3機(jī)械控制工程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題及參考答案

1、一、單項(xiàng)選擇題：1. 某二階系統(tǒng)阻尼比為0，則系統(tǒng)階躍響應(yīng)為 D A. 發(fā)散振蕩 B. 單調(diào)衰減C. 衰減振蕩 D. 等幅振蕩2 一階系統(tǒng)G(s)=的時間常數(shù)T越小，則系統(tǒng)的輸出響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時間 B A越長B越短C不變D不定3. 傳遞函數(shù)反映了系統(tǒng)的動態(tài)性能，它與下列哪項(xiàng)因素有關(guān)？ C A.輸入信號B.初始條件C.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù) D.輸入信號和初始條件4慣性環(huán)節(jié)的相頻特性，當(dāng)時，其相位移為 C A-270°B-180°C-90°D0°5設(shè)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為G(s)=，則其頻率特性幅值M()= C A. B. C. D. 6. 有一線性系統(tǒng)，其輸入分

2、別為u1(t)和u2(t)時，輸出分別為y1(t)和y2(t)。當(dāng)輸入為a1u1(t)+a2u2(t)時(a1,a2為常數(shù))，輸出應(yīng)為 B A. a1y1(t)+y2(t)B. a1y1(t)+a2y2(t)C. a1y1(t)-a2y2(t) D. y1(t)+a2y2(t)7拉氏變換將時間函數(shù)變換成 D A正弦函數(shù)B單位階躍函數(shù)C單位脈沖函數(shù) D復(fù)變函數(shù)8二階系統(tǒng)當(dāng)0<<1時，如果減小，則輸出響應(yīng)的最大超調(diào)量將 A A.增加B.減小C.不變D.不定9線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，是在零初始條件下 D A系統(tǒng)輸出信號與輸入信號之比B系統(tǒng)輸入信號與輸出信號之比C系統(tǒng)輸入信號的拉氏變換與輸

3、出信號的拉氏變換之比D系統(tǒng)輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比10余弦函數(shù)cos的拉氏變換是 C A.B.C.D. 11. 微分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移()= A A. 90° B. -90°C. 0° D. -180°12. II型系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻漸近特性的低頻段斜率為 A A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)13令線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式為零，則可得到系統(tǒng)的 B A代數(shù)方程B特征方程C差分方程D狀態(tài)方程14. 主導(dǎo)極點(diǎn)的特點(diǎn)是 D A.距離實(shí)軸很遠(yuǎn)B.距離實(shí)軸很近C.距

4、離虛軸很遠(yuǎn)D.距離虛軸很近15采用負(fù)反饋連接時，如前向通道的傳遞函數(shù)為G(s)，反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s)，則其等效傳遞函數(shù)為 C ABCD二、填空題：1線性定常系統(tǒng)在正弦信號輸入時，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位移隨頻率而變化的函數(shù)關(guān)系稱為_ 相頻特性 _。2積分環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為_ -20 _dBdec。3對于一個自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面：穩(wěn)定性、_快速性_和準(zhǔn)確性。4單位階躍函數(shù)1（t）的拉氏變換為 0 。5二階衰減振蕩系統(tǒng)的阻尼比的范圍為 。6當(dāng)且僅當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)特征方程的所有根的實(shí)部都是_ 負(fù)數(shù) _時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。7系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與_ 輸出量

5、的希望值 _之間的偏差稱為誤差。8在單位斜坡輸入信號作用下，0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess=_ _。9設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為，則稱為 虛頻特性 。10. 用頻域法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是_ 正弦函數(shù) _。11.線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用_ 疊加 _原理，而非線性控制系統(tǒng)則不能。12.方框圖中環(huán)節(jié)的基本連接方式有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和_ 反饋 _連接。13.分析穩(wěn)態(tài)誤差時，將系統(tǒng)分為0型系統(tǒng)、I型系統(tǒng)、II型系統(tǒng)，這是按開環(huán)傳遞函數(shù)的_ 積分 _環(huán)節(jié)數(shù)來分類的。14.用頻率法研究控制系統(tǒng)時，采用的圖示法分為極坐標(biāo)圖示法和_ 對數(shù)坐標(biāo) _圖示法。15. 決定二階系統(tǒng)動態(tài)性能的兩個重要參數(shù)

6、是阻尼系數(shù)和_ 無阻尼自然振蕩頻率wn 。三、設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 求（1）系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然頻率n；（2）系統(tǒng)的峰值時間tp、超調(diào)量、 調(diào)整時間tS(=0.05)； 解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) 與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知 ， 故 ， 又 四、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（1）求系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然頻率n；（2） 求系統(tǒng)的上升時間tp、 超調(diào)量、 調(diào)整時間tS(=0.02)；。 解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) 與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知 ， 故 ， 又 故 五、某系統(tǒng)如下圖所示，試求其無阻尼自然頻率n，阻尼比，超調(diào)量，峰值時間，調(diào)整時間(=0.02)。 解： 對于上圖所示系統(tǒng)，首先應(yīng)求出其傳遞函數(shù)

7、，化成標(biāo)準(zhǔn)形式，然后可用公式求出各項(xiàng)特征量及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。 與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知 ，六、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下： 求：(1) 試確定系統(tǒng)的型次v和開環(huán)增益K； （2）試求輸入為時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 解：（1）將傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)形式可見，v1，這是一個I型系統(tǒng) 開環(huán)增益K5；（2）討論輸入信號，即A1，B2根據(jù)表34，誤差七、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下： 求：(1) 試確定系統(tǒng)的型次v和開環(huán)增益K； （2）試求輸入為時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 解：（1）將傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)形式可見，v1，這是一個I型系統(tǒng) 開環(huán)增益K50；（2）討論輸入信號，即A1，B3，C=2根據(jù)表34，誤差八

8、、 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下： 求：(1) 試確定系統(tǒng)的型次v和開環(huán)增益K； （2）試求輸入為時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 解：（1）該傳遞函數(shù)已經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)形式 可見，v0，這是一個0型系統(tǒng) 開環(huán)增益K20；（2）討論輸入信號，即A2，B5，C=2根據(jù)表34，誤差九、設(shè)系統(tǒng)特征方程為試用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 解：用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a4=1，a3=2，a2=3，a1=4，a0=5均大于零，且有所以，此系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。十、設(shè)系統(tǒng)特征方程為試用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 解：用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a4=1，a3=6，a2=12，a1=10，

9、a0=3均大于零，且有所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。十一、設(shè)系統(tǒng)特征方程為試用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 解：（1）用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a3=2,a2=4,a1=6,a0=1均大于零，且有所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。十二、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試?yán)L制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。解：該系統(tǒng)開環(huán)增益K；有一個微分環(huán)節(jié)，即v1；低頻漸近線通過（1，20lg）這點(diǎn)，即通過（1，10）這點(diǎn)，斜率為20dB/dec；有一個慣性環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為，斜率增加20dB/dec。-10120系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線如下所示。十三、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試?yán)L制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。解：該系統(tǒng)開環(huán)增益K1

10、00；有一個積分環(huán)節(jié)，即v1；低頻漸近線通過（1，20lg100）這點(diǎn)，即通過（1，40）這點(diǎn)斜率為20dB/dec； 有兩個慣性環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為，斜率分別增加20dB/dec系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線如下所示。L(w)/dB­20 dB / dec­40 dB / dec10100 ­60 dB / decw (rad/s)0140十四、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試?yán)L制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。解：該系統(tǒng)開環(huán)增益K10；有兩個積分環(huán)節(jié)，即v2，低頻漸近線通過（1，20lg10）這點(diǎn)，即通過（1，20）這點(diǎn)斜率為-40dB/dec；有一個一階微分環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為，斜

11、率增加20dB/dec。有一個慣性環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為，斜率增加20dB/dec。系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線如下所示。十五、如下圖所示，將方框圖化簡，并求出其傳遞函數(shù)。 解：十六、如下圖所示，將方框圖化簡，并求出其傳遞函數(shù)。一一H1G1G2H2R(S)C(S) 解：一一H1/G2G1G2H2R(S)C(S)一H1/G2G1R(S)C(S)G21+ G2H2一H1/G2R(S)C(S)G1G21+ G2H2R(S)C(S)G1G21+ G2H2+G1H1十七、如下圖所示，將方框圖化簡，并求出其傳遞函數(shù)。一十G4G1G2H2R(S)C(S)G3 解：一H1G1R(S)C(S)G4+ G2G3C(S)R(

12、S)一H1G1(G4+ G2G3)R(S)C(S)G1(G4+ G2G3)1+ G1H1(G4+ G2G3)十八、如下圖所示，將方框圖化簡，并求出其傳遞函數(shù)。一一G1G3R(S)C(S)G2H1 解：一一G1G3H1R(S)C(S)G2H1一H1G3R(S)C(S)G1G21+ G2H1R(S)C(S)G1G2G31+ G2H1+ G1G2H1參考答案一、單項(xiàng)選擇題：1. D 2.B 3.C 4.C 5.C 6. B 7.D 8.A 9.D 10.C 11. A 12.A 13.B 14.D 15.C二、填空題：1 相頻特性 2 20_ 3 _ 0 _ 4 5 6 負(fù)數(shù) 7 輸出量的希望值 8

13、 9 虛頻特性 10. 正弦函數(shù) 11. _疊加_ 12. _反饋 _ 13. _積分_ 14. _對數(shù)坐標(biāo)_15. 無阻尼自然振蕩頻率wn 三、解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) 與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知 ， 故 ， 又 四、解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) 與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知 ， 故 ， 又 故 五、解： 對于上圖所示系統(tǒng)，首先應(yīng)求出其傳遞函數(shù)，化成標(biāo)準(zhǔn)形式，然后可用公式求出各項(xiàng)特征量及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。 與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知 ，六、解：（1）將傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)形式可見，v1，這是一個I型系統(tǒng) 開環(huán)增益K5；（2）討論輸入信號，即A1，B2根據(jù)表34，誤差七、解：（1）將傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)形式可見，v1，這是一個I型系統(tǒng)

14、開環(huán)增益K50；（2）討論輸入信號，即A1，B3，C=2根據(jù)表34，誤差八、 解：（1）該傳遞函數(shù)已經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)形式 可見，v0，這是一個0型系統(tǒng) 開環(huán)增益K20；（2）討論輸入信號，即A2，B5，C=2根據(jù)表34，誤差九、解：用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a4=1，a3=2，a2=3，a1=4，a0=5均大于零，且有所以，此系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。十、解：用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a4=1，a3=6，a2=12，a1=10，a0=3均大于零，且有所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。十一、解：（1）用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a3=2,a2=4,a1=6,a0=1均大于零，且有所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。十二、解：該系

15、統(tǒng)開環(huán)增益K；有一個微分環(huán)節(jié)，即v1；低頻漸近線通過（1，20lg）這點(diǎn)，即通過（1，10）這點(diǎn)，斜率為20dB/dec；有一個慣性環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為，斜率增加20dB/dec。-10120系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線如下所示。十三、解：該系統(tǒng)開環(huán)增益K100；有一個積分環(huán)節(jié)，即v1；低頻漸近線通過（1，20lg100）這點(diǎn)，即通過（1，40）這點(diǎn)斜率為20dB/dec； 有兩個慣性環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為，斜率分別增加20dB/dec系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線如下所示。L(w)/dB­20 dB / dec­40 dB / dec10100 ­60 dB / decw (rad/s)0140十四、解：該系統(tǒng)開環(huán)增益K10；有兩個積分環(huán)節(jié)，即v2，低頻漸近線通過（1，20lg10）這點(diǎn)，即通過（1，20）這點(diǎn)斜率為-40dB/dec；有一個一階微分環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為，斜率增加20dB/dec。有一個慣性環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為，斜率增加20dB/dec。系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線如下所示。十五、解：十六、解：一一H1/G2G1G2H2R(S)C(S)一H1/G2G1R(S)C(S)G21+ G2