機械工程控制基礎(chǔ)期末試卷試題+答案1

1、機械工程控制基礎(chǔ)34機械工程控制基礎(chǔ)模擬卷一、選擇題1. 控制工程主要研究并解決的問題之一是（ ）A、系統(tǒng)已定，輸入不確定，求系統(tǒng)的輸出B、系統(tǒng)已定，輸入已知，求系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)）C、系統(tǒng)已定，規(guī)定系統(tǒng)的輸入D、系統(tǒng)不定，輸入已知，求系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)）2. 已知機械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為則系統(tǒng)的阻尼比、增益和放大系數(shù)是（）。A. 0.25, 1, 1 B. 0.5,4,1 C. 0.25,4,4 D. 0.5,1,43. 彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為1/（ms2+cs+k）,則系統(tǒng)的無阻固有頻率n為（ ）   A   B  C 

2、0; D 4. 對于定?？刂葡到y(tǒng)來說（ ）A、 表達系統(tǒng)的微分方程各項系數(shù)不隨時間改變B、 微分方程的各階微分項的冪為1C、 不能用微分方程表示D、 系統(tǒng)總是穩(wěn)定的5.微分環(huán)節(jié)反映了輸入的變化趨勢，可以應(yīng)用于( )。A. 增加系統(tǒng)阻尼B. 減小系統(tǒng)阻尼 C. 減弱噪聲的作用D. 減小穩(wěn)態(tài)誤差6. 系統(tǒng)方塊圖如圖所示,其開環(huán)傳遞函數(shù)Gk(S)是（ ） A 5S/(3S+1) B (3S+1)/5SC 1/5S(3S+1) D 5/S(3S+1)7.系統(tǒng)的輸出誤差為e(t)，其穩(wěn)態(tài)誤差為：（ ）A B C D 8. 比例環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條（ ）。A.水平線 B.垂直線 C.斜率

3、為-20db/dec的直線 D.斜率為-10db/dec的直線9. 所謂校正（又稱補償）是指（ ）A、加入PID校正器 B、在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)或改變某些參數(shù)C、使系統(tǒng)穩(wěn)定 D、使用勞斯判據(jù)10. PI校正屬于下面哪種校正方法：（ ） A相位超前校正 B 相位滯后校正C相位滯后超前校正 D無法確定二、 填空題1. 設(shè)計控制系統(tǒng)基于以下幾個要求： 、 和 。2. 傳遞函數(shù)可定義為：在外界輸入作用前，輸入、輸出的初始條件 為 時，線性定常系統(tǒng)的 與 之比。3. 當(dāng)阻尼比大于0小于1時，系統(tǒng)稱為 系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比=0時，系統(tǒng)稱為 系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比=1時， 系統(tǒng)稱為 系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比大于1時系統(tǒng)稱為 系統(tǒng)。

4、三、計算題1. 列出如右圖所示的系統(tǒng)的微分方程，并推出傳遞函數(shù)。2. 化簡圖示系統(tǒng)框圖，并寫出其傳遞函數(shù)3. 已知傳遞函數(shù)如下圖所示，求單位階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量Mp和峰值時間tp4.已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:，求單位階躍和單位斜坡函數(shù)輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差5. 已知某系統(tǒng)的特征方程為s4+s3+4s2+6s+9=0，試判別其系統(tǒng)的穩(wěn)定性 6. 試繪制下列傳遞函數(shù)的Bode圖。一. 填空題(每小題2.5分，共25分)1 對控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為穩(wěn)定性、 和 。2 按系統(tǒng)有無反饋，通常可將控制系統(tǒng)分為 和 。3 在控制工程基礎(chǔ)課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有 、 等。4 反映出穩(wěn)態(tài)響應(yīng)偏

5、離系統(tǒng)希望值的程度，它用來衡量系統(tǒng) 的程度。5 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的表達是 。6 有系統(tǒng)的性能指標按照其類型分為時域性能指標和 。7 頻率響應(yīng)是線性定常系統(tǒng)對 輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。8 穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且與 的類型有關(guān)。9 脈沖信號可以用來反映系統(tǒng)的 。10. 階躍信號的拉氏變換是 。 二 圖1為利用加熱器控制爐溫的反饋系統(tǒng)（10分）圖1 爐溫控制結(jié)構(gòu)圖 試求系統(tǒng)的輸出量、輸入量、被控對象和系統(tǒng)各部分的組成，且畫出原理方框圖，說明其工作原理。三、如圖2為電路。求輸入電壓與輸出電壓之間的微分方程， 并求該電路的傳遞函數(shù)（10分）圖2四、求拉氏變換與反變換 (10分)1 求（

6、5分）2 求（5分）五、化簡圖3所示的框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)（10分）圖3六、圖4示機械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K和外力組成的機械動力系統(tǒng)。圖4(a)中是輸出位移。當(dāng)外力施加3牛頓階躍力后(恒速信號)，記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時間響應(yīng)曲線如圖4（b）所示。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)；(5分)2）該系統(tǒng)的自由頻率、阻尼比；(2分)3）該系統(tǒng)的彈簧剛度質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度k；（3分）4）時間響應(yīng)性能指標：上升時間、調(diào)整時間、穩(wěn)態(tài)誤差（5分）。圖4(a) 機械系統(tǒng) 圖4（b）響應(yīng)曲線圖4七、已知某系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)，則該系統(tǒng)在單位脈沖、單位階躍

7、和單位恒速信號（斜坡信號）作用下的穩(wěn)態(tài)誤差分別是多少（10分）八、設(shè)有如圖5所示的反饋控制系統(tǒng)，試求根據(jù)勞斯判據(jù)確定傳遞函數(shù)k值的取值范圍（10分）。圖5二. 填空題(每小題2分，共20分)10 對控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為穩(wěn)定性、快速性 和準確性。11 按系統(tǒng)有無反饋，通常可將控制系統(tǒng)分為 開環(huán)控制系統(tǒng) 和 閉環(huán)控制系統(tǒng) 。12 在控制工程基礎(chǔ)課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有微分方程 、傳遞函數(shù)等。13 穩(wěn)態(tài)誤差反映出穩(wěn)態(tài)響應(yīng)偏離系統(tǒng)希望值的程度，它用來衡量系統(tǒng)控制精度的程度。14 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的表達是。15 有系統(tǒng)的性能指標按照其類型分為時域性能指標和頻域性能指標。16 頻率響應(yīng)

8、是線性定常系統(tǒng)對正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。17 穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且與輸入信號的類型有關(guān)。18 脈沖信號可以用來反映系統(tǒng)的抗沖擊能力。10. 階躍信號的拉氏變換是 1/s 。二 圖1為利用加熱器控制爐溫的反饋系統(tǒng)（10分）圖1 爐溫控制結(jié)構(gòu)圖 試求系統(tǒng)的輸出量、輸入量、被控對象和系統(tǒng)各部分的組成，且畫出原理方框圖，說明其工作原理。解答：輸出量：爐溫。輸入量：給定電壓信號。被控對象：電爐。 系統(tǒng)包括：電位器、放大器、電機、減速器以及自藕調(diào)壓器、熱電偶。 原理方框圖：三如圖2為電路。求輸入電壓與輸出電壓之間的微分方程，并求出該電路的傳遞函數(shù)。（10分）圖2解答：跟據(jù)電壓定律得四、求

9、拉氏變換與反變換 3 求解答：4 求解答：=六、 化簡框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)圖4解：G1G2 G3H2H1/G3Xi(s)Xo(s)_+H1/G3Xi(s)Xo(s)_Xi(s)Xo(s)七、圖示機械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K和外力組成的機械動力系統(tǒng)。圖(a)中是輸出位移。當(dāng)外力施加3牛頓階躍力后，記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時間響應(yīng)曲線如（b）圖所示。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)；(4分)2）該系統(tǒng)的彈簧剛度質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度k；（3分）3）時間響應(yīng)性能指標：上升時間、調(diào)整時間、振蕩頻數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差（5分）。圖(a) 機械系統(tǒng) 圖（b）響應(yīng)曲線解答：解：1）對于該系統(tǒng)有： 故 2）求k 由Laplace變換的終值定理可知： 而=1.0，因此k=3. 求m， 由得： 又由式求得=0.6 將0.6代入中，得=1.96。再由求得m=0.78。 求c 由，求得c=1.83.3）求 2.55 (取=0.05時) 3.40 (取=0.02時) 求 0.91 2.323 求N 取=0.05時，=0.64 取=0.02時， =0.85 求 當(dāng)輸入為階躍信號時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為： 對于0型系統(tǒng) ，代入式中求得： =0.5八、已知某系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)，則該系統(tǒng)在單位脈沖、單位階躍和單位恒速信號作用下的分別是多少（8分）解答：該