2023年機械控制工程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題及參考答案

一、單項選擇題：

1.某二階系統(tǒng)阻尼比為C,則系統(tǒng)階躍響應(yīng)為

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)=/1的時間常數(shù)T越小，則系統(tǒng)的輸出響應(yīng)達成穩(wěn)態(tài)值的時間

Ts+I

A.越長B.越短

C.不變【).不定

3.傳遞函數(shù)反映了系統(tǒng)的動態(tài)性能，它與下列哪項因素有關(guān)？

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C(co),當(dāng)co->8時，其相位移。(8)為

A.-270°B.-180°

C.-90°D.0°

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(co)=

s

,KK

A.—BR.--

Wco-

C.-D.4

co2

6.有一線性系統(tǒng)，其輸入分別為u1(t)和。⑴時,輸出分別為y{)和y2(t)<,當(dāng)輸入為

aiUi(t)+a2u2(t)lb]'(ai,a2為常數(shù))，輸出應(yīng)為

A.aiyi(t)+y2(t)B.aiyi(t)+a2y2(t)

C.a)yi(t)-a2y2(t)D.yi(t)+a2y2(t)

7.拉氏變換將時間函數(shù)變換成

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)時，假如減小G，則輸出響應(yīng)的最大超調(diào)量b%將

A.增長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

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出信號的拉氏變換之比

I).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)COSC01的拉氏變換是

.1(0

A.----nB.------

S+(0S+CD-

C_______D___!___

J。22，

s~+(os+or

11.微分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移0(3)二

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.-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)的分母多項式為零，則可得到系統(tǒng)的

A.代數(shù)方程B.特性方程

C.差分方程D.狀態(tài)方程

14.主導(dǎo)極點的特點是

A.距高實軸很遠B.距離實軸很近

C.距離虛軸很遠D.距離虛軸很近

15.采用負反饋連接時，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

A.G(S)B.-----!-----

1+G(s)l+G(s)H(s)

(、G(s)[)G(s)

'l+G(s)H(s)'l-G(s)H(s)

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O

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dB/deCo

3.對于一個自動控制系統(tǒng)的性能規(guī)定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。

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)特性方程的所有根的實部都是時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

7.系統(tǒng)輸出量的實際值與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/產(chǎn)

9.設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為G(jco)=R(jw)+jl(⑹，則/(⑷稱為o

10.川頻域法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是。

11.線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用原理，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)圖示法和圖示法。

15.決定二階系統(tǒng)動態(tài)性能的兩個重要參數(shù)是阻尼系數(shù)g和。

三、設(shè)單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Gk(5)=^―

s[s+6)

求(1)系統(tǒng)的阻尼比C和無阻尼自然頻率3屏

(2)系統(tǒng)的峰值時間tp、超調(diào)量。%、調(diào)整時間^(A=0.05)；

四、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

…、16

G(s)=-------

八Ks(s+4)

(1)求系統(tǒng)的阻尼比<和無阻尼自然頻率

(2)求系統(tǒng)的上升時間b超調(diào)量。%、調(diào)整時間￡$(△=().02)；。

五、某系統(tǒng)如下圖所示，試求其無阻尼自然頻率on,阻尼比C,超調(diào)量。％,峰值時間

調(diào)整時間4(△=().02)o

六、已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下:

20(5+1)

s(s+2)(/+2s+2)

求：(1)試擬定系統(tǒng)的型次v和開環(huán)增益K；

(2)試求輸入為4/)=1+2/時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

七、已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：

求：(1)試擬定系統(tǒng)的型次v和開環(huán)增益K；

(2)試求輸入為求￡)=1+3,+2產(chǎn)時,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

八、已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：

GKG)=

(0.2s+1)(0.Is+1)

求：(1)試擬定系統(tǒng)的型次v和開環(huán)增益K；

(2)試求輸入為r(，)=2+5,+2/時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

九、設(shè)系統(tǒng)特性方程為

s'+253+352+4s+5=0

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。

十、設(shè)系統(tǒng)特性方程為

/+6?+12?4-105+3=0

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。

十一、設(shè)系統(tǒng)特性方程為

2s+4s~+65+1=0

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。

十二、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試繪制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。

十三、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試繪制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。

G(s)=

5(0.15+1)(0.015+1)

十四、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試繪制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。

10（0.5s+l）

G（s）=

52（0.1S+1）

十五、如下圖所示，將方框圖化簡，并求出其傳遞函數(shù)。

C（s）

十六、如下圖所示，將方框圖化簡，并求出其傳遞函數(shù)。

十七、如下圖所示，將方框圖化簡，并求出其傳遞函數(shù)。

十八、如下圖所示，將方框圖化簡，并求出其傳遞函數(shù)。

參考答案

一、單項選擇題:

1.D2.B3.C4.C5.C

6.B7.D8.A9.D10.C

11.A12.A13.B14.D15.C

二、填空題：

1.相頻特性2.-203.04.-5.0<^<16.負數(shù)

7.輸出量的希望值8.89.虛頻特性10.正弦函數(shù)11.一疊加__

12..反饋_13.一積分—14._對數(shù)坐標(biāo)」5.無阻尼自然振蕩頻率w.

25

s(s+6)_25_25

三、解:系統(tǒng)閉環(huán)傳逆函數(shù)G〃(s)=

?+25s(s+6)+25s2+6s+25

s(s+6)

與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知2列,=6，^=25

故嗎=5彳=0.6

又%=嗎"1一12=5XJ1-().62=4

71

-=0.785

4

-O.“r

b%=exl00%=e標(biāo)x100%=9.5%

16

s(s+4)1616

四、解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)GAs)=

2

I+165(5+4)+165+45+16

s(s+4)

與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知2^wtl=4,卬；=16

故叱,=4,彳=0.5

2

又叫=匕Jig?=4xVl-0.5=3.464

7171

故。==0.91

w(f3.464

二5-0.5萬

O-%=e'KX1OO%=e灰源xl00%=l6.3%

~2

五、解：對于上圖所示系統(tǒng),一方面應(yīng)求山其傳遞函數(shù).化成標(biāo)準(zhǔn)形式,然后可用公式求

出各項特性量及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。

_J00

X〃(s)=?0—4)=100二2

X^)-7?""100~~7Z7-s(50s+4)+2-『+0.08s+0.04

li/\U.UN

s(50s+4)

與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知23%=0.08后=0.04

con=0.2(md/s)

G=0.2

至^xO.2

b%=e百=e、Kx52.7%

71_71

?16.03(5)

qJl-G0.2V1-0.22

44

X-------=1OO(5)

孫0.2x0.2

六、解：（1）將傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)形式

「,、20(s+1)5(54-1)

G(5)=---------Z---------=----------------Z-------

Ks(s+2)(s~+2s+2)5(0.55+l)(0.5s~+5+1)

可見，v=l,這是一個I型系統(tǒng)

開環(huán)增益K=5；

（2）討論輸入信號，r（“=1+2，，即A=l,B=2

根據(jù)表3—4,誤差《，=」一+-?-=」一+2=0+0.4=0.4

"1+K〃KvI+005

七、解：（1）將傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)形式

10050

GK(S)=

s(s+2)s(0.5s+1)

可見，v=l,這是一個I型系統(tǒng)

開環(huán)增益K=50；

(2)討論輸入信號，1+31+2產(chǎn),即A=l,B=3,C=2

ABC32

根據(jù)表3—4,誤差c.-------+----+----4---+—=04-0.06+co=oo

1+KpK\,Ka1+00500

八、解：（1）該傳遞函數(shù)已經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)形式

可見，v=0,這是一個0型系統(tǒng)

開環(huán)增益K=20；

(2)討論輸入信號,2+5,+2/，即A=2,B=5,C=2

4BC2522

根據(jù)表3—4,誤差氣-----------------1-------------1----------=-----------------1-------1------=----------FCO+00=00

l+KpKvKa1+200021

九、解：用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別,a,=l,33=2,az=3,a]=4,ao=5均大于零，且有

2400

1350

0240

0135

A,=2>0

A2=2x3-lx4=2>0

△3=2x3x4—2x2x5-4xlx4=-12<0

A4=5A3=5X(-12)=-60<0

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,a?=l,a3=6,32=12,ai=10,ao=3均大于零,且有

61000

11230

06100

01123

△i=6>0

A2=6x12-1x10=62>0

A3=6x12x10-6x6x3-10x1x10=512>0

A4=3A3=3x512=1536>0

所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

4"一、解：（1）用勞斯-稀爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別,33=2,&=4,a1=6,ao=l均大于零，且有

410

A3=260

041

At=4>0

A2=4x6-2xl=22>0

A,=4x6xI-4x4x0-lx2xl=6>0

所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

十二、解:該系統(tǒng)開環(huán)增益1<=

1

有一個微分環(huán)節(jié),即V=-1；低頻漸近線通過（1,201g）這點，即通過（1,

710

10）這點,斜率為20dB/cec；

有一個慣性環(huán)節(jié)’相應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為%=短=26斜率增長一20dB/dec。

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K=100；

有一個積分環(huán)節(jié)，即v=l；低頻漸