 1e e e 4.設系統(tǒng)的傳遞函數 5()1 0 . 5 1KGs T s s，求 輸入信號為正弦信號，頻率為 f 1Hz，振幅為Xo 5，初相為 0 時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。 6 答案： 由 5()0 .5 1Gs s 可以看出 G(s)是 由放大環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)串聯組成，放大環(huán)節(jié)只影響輸出量的幅值，而慣性環(huán)節(jié)對輸出量的幅值和相位都有影響。 1） 輸出量的頻率與輸入量的頻率相同 f 1Hz，所以 2 6 .2 8f（ rad/s） 2） 輸出量與輸入量的相位差 慣性環(huán)節(jié)的相位（滯后） 00 . 5 6 . 3 3 . 1 5 7 2