機械控制基礎(chǔ)試題及答案

機械工程控制基礎(chǔ)試題機械工程控制基礎(chǔ)試題 一 填空題 每題 1 分 共 10 分 1 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與輸入信號的形式及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)或系統(tǒng)的 有關(guān) 2 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 性 3 傳遞函數(shù)的定義是對于線性定常系統(tǒng) 在 的條件下 系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與 輸入量得拉氏變換之比 4 傳遞函數(shù)的組成與輸入 輸出信號無關(guān) 僅僅決定于 并且只適于零初始 條件下的線性定常系統(tǒng) 5 判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的出發(fā)點是系統(tǒng)特征方程的根必須為 負實根或負實部的 即系 統(tǒng)的特征根必須全部在復(fù)平面的左半平面是系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 6 頻率響應(yīng)是系統(tǒng)對 穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 頻率特性包括幅頻和相頻兩種特性 7 系統(tǒng)的性能指標(biāo)按其類型可分為時域性能指標(biāo) 頻域性能指標(biāo) 8 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 9 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是 10 對廣義系統(tǒng) 按反饋情況可分為開環(huán)系統(tǒng) 二 選擇題 每題 1 分 共 10 分 1 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) 2 微 分 環(huán) 節(jié) 的 頻 率 特 性 相 位 移 A 90 B 90 C 0 D 180 3 設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 G s 則系統(tǒng)的阻尼比為 255 25 2 ss A B C D 1255 2 1 4 正弦函數(shù) sin的拉氏變換是 t A B s 1 22 s C D 22 s s 22 s 1 5 比例環(huán)節(jié)的頻率特性相位移 A 90 B 90 C 0 D 180 6 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng) A 當(dāng)時間常數(shù) T 較大時有振蕩B 當(dāng)時間常數(shù) T 較小時有振蕩 C 有振蕩 D 無振蕩 7 系統(tǒng)特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系統(tǒng)穩(wěn)定的 A 充分條件 B 必要條件 C 充分必要條件 D 以上都不是 8 時 域 分 析 法 研 究 自 動 控 制 系 統(tǒng) 時 最 常 用 的 典 型 輸 入 信 號 是 A 脈沖函數(shù)B 斜坡函數(shù) C 拋物線函數(shù)D 階躍函數(shù) 9 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 特征方程 C 差分方程D 狀態(tài)方程 1 0 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 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 三 簡答題 每題 5 分 共 20 分 1 什么是反饋 為什么要進行反饋控制 2 什么是系統(tǒng) 什么是線性系統(tǒng) 3 系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義是什么 4 什么是時間響應(yīng) 時間響應(yīng)由哪兩部分組成 四 計算題 每題 10 分 共 60 分 1 如下圖所示 將方框圖化簡 并求出其傳遞函數(shù) 一 一 H1 G1G2 H2 R S C S 2 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 101 0 11 0 100 sss sG 3 設(shè)系統(tǒng)特征方程為 03425 234 ssss 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 4 已知開環(huán)頻率特性 分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 10 1 12 13 G jH j jjj 5 求出圖中所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù) Xo s Xi s 10 分 6 由試圖所示施加一個 3N 的階躍力 求出質(zhì)量 m 阻尼系數(shù) c 彈簧進度系數(shù) k 15 分 tf 答案 一 填空題可分為 1 開環(huán)傳遞函數(shù) 2 精準(zhǔn)性 3 初始條件為零 4 系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 5 復(fù)數(shù)根 6 正弦輸入 7 綜合性能指標(biāo) 8 對數(shù)坐標(biāo) 9 系統(tǒng)的全部特征根都具有負實部 10 閉環(huán)系統(tǒng) 二 選擇題 1 D 2 A 3 C 4 B 5 C 6 D 7 C 8 D 9 B 10 D 三 簡答題 1 答 反饋是指人們?yōu)榱诉_到一定的目的 有意加入的反饋 閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作是基于系統(tǒng) 的實際輸出與輸入間的偏差之上的 在系統(tǒng)存在擾動的情況下 這種偏差就會出現(xiàn) 進行適當(dāng)?shù)?反饋控制正好能檢測出這種偏差 并力圖減小這種偏差 而最終使得偏差為零 事實上 反饋控 制僅僅需為無法預(yù)計的擾動設(shè)計 因為對可以預(yù)知的擾動 總可以在系統(tǒng)中加以校正 2 答 系統(tǒng)是由相互聯(lián)系 相互作用的若干部分構(gòu)成而且有一定的目的或一定的運動規(guī)律的一 個整體 當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型能用線性微分方程描述時 系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng) 3 答 系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在初始狀態(tài)的作用下 由它引起的系統(tǒng)的時間響應(yīng)隨時間的推移 逐漸衰減并趨向與零的能力 若隨時間的推移 系統(tǒng)能回到平衡位置 則系統(tǒng)是穩(wěn)定的 若隨時 間的推移 系統(tǒng)偏離平衡位置愈來愈遠 則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的 4 答 時間響應(yīng)是指系統(tǒng)的響應(yīng)在時域上的表現(xiàn)形式 或系統(tǒng)地動力學(xué)方程在一定初始條件下 的解 按響應(yīng)的來源分為 零輸入響應(yīng) 零狀態(tài)響應(yīng) 按響應(yīng)的性質(zhì)分為 強迫響應(yīng) 自由響應(yīng) 四 計算題 1 解 2 解 該系統(tǒng)開環(huán)增益 K 100 有一個積分環(huán)節(jié) 即 v 1 低頻漸近線通過 1 20lg100 這點 即通過 1 40 這點斜 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10 1 0 1 1 w100 01 0 1 2 w 20dB dec 系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線如下所示 3 解 用勞斯 赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別 a4 1 a3 5 a2 2 a1 4 a0 3 均大于零 且有 L dB 20 dB dec 40 dB dec 10100 60 dB dec rad s 0 1 40 3210 0450 0321 0045 4 05 1 064125 2 051414355425 3 0153 51 33 34 所以 此系統(tǒng)是不穩(wěn)定的 4 解 G j H j 在 s 平面右半平面無極點 即 P 0 10 1 12 13 G jH j jjj 222 10 1 14 1 9 2 222 60 1 1 14 1 9 j 1 222 2 10 1 14 1 9 G jH j 0arctanarctan2arctan3G jH j 令 0 有 10u 0 令 有 1 11 0u 11 11 6 令 1 有 1u 0 5 6 解 由圖可得傳遞函數(shù)為 kcsms sG 2 1 K 由 laplace 的終值定理可得 sXtxx s o t 0 0 limlim skcsms s s 3 1 lim