機(jī)械控制工程基礎(chǔ)練習(xí)題考試題及其答案

1、1、簡答題1、控制系統(tǒng)的基本要求。1) 、簡述閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成。測(cè)量元件，給定元件，比較元件，放大元件，執(zhí)行元件，校正元件2) 、非最小相位系統(tǒng)有何特點(diǎn)，與最小相位系統(tǒng)的區(qū)別是什么？第二題在復(fù)平面【s】右半平面沒有極點(diǎn)和零點(diǎn)的傳遞函數(shù)稱為最小相位傳遞函數(shù)，反之，在【s】右半平面有極點(diǎn)和零點(diǎn)的傳遞函數(shù)稱為非最小相位傳遞函數(shù)。具有最小相位 傳遞函數(shù)的系統(tǒng)統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)，反之，具有非最小相位傳遞函數(shù)的系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)3) 、簡述系統(tǒng)串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)的校正原理。此滯后校正環(huán)節(jié)是一個(gè)低通濾波器，因?yàn)楫?dāng)頻率高于1/T時(shí)，增益全部下降20lgb(db)，而相位減小不多。如果把這段頻率范圍的增益提高

2、到原來的增益直，當(dāng)然低頻段的增益就提咼了。4) 、簡述系統(tǒng)超前校正網(wǎng)絡(luò)的校正原理在對(duì)數(shù)幅頻特性曲線上有 20db/dec段存在，故加大了系統(tǒng)的剪切頻率 Wg諧振頻率W與截止 頻率Wb其結(jié)果是加大了系統(tǒng)的帶寬，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；又由于相位超前，還可能加大相位裕度，結(jié)果是增加了系統(tǒng)相位穩(wěn)定性。5) 、減小或消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的措施主要有哪些？1:增大系統(tǒng)開環(huán)增益或擾動(dòng)之前系統(tǒng)的前向通道增益2 :在系統(tǒng)的前向通道或主反饋通道設(shè)置串聯(lián)積分環(huán)節(jié)3 :采用串級(jí)控制抑制內(nèi)回路擾動(dòng)。6) 、簡要說明比例積分微分PID控制規(guī)律中P、I和D的作用(1) 比例系數(shù)Kp直接決定控制作用的強(qiáng)弱，加大Kp可以減小系統(tǒng)的

3、穩(wěn)定誤差，提 高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但Kp過大會(huì)使動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起被控制量震蕩甚至導(dǎo) 致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定(2) 在比例的調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加上積分控制可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，因?yàn)橹灰?在偏差，它的積分所產(chǎn)生的控制量總是用來消除穩(wěn)態(tài)誤差，直到積分的直為零， 控制作用才停止(3) 微分的控制作用是跟偏差的變化速度有關(guān)2.已知控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，求:(1)當(dāng)不存在速度反饋R(s)(a =0)時(shí)，試確定單位階躍輸入動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程的word范文tr， ts 和二 %。(1)a=0 時(shí)，G S 二 4，門s，所以匚=0.5,n = 22s 4-P廠，tp% = e J2(2)確定.=0.7時(shí)的速度反饋常

4、數(shù)a值,并確定r(t)二t時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,s(s + 2)+4as4考慮內(nèi)反饋時(shí)，j s廠卄 4s2 +(2 + 4a)s+4s s 2 4as= 0.7，所以 2 4a = 4a = 0.24s s 2.812.8c “ess :0.7Kp43.如圖所示系統(tǒng)，G 2 ，G23s + 2s(s + 3)(1) 判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(2) 求靜態(tài)誤差系數(shù)kp, kv, ka ；(3) 當(dāng)系統(tǒng)輸入為r(t)二3 0.2t 1 t，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；(4) 若系統(tǒng)的干擾為n(t)=O.lj t，求系統(tǒng)在輸入和干擾共同作用下的穩(wěn)6s3 5s2 6s 6態(tài)誤差。G (s G (s) s =1 +G(s)

5、G2(s)有勞斯表，可判定第一列均大于 0,所以系統(tǒng)穩(wěn)定。(2)Kp =1迪 GJs)GJs=Kv =lim sG(s)G2(s) = 1Ka =lim s2G1 s G2 s i= 00(3)ess 弋1Vs2 =0 乎=0.2Kv(4)essn =lim sLEn s iTim s3s 20.1s 一s s 2 s 36e$s 二 e$sr essn 二 0.2 _ 0.二 0.14.已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，化簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。5.化簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并求C s .R s和C s ：N sN(s)6求下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Uo s Ui s。RoflUi

6、sRi-KUo s2R,CHHRi7_ JUo s7、求下圖力學(xué)模型的傳遞函數(shù) 門s。Xi t為輸入位移，Xo t為輸出位移。xflK18、已知單位反饋的最小相位系統(tǒng)，其開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如下圖所示，試求（1）開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）計(jì)算系統(tǒng)的相位裕度，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3）若將其對(duì)數(shù)頻率特性曲線向右平移十倍頻程，試討論對(duì)系統(tǒng)性能的影響。（華南理工考試題）解:，由圖可知,s 1 T2S 1T| = 10,T2 二 0.05k20lg =0db,=10 二 k=10傳遞函數(shù)為G s二10s 10 s 1 0.05 s 110化附100阮+10/(0.05化)2+1=1= 1 （近似計(jì)算） =180

7、、 G j c iT80-90 - arctan10 c arctan0.05 J2.91所以，系統(tǒng)穩(wěn)定。 100（3）右移十倍頻程，可得s s s 1 0.005 s T10,二 Y = 180 GNG（叫產(chǎn)180 +卜90arctan嘰-arctan0.005叭戶 2.91相角裕度不變，截止頻率擴(kuò)大10倍，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快。9、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:Gk s =作出系統(tǒng)的開環(huán)幅頻和相頻特性曲線，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。10、設(shè)電子心率起搏器系統(tǒng)如下圖所示：（南航考試題）其中,模擬心臟的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一純積分器，試求:E(s)K1 s實(shí)際心跳) 0.05s+1r電子起搏器心臟R s期望心跳(1)

8、若.=0.5對(duì)于最佳響應(yīng)，問起搏器的增益K為多大?(2)若期望心速為60次/min,并突然接通起搏器，問1s后實(shí)際心速為多大?瞬時(shí)最大心速為多大?(3)10 G s i:20K(5)(6)(7)(8)s 0.05s 1s220s 20K(1)-0.5,2 n =20,n2 二 20K,K = 20羞400，閉環(huán)極點(diǎn)，10-103j脈沖響應(yīng)階躍響應(yīng)tph t 二 e0t cos10J3t jsin10、3tc t =60 ：h t dt =60 1 e40tc 1 = 60.0029次/min= 0.181(s )，。弋皿=16.5%八 1 一 2最大心率60 1 16.5% =69.9次。11

9、、系統(tǒng)方框圖如下圖所示求：(1)輸出對(duì)指令信號(hào)的傳遞函數(shù) X。s . Xi s ；(2)輸出對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的傳遞函數(shù) Xo s . N s ；(3)要消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，Gc s應(yīng)如何選取。沏 /、X(s)G(s)G2(s)、解：(1)- 一Xjs)1+G1(sG(s)H (s)X o ( S ) G2 (S ) G( S ) + G1 ( S |_Gc (s)M (s)1 + G (s G (s Uh (s)Gn (s)(3)Gc s-，可以消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響G (s)12、根據(jù)系統(tǒng)圖，及所對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線，確定系統(tǒng)質(zhì)量M阻尼系數(shù)C和彈簧剛度K的數(shù)值。(武漢科技考試題)12、解:s =Xs

10、 =2 1F（ s） ms + cs + kMp = e = 0.095,= 0.6c ：二 limc t = lims LC s = 300 = 1, K = 300tp71”0.2s, =19.62值c=，求得：c = 18.36,m = 0.78 m13、控制系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。(中科院考試題)(1) 確定是閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù) KKt的取值范圍；(2) 若要求：系統(tǒng)的最大超調(diào)量為 10%調(diào)整時(shí)間為1.5秒(5%勺誤差帶)， 試確定參數(shù)K和Kt的值。13、解：(1)由結(jié)構(gòu)圖求閉環(huán)傳遞函數(shù)，應(yīng)用勞斯判據(jù) K Kt1(2)由超調(diào)量求，由調(diào)節(jié)時(shí)間求n，對(duì)比傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)型求得K及Kt。K14、(

11、南航考試題)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，G(s)二s(Ts + 1)定義誤差 e(t) = r(t) _ c(t)。試求：(1)若希望(a)圖中，系統(tǒng)所有的特征根位于s平面s=-2的左側(cè)，且阻 尼比為0.5，求滿足條件的K、T的取值范圍。（2）求（a）圖中系統(tǒng)的單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差（3）為了使穩(wěn)態(tài)誤差為零,讓斜坡輸入先通過一個(gè)比例微分環(huán)節(jié),如圖（b）中所示，試求出合適的Ko值（a）（b）14、解：（1）由勞斯穩(wěn)定判據(jù)求得。s = s 2(3)E s 二Rs -C s 二Ts 1 - KKs Ts2 s K1- KKo cess =limsE s- = 0ss s_okK- 7K15、設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)

12、開環(huán)傳遞函數(shù)為Gk(s)=10s s2 4s 100（武漢科技考研題）求（1）寫出系統(tǒng)開環(huán)幅頻、相頻特性表達(dá)式；（2）繪制系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性（漸近線）和相頻特性;（3）確定該系統(tǒng)的相位穿越頻率，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。16、某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為s Ts 1已知在正弦輸入信號(hào)r t二sin2t作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為css t 二.JIsin 2t 7.5radS-。確定K值，求校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)。118、解：由 ess0.05,ssKv20c = 4.47radLs，； = 180 - 90 - arctaz 12.61 選取 r cJ8radLs1m Ja二 0.039LWc”) =

13、 20lg|G j： = -10.1dB10lga=10.1dBa =10.24aTs+10.4s + 1 一200（0.4s + 1）aGc sG s =Ts 10.39s 1s s 1 0.39s 1= 180： G jc =62.4 45滿足設(shè)計(jì)要求19、下圖中ABC是未加校正環(huán)節(jié)前系統(tǒng)的 Bode圖，GHKI是加入某種串聯(lián)環(huán)節(jié)校 正后的Bode圖。試求：（1）加入的是哪種校正方式，寫出該校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；（2）證明系統(tǒng)的開環(huán)增益是 K=100b19、（ 1）由于校正后高頻增益下降，因此是相位滯后校正，校正裝置傳遞函數(shù)為：s 1 s 1Gc ss 150s 10.02K（2）這是一個(gè)I

14、型系統(tǒng)，其低頻段對(duì)數(shù)幅頻特性L - = 20lg ，當(dāng)K = 時(shí),coL 二 0dB，所以 k=100。20、閉環(huán)離散系統(tǒng)如下圖所示，試求其閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)門z。H(s)宀C sC(s)C s 二巴 s G sEl s = E* s LGi s s = E* s Q sC s 二 E* sb sG2 sEs=Rs-HsCs=Rs-E*s G； ss H sE* s = R s - E* SR sHH sRs)1 G s UG2H ?C s = E* s LGi s 捏 s 二R sb sR s1 GJ sH s1、根據(jù)控制系統(tǒng)元件的特性，控制系統(tǒng)可分為（B ）。A、反饋控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng)B

15、 、線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)C定值控制系統(tǒng)和隨動(dòng)控制系統(tǒng)D 、連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)2、開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)最本質(zhì)的區(qū)別是（ A ）。A 、開環(huán)系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)無控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)有控制作用B 、開環(huán)系統(tǒng)的輸入對(duì)系統(tǒng)無控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸入對(duì)系統(tǒng)有控制作用C 、開環(huán)系統(tǒng)不一定有反饋回路，閉環(huán)系統(tǒng)有反饋回路D 、開環(huán)系統(tǒng)不一定有反饋回路，閉環(huán)系統(tǒng)也不一定有反饋回路3、一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)（D ）。A、當(dāng)時(shí)間常數(shù)T較大時(shí)有超調(diào)B 、當(dāng)時(shí)間常數(shù)T較小時(shí)無超調(diào)C、輸入信號(hào)幅度大時(shí)有超調(diào)D、無超調(diào)54、 某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 G s，則該系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)函數(shù)為（ B 丿 s + 2A、

16、5t B 、5e2tC、5e2t D、-tK5、 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的快速性（C ）。Ts+1、與K有關(guān) B、與K和T有關(guān) C、與T有關(guān) D 、與輸入信號(hào)二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2s 1，當(dāng)K增大時(shí)，其（C固有頻率-n增大，阻尼比增大、固有頻率-n增大，阻尼比固有頻率n減小，阻尼比 減小、固有頻率-n減小，阻尼比7、二階系統(tǒng)的極點(diǎn)分別為s,工0.5,勺工4 ,系統(tǒng)增益為5,則其傳遞函數(shù)為）大小有關(guān)減小增大（C ）5s -0.5 (s -4)2s 0.5 (s 4)10s 0.5 (s 4)5s 0.5 (s 4)8 、單位反饋開環(huán)傳遞函數(shù)為artr:，則其閉環(huán)系統(tǒng)的-分別為（C )

17、c、心,212D、639、非最小相位放大環(huán)節(jié)的頻率特性相位移為（A ）A. -180 B . 0C . 90 D . -9010、0型系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性的低頻段漸近線斜率為（ D ）A. -60 (dB/dec)B . -40 ( dB/decC. -20 (dB/dec)D . 0 (dB/dec)11、閉環(huán)系統(tǒng)跟軌跡的條數(shù)是（D ）A. n. B. m. C. n-m D.n、m中的大者12、系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為 w（t）=0.1t，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為（A ）0.12s0.1s13、設(shè)一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為亍,則該系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)和放大增益為A、2 314、一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G（s）二 Z，若系

18、統(tǒng)容許誤差為2%，則系統(tǒng)的調(diào)s+2整時(shí)間為（B ）A、8 B 、2 C 、7 D 、3.515、已知系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的 NyquistA、0型B、I型C、U型D無法確定2s + 116、傳遞函數(shù)廠齊的零點(diǎn)和極點(diǎn)及比例系數(shù)分別是（A、零點(diǎn)為0.5，極點(diǎn)為-1、-2，比例系數(shù)為1。 B、零點(diǎn)為0.5，極點(diǎn)為-1、-2，比例系數(shù)為2。C、零點(diǎn)為-0.5，極點(diǎn)為-1、-2，比例系數(shù)為1。 D、零點(diǎn)為-0.5，極點(diǎn)為-1、-2，比例系數(shù)為2。17、關(guān)于頻率特性與傳遞函數(shù)的描述，錯(cuò)誤的是（ D ）A、都是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型B、都與系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)C、與單位脈沖響應(yīng)函數(shù)存在定的數(shù)學(xué)關(guān)系D、與系統(tǒng)的微分方程無關(guān)18、跟軌跡漸近線的條數(shù)為（C)A、nB、m