機械控制工程基礎- 試題及答案 共5套

第2頁共3頁第1頁共3頁系（部）：出題教師：系（部）主任：第1頁共3頁裝訂線班級：學號：姓名：考試科目：裝訂線班級：學號：姓名：考試時間：100分鐘試卷總分：100分考試形式：閉卷題號一二三四五六七總分得分評卷教師一、選擇題（每小題3分，總計15分）下面（D）選項不是對控制系統(tǒng)的基本要求。A.準確性B.穩(wěn)定性C.快速性D.收斂性2.系統(tǒng)的微分方程為，在輸入信號的作用下，系統(tǒng)的響應為（B）。A.B.C.D.3.單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，在信號的作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為(C)。A.ess=0.1B.ess=0.4C.ess=1.6D.ess=2.54.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，其幅頻特性為（A）。A.B.C.D.5.已知系統(tǒng)的奈奎斯特曲線如圖，要滿足閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，則開環(huán)傳遞函數(shù)極點分布在S平面右邊的極點數(shù)為（C）。A.P=0B.P=1C.P=2D.P=3二、（10分）已知系統(tǒng)方框圖如圖所示，利用方框圖化簡方法求出閉環(huán)傳遞函數(shù)。（要求：寫出化簡方框圖的主要步驟）解：三、（15分）位置隨動系統(tǒng)方框圖如圖，要求系統(tǒng)單位階躍響應的最大超調(diào)量，求（1）系統(tǒng)的阻尼比；（2）求微分反饋的時間常數(shù)τ；（3）當滿足2%誤差時，系統(tǒng)是否能在5秒內(nèi)達到穩(wěn)態(tài)？Xo(s)Xo(s)Xi(s)解：（１）（2），（3）能在5秒內(nèi)達到穩(wěn)態(tài)。四、（15分）某伺服電動機調(diào)速系統(tǒng)方框圖如圖所示，如果調(diào)速系數(shù)，測速反饋系數(shù)，(1)求擾動力矩n(t)單獨作用下的傳遞函數(shù)Gn(s)；(2)求當輸入力矩為R(t)=t，擾動力矩n(t)=t時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。C(s)C(s)R(s)N(s)kc(1)（2）令，I型系統(tǒng)，令，五、（15分）已知系統(tǒng)方框圖如圖所示，求：（1）滿足閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍；（10）（2）當給定單位斜坡輸入時，求k＝50時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。（5分）Xo(s)Xo(s)Xi(s)解：（1）閉環(huán)傳遞函數(shù)為 閉環(huán)特征方程為：勞斯數(shù)列：解得：k>1.4（2）單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：一型系統(tǒng)ess＝1/k＝1/300六、（10分）已知某機器人關節(jié)控制系統(tǒng)方框圖如下圖所示，試在所給的對數(shù)坐標中繪出系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性圖（給出必要的計算過程）。開環(huán)傳遞函數(shù)為七、（20分）已知某系統(tǒng)開環(huán)伯德圖如圖所示：（1）求出該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；（7分）（2）在圖中標出剪切頻率，相位穿越頻率，相位裕量和幅值裕量，并讀出或計算出各自的值；（6分）（3）設計相位超前校正環(huán)節(jié)，使得相位裕量大于30度。（7分）解：（1）由題知，開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線斜率依次為-20→-40→-60，故系統(tǒng)含比例環(huán)節(jié)、1個積分環(huán)節(jié)、2個慣性環(huán)節(jié)，開環(huán)傳遞函數(shù)為低頻段過（1，38）,所以20lgK=38，得K=80；，開環(huán)傳遞函數(shù)為（2）如圖所示=20；=30，=9°，=8dB（3）最大相位超前量，求出系數(shù)令，由求出。裝訂線班級：學號：姓名：考試科目：裝訂線班級：學號：姓名：考試時間：100分鐘試卷總分：100分考試形式：閉卷題號一二三四五六總分得分評卷教師選擇題（每小題3分，總計15分）所謂反饋是將系統(tǒng)的（A）全部或部分返送回系統(tǒng)的（A）端，并與輸入信號共同作用于系統(tǒng)的過程。A.輸出，輸入B.輸入，輸出C.輸出，輸出D.輸入，輸入2.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則極點是(C)。A.s1=0,s2=10B.s1=0,s2=-10C.s1=-5,s2=-2D.s1=5,s2=23.系統(tǒng)在單位階躍輸入xi(t)=1的作用下，階躍響應為，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為（B）。A.B.C.D.4.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，其幅頻特性為（D）。A.B.C.D.5.已知系統(tǒng)的奈奎斯特曲線如圖，要滿足閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，則開環(huán)傳遞函數(shù)極點分布在S平面右邊的極點數(shù)為（C）A.P=0B.P=1C.P=2D.P=3二、（10分）已知系統(tǒng)方框圖如圖所示，利用方框圖化簡規(guī)則求出閉環(huán)傳遞函數(shù)。（要求：寫出化簡方框圖的步驟）解：三、（15分）角度隨動系統(tǒng)如圖所示，其中伺服電機的時間常數(shù)為T=0.5s，系統(tǒng)單位階躍響應的最大超調(diào)量Mp=20%，求（1）系統(tǒng)的阻尼比；（2）求開環(huán)增益k；（3）求滿足2%誤差的響應時間ts。解：（１），，（2）四、（15分）系統(tǒng)方框圖如圖所示，在的作用下，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。解：令擾動輸入為0I型系統(tǒng)，單位速度輸入，(2)令給定輸入為0（3）（2分）五、（15分）單位反饋系統(tǒng)如圖所示，其中wn=9(rad/s)，ξ=0.2，求：（1）滿足閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的k值范圍；（2）在滿足提問（1）的條件下，再次確定k的取值范圍，使得該系統(tǒng)在xi(t)=t

的輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差ess≤0.8。Xo(s)Xo(s)Xi(s)解：（1）閉環(huán)傳遞函數(shù)為 帶入wn=9(rad/s)，ξ=0.2，閉環(huán)特征方程為：勞斯數(shù)列：解得：單位速度輸入，I型系統(tǒng)，六、（10分）最小相位系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線如圖所示，求該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。（請給出求解過程）七、（20分）已知單位負反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為,

（1）畫出對數(shù)幅頻特性圖；（給出求解過程）（2）在bode圖中標出剪切頻率，相位穿越頻率，相位裕量和幅值裕量，并通過讀圖或計算寫出這4個指標的具體值，判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。裝訂線班級：學號：姓名：考試科目：機電系統(tǒng)控制基礎裝訂線班級：學號：姓名：考試時間：100分鐘試卷總分：100分考試形式：閉卷題號一二三四五六七總分得分評卷教師一、選擇題（每小題3分，總計15分）2、已知象函數(shù)，其原函數(shù)為（C）。A.2+te5tB.t-2e-5tC.2-te5tD.2-te-5t3、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其零點是(D)。A.s1=-0.1,s2=-0.2B.s1=-2,s2=-5C.s1=2,s2=5D.s1=-0.5,s2=-0.24、I型系統(tǒng)開環(huán)增益為K，系統(tǒng)在單位速度信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差eSS為（B）。A.01/K1/（1+K）D.∞5、（D）。A.B.C.D.二、（10分）利用方框圖化簡求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（寫出化簡步驟）。G1G1G2H1H2解：

三、（20分）控制系統(tǒng)方框圖如圖所示，若系統(tǒng)單位階躍響應的最大超調(diào)量，調(diào)整時間s（），試確定K與τ的值。解：由系統(tǒng)方框圖可以求得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為與二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標準形式比較，可得，由性能指標MP=0.2，ts=1.5s可以求得系統(tǒng)的特征參數(shù)為將系統(tǒng)的特征參數(shù)代入，可以求得，四、（15分）已知控制系統(tǒng)方框圖如圖所示，若，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Xo(s)Xo(s)Xi(s)N(s)令擾動輸入為0I型系統(tǒng)，單位速度輸入，(2)令給定輸入為0（3）五、（15分）系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線如圖所示，寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。解：六、（10分）控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求：使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。解:控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的特征方程式為根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件得K>0。由特征方程系數(shù)構(gòu)成的勞斯數(shù)列為若使系統(tǒng)穩(wěn)定，還必須使勞斯數(shù)列中第一列元素均大于零，滿足穩(wěn)定的充分條件，因此有因此，使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍為。七、（15分）若開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)。求（1）試繪制該系統(tǒng)的Bode圖；（2）求出剪切頻率和相位裕量并標注在圖中,判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：，r=0,Kg(dB)<0，系統(tǒng)不穩(wěn)定。裝訂線班級：學號：姓名：考試科目：機械控制工程裝訂線班級：學號：姓名：考試時間：100分鐘試卷總分100分考試形式：閉卷題號一二三四五六七總分得分評卷教師一、填空題（每空1分，第8小題2分，總計15分）將系統(tǒng)的輸出全部或部分返送回系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號共同作用于系統(tǒng)的過程，稱為反饋?？刂葡到y(tǒng)的基本要求包括穩(wěn)定性、準確性和快速性。二階欠阻尼系統(tǒng)階躍響應中，反映系統(tǒng)快速性的性能指標有上升時間、峰值時間和調(diào)整時間。系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向及其恢復平衡狀態(tài)的能力，稱為系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，該系統(tǒng)的極點是-0.5和-0.2零點是-1。系統(tǒng)的單位階躍響應為，則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是系統(tǒng)所有的特征根具有負實部，或系統(tǒng)所有極點位于[s]左半平面。8.奈奎斯特判據(jù)是如果開環(huán)傳遞函數(shù)G（s）H（s）在[s]右半平面上有P個極點，當ω由－∞變化到＋∞時，[GH]平面上的開環(huán)頻率特性G（jω）H（jω）逆時針包圍（－1，j0）點P圈，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。反之，閉環(huán)系統(tǒng)就不穩(wěn)定。二、（15分）RC低通濾波電路如圖所示，R=10kΩ，C=10uF，（1）畫出系統(tǒng)方框圖；（2）化簡方框圖，求RC電路傳遞函數(shù)；（3）如果輸入電壓，求輸出電壓。RRCuiu0（1）（5分）方框圖UUi(s)1/R1/CsUo(s)（2）(5分)傳遞函數(shù)（3）（5分）輸出電壓拉氏變換：輸出電壓：三、（15分）角度隨動系統(tǒng)伺服電機的時間常數(shù)為，系統(tǒng)單位階躍響應的最大超調(diào)量，求（1）系統(tǒng)的開環(huán)增益；（２）判斷響應時間是否滿足5秒內(nèi)達到2%誤差的要求。（１）（10分），0.46，（2）（5分），滿足要求。四、（15分）火星自主漫游車的導向控制系統(tǒng)方框圖如圖所示，（1）試求在加速度輸入作用下，滿足穩(wěn)態(tài)誤差小于0.25，并且滿足閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益k值范圍。（可用勞斯判據(jù)）XX0(s)Xi(s)，（2）（8分）求滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的k值范圍系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)勞斯數(shù)列為最后五、(10分)某伺服電動機調(diào)速系統(tǒng)方框圖如圖所示，如果調(diào)速系數(shù)，測速反饋系數(shù)，(1)求擾動力矩n(t)單獨作用下的傳遞函數(shù)Gn(s)；(2)求當輸入力矩為R(t)=t，擾動力矩n(t)=t時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。C(s)C(s)R(s)N(s)kc(1)（5分）（2）（5分）令，I型系統(tǒng)，（5分）令，六、（10分）已知某系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，試在下圖所給對數(shù)坐標中繪出系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性圖（給出必要的計算及過程說明）。解：系統(tǒng)含比例環(huán)節(jié)、1個積分環(huán)節(jié)、2個慣性環(huán)節(jié)，1個一階微分環(huán)節(jié)20lgK=20k=10低頻段直線過（1,20）,；，則有：七、（20分）已知某系統(tǒng)開環(huán)伯德圖如圖所示：（1）求出該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）在圖7中標出剪切頻率，相位穿越頻率、相位裕量和幅值裕量，并讀出或計算出各自的值；（3）設計相位超前校正環(huán)節(jié)，使得相位裕量大于30度。解：（1）由題知，開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線斜率依次為-20→-40→-60，故系統(tǒng)含比例環(huán)節(jié)、1個積分環(huán)節(jié)、2個慣性環(huán)節(jié)，開環(huán)傳遞函數(shù)為低頻段過（1，38）,所以20lgK=38，得K=80；，開環(huán)傳遞函數(shù)為（2）（8分）。如圖所示=20；=30，=9°，=8dB（3）最大相位超前量，求出系數(shù)令，由求出。附：若取，求出系數(shù)令，由求出。裝訂線班級：學號：姓名：考試科目：裝訂線班級：學號：姓名：考試時間100分鐘試卷總分100分考試形式：閉卷題號一二三四五總分得分教師一、選擇題（每小題2分，總計10分）1、系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向及其恢復平衡狀態(tài)的能力，稱為系統(tǒng)的2、慣性環(huán)節(jié)幅頻特性的計算式為DReImw=0w=∞(-1,j0)P=1ReImw=0w=∞(-1,j0)P=1Rew=0w=∞(-1,j0)ImP=1Rew=∞w=0(-1,j0)ImP=0Rew=∞w=0(-1,j0)ImP=2ABCDReImw=0w=∞(-1,j0)二、計算題（每題10分，總計40分）1、（10分）畫出如圖2-1所示RC電路的系統(tǒng)方框圖，并求該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。RR2uiuoR1C圖2-1Uo(s)Ui(s)Uo(s)Ui(s)R21/R1Cs傳遞函數(shù)：2、