機械控制工程復(fù)習習題_33309

1、機械控制工程復(fù)習題一、 填空題1自動控制系統(tǒng)按按有無反饋來分有_、 和_按控制作用的特點來分有_、_和_。對控制系統(tǒng)的基本要求是 、 、和 。2系統(tǒng)在輸入信號的作用下，其輸出隨時間的變化過程稱為系統(tǒng)的 響應(yīng)，它由_響應(yīng)和_響應(yīng)兩部分構(gòu)成。3 二階系統(tǒng)的響應(yīng)特性完全由§和Wn這兩個特征量來描述，當§>1時,稱為_,其響應(yīng)曲線的特點是_,§=1時稱為_,0<§<1時稱為_,其響應(yīng)曲線的特點是_,§=0時稱為_,其響應(yīng)曲線的特點是_。從平穩(wěn)性和快速性兩方面來綜合考考慮，一般取§=_。4_的傳遞函數(shù)稱為最小相位傳遞函數(shù)，_稱

2、為最小相位系統(tǒng)。某傳遞函數(shù)為，它是 階系統(tǒng)，是 型系統(tǒng)，其零點是 ，其極點個數(shù)有 個，它 （是/否）最小相位傳遞函數(shù)。5系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指 ，系統(tǒng)穩(wěn)定的必要的充分條件為 6 輸出信號經(jīng)反饋元件變換后加到輸入端的信號稱為_信號。若它的符號與輸入信號相同，稱為_反饋；若它的符號與輸入信號不同，稱為_反饋；若在主反饋通道中不設(shè)反饋元件，即輸出為主反饋信號時，稱為_反饋。7、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的（ ）均位于S的左半平面。 8、一般認為系統(tǒng)的方框圖有三要素組成：（ ）、（ ）、（ ）。9、理想微分環(huán)節(jié)的幅頻特性為（ ），相頻特性為（ ）10、系統(tǒng)的頻率特性可表示為幅頻和相頻

3、，幅頻特性表示（ ）的比值。11、對最小相位系統(tǒng)，其幅頻特性與相頻特性間具有確定的（ ）關(guān)系。12、線性定常系統(tǒng)時間響應(yīng)的一條重要性質(zhì)是：系統(tǒng)的輸入信號間存在微分和積分關(guān)系，那么系統(tǒng)的響應(yīng)就存在對應(yīng)（ ）關(guān)系。13、已知某系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)是（ ）的。（填穩(wěn)定，不穩(wěn)定，臨界穩(wěn)定）。二、簡化以下方框圖，并求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)K1三、解方法1梅遜公式法該系統(tǒng)共有兩個前向通道，且與各反饋環(huán)路都接觸P1=G1G2G3G4G5 P2=G1G2G5 1=2=1反饋回路共四個，且彼此接觸所以系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：方法2方框圖簡化法求解：可將圖簡化為下圖所示。則所以系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：三、求下圖1所示系統(tǒng)的傳遞

4、函數(shù)四、設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試確定使相位裕量=45的a值。五、 單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試確定系統(tǒng)穩(wěn)定時開環(huán)放大系數(shù)K值的范圍。解得系統(tǒng)穩(wěn)定時，K的取值范圍為0K6六、 已知系統(tǒng)的傳遞為，求系統(tǒng)的頻率特性及系統(tǒng)對正弦輸入r(t)=Asinwt 的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。七、 設(shè)有一閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為為了使系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)有5%的超調(diào)量和TS=2秒的調(diào)整時間，試求和n的值。（課后作業(yè)）九計算題：1、右圖是某閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 （1）以R為輸入，當N=0時，分別以C ，B ， E為輸出時的閉環(huán)傳遞函數(shù)。（2）以N為輸入，當R=0時，分別以C ，B ， E為輸出時的閉環(huán)傳遞函

5、數(shù)。2、 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=1/s(s+1)， 試求系統(tǒng)的單位階躍上升時間、 超調(diào)量、調(diào)整時間，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（課后作業(yè)）3、 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如右下圖所示。 欲保證=且單位斜坡函數(shù)輸入時穩(wěn)態(tài)誤差ess=, 試確定K和的取值。 綜合上面的式子，得 4設(shè)某控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如右圖所示，試分析若是該系統(tǒng)的最大超調(diào)量等于，峰值時間等于1秒，確定增益K和Kh 的數(shù)值，并計算上升時間t r和調(diào)節(jié)時間t s5 已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ， 求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。解：已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ， 則閉環(huán)傳遞函數(shù)為 則 可得 由此可知，系統(tǒng)為欠阻尼狀態(tài) 代入計算結(jié)果即可。 6

6、分析題. (1) 設(shè)某單位反饋控制系統(tǒng)如圖所示， 試計算K為何值時系統(tǒng)穩(wěn)定。 第一題圖 第二題圖（1）解： 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 其特征方程為  s3+3s2+2s+K=0 根據(jù)勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)， 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件有：則 當 0<K<6 時， 三階系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 （2） 單位反饋系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示， 參數(shù)K1、 K2大于零。 設(shè)輸入信號r(t)=1(t), 干擾信號n(t)=1(t)， 試求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess。解：(1) 判別系統(tǒng)穩(wěn)定性。 圖 2所示系統(tǒng)為一階系統(tǒng)， 參數(shù)K1、 K2都大于零， 因此系統(tǒng)必穩(wěn)定。  (2) 分析穩(wěn)態(tài)誤差求E(s)。

7、 E(s) =GBr(s)R(s)+GBn(s)N(s) 7、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 , 求出=c時的相角(c)。 8、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) ， 計算分別在單位階躍函數(shù)r(t)=1(t)和單位斜坡函數(shù)r(t)=t時，系統(tǒng)地的穩(wěn)態(tài)誤差。（1/21 ）9、已知放大器的傳遞函數(shù)為 ， 并測得=1 rad/s、 幅頻|g(j)|=12 / ， 相頻g(j)=/4。試問放大系數(shù)K及時間常數(shù)T各為多少解：由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以得出，系統(tǒng)地幅相頻率特性為 ，由已知可以得出， 解方程得出， 10設(shè)特征方程為的反饋系統(tǒng)，試用代數(shù)判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性判斷（1） 穩(wěn)定的必要條件 0 （i=0,1,2,

8、3,4）(2) 列勞斯陣列表，判斷第一列元素的正負，元素為1，8，16，, 5 結(jié)論 系統(tǒng)是穩(wěn)定的。10、某控制系統(tǒng)的特征方程為s6+2s5+8s4+12s3+20s2+16s+16=0，試判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。11、已知系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為c(t)=+， 求： （1） 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù); （2） 系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然振蕩頻率。 解：由系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為c(t)=+，則， ， 12（1）已知單位負反饋二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖所示。試確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 解以上三個方程，可以計算出。13、設(shè)最小相位系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻漸近線如圖所示。 (1) 寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)； (2) 計算開環(huán)截止頻

9、率c； (3) 判別閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；解：（1） 由圖可以分析得出，該系統(tǒng)中含有兩個積分環(huán)節(jié)，一個慣性環(huán)節(jié)，一個一階微分環(huán)節(jié)和一個比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為，其中，待求。 （2）由，可以求出 （3）系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 14、設(shè)單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為g(s)=1/(s+1)， 試求輸入信號r(t)=sin5t作用時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出響應(yīng)。答案：15、控制系統(tǒng)方塊圖如圖所示：（1） 當=0時，求系統(tǒng)的阻尼比，無阻尼自振頻率和單位斜坡函數(shù)輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差；（2）當=時，試確定系統(tǒng)中的值和單位斜坡函數(shù)輸入時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；解：系統(tǒng)的開環(huán)傳函為 閉環(huán)傳函為 16、設(shè)某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試分析系統(tǒng)穩(wěn)

10、定時K的取值范圍。解：由Routh穩(wěn)定判據(jù)得 0 K4 17、設(shè)某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為=，試繪制該系統(tǒng)的Bode圖，并確定剪切頻率的值。18、已知最小相位系統(tǒng)Bode圖的漸近幅頻特性如圖所示，求該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。 解：(1) 該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為=； 19、已知最小相位開環(huán)系統(tǒng)的漸進對數(shù)幅頻特性曲線如圖3所示，試：（1）求取系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（2）利用穩(wěn)定裕度判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性(1) （2） 臨界穩(wěn)定 20、已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為，當輸入信號為時，根據(jù)頻率特性的物理意義，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。21、設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試確定使相位裕量=45°的K值。 22判別具有下述傳遞函數(shù)的系統(tǒng)是否穩(wěn)定。其中G（S）為系統(tǒng)的前向通道傳遞函數(shù)，H（S）為反饋通道傳遞函數(shù)。解：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為對特征議程勞斯表第一列所有元素大于0，故系統(tǒng)穩(wěn)定。十作圖并分析： （1）某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ， 試繪制系統(tǒng)的開環(huán)極坐標圖，并根據(jù)Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）已知 ，試繪制系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特