3机械控制工程基础复习题及参考答案
一、单项选择题：
1. 某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为 D
A. 发散振荡
B. 单调衰减
C. 衰减振荡
D. 等幅振荡
2． 一阶系统G(s)=1
+Ts K
的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 B
A ．越长
B ．越短
C ．不变
D ．不定
3. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？ C
A.输入信号
B.初始条件
C.系统的结构参数
D.输入信号和初始条件
4．惯性环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为 C
A ．-270°
B ．-180°
C ．-90°
D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)=
s
1
，则其频率特性幅值M(ω)= C A.
ωK
B. 2K ω
C. ω1
D. 21ω
6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为 B
A. a 1y 1(t)+y 2(t)
B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t)
C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t)
D. y 1(t)+a 2y 2(t)
7．拉氏变换将时间函数变换成 D
A ．正弦函数
B ．单位阶跃函数
C ．单位脉冲函数
D ．复变函数
8．二阶系统当0<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将 A
A.增加
B.减小
C.不变
D.不定
9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 D
A ．系统输出信号与输入信号之比
B ．系统输入信号与输出信号之比
C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比
D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比
10．余弦函数cos t ω的拉氏变换是 C
A.ω+s 1
B.2
2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2
2s 1ω
+ 11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)= A
A. 90°
B. -90°
C. 0°
D. -180°
12. II 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 A
A. -40(dB/dec)
B. -20(dB/dec)
C. 0(dB/dec)
D. +20(dB/dec)
13．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的 B
A ．代数方程
B ．特征方程
C ．差分方程
D ．状态方程
14. 主导极点的特点是 D
A.距离实轴很远
B.距离实轴很近
C.距离虚轴很远
D.距离虚轴很近
15．采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其等效传递函数为 C
A ．)s (G 1)
s (G + B ．)
s (H )s (G 11+
C ．)
s (H )s (G 1)s (G + D ．)s (H )s (G 1)
s (G -
二、填空题：
1．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__ 相频特性 __。
2．积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为__ -20 __dB ／dec 。 3．对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、__快速性__和准确性。。
4．单位阶跃函数1（t ）的拉氏变换为 0
s
1
。 5．二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为 10<<ξ 。
6．当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是__ 负数 __时，系统是稳定的。 7．系统输出量的实际值与_ 输出量的希望值 __之间的偏差称为误差。 8．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差e ss =__ ∞ ___。
9．设系统的频率特性为)(jI )j (R )j (G ω+ω=ω，则)(ωI 称为 虚频特性 。 10. 用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是_ 正弦函数 _。 11.线性控制系统最重要的特性是可以应用___ 叠加 __原理，而非线性控制系统则不能。 12.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和__ 反馈 _连接。
13.分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I 型系统、II 型系统…，这是按开环传递函数的__ 积分 __环节数来分类的。
14.用频率法研究控制系统时，采用的图示法分为极坐标图示法和__ 对数坐标 _图示法。
15. 决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和_ 无阻尼自然振荡频率
w n 。
三、设单位负反馈系统的开环传递函数为 )
6(25
)(+=
s s s G k
求（1）系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn ；
（2）系统的峰值时间t p 、超调量σ％、 调整时间t S (△=0.05)；
解：系统闭环传递函数2562525)6(25)
6(251)6(25
)(2++=++=++
+=s s s s s s s s s G B 与标准形式对比，可知 62=n w ξ ，252
=n w 故 5=n w ， 6.0=ξ
又 46.01512
2
=-?=-=ξn d w w
785.04
==
=
π
π
d
p w t
1
3%
5.9%100%100%2
2
6.016.01===?=?=----n
s w t e
e
ξσπ
ξ
ξπ
四、设单位反馈系统的开环传递函数为
（1）求系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn ；
（2）求系统的上升时间t p 、 超调量σ％、 调整时间t S (△=0.02)；。
解：系统闭环传递函数1641616)4(16)
4(161)4(16
)(2++=++=++
+=s s s s s s s s s G B 与标准形式对比，可知 42=n w ξ ，162
=n w 故 4=n w ， 5.0=ξ
又 464.35.014122=-?=-=ξn d w w 故 91.0464
.3==
=
π
π
d
p w t
24
%
3.16%100%100%2
2
5.015.01==
=?=?=----n
s w t e e
ξσπξ
ξπ
五、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率ωn ，阻尼比ζ，超调量σ％，峰值时间p
t ，
调整时间s t (△=0.02)。
解： 对于上图所示系统，首先应求出其传递函数，化成标准形式，然后可用公式求出各项特征量及瞬态响应指标。
()()()()
()04.008.022********
.04501001450100
2++=++=?+++=s s s s s s s s s X s X i o )
4(16)(+=
s s s G
K
与标准形式对比，可知 08.02=n w ξ ，04
.02
=n w
()()
()s t s t e
e
s rad n
s n p n 1002
.02.04
4
03.162
.012.01%
7.52%2
.0/2.02
2
2.012
.012
2
=?=
≈
≈-=
-=≈====-?-
--
?ωπ
?
ωπσ?ωπ?π?
六、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下： )
22)(2()
1(20)(2++++=
s s s s s s G K
求：(1) 试确定系统的型次v 和开环增益K ；
（2）试求输入为t t r 21)(+=时，系统的稳态误差。 解：（1）将传递函数化成标准形式
)
15.0)(15.0()
1(5)22)(2()1(20)(22++++=++++=
s s s s s s s s s s s G K
可见，v ＝1，这是一个I 型系统 开环增益K ＝5；
（2）讨论输入信号，t t r 21)(+=，即A ＝1，B ＝2 根据表3—4，误差4.04.005
2
111=+=+∞+=++=
V p ss K B K A e
七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下： )
2(100
)(+=
s s s G K
求：(1) 试确定系统的型次v 和开环增益K ；
（2）试求输入为2
231)(t t t r ++=时，系统的稳态误差。 解：（1）将传递函数化成标准形式
)
15.0(50
)2(100)(+=+=
s s s s s G K
可见，v ＝1，这是一个I 型系统 开环增益K ＝50；
（2）讨论输入信号，2
231)(t t t r ++=，即A ＝1，B ＝3，C=2 根据表3—4，误差∞=∞++=++∞+=+++=
06.000
2
503111Ka C K B K A e V p ss
八、 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下： )
11.0)(12.0(20
)(++=
s s s G K
求：(1) 试确定系统的型次v 和开环增益K ；
（2）试求输入为2
252)(t t t r ++=时，系统的稳态误差。
解：（1）该传递函数已经为标准形式 可见，v ＝0，这是一个0型系统 开环增益K ＝20；
（2）讨论输入信号，2
252)(t t t r ++=，即A ＝2，B ＝5，C=2 根据表3—4，误差∞=∞+∞+=+++=+++=21
2
020520121Ka C K B K A e V p ss
九、设系统特征方程为
05432234=++++s s s s
试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。
解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a 4=1，a 3=2，a 2=3，a 1=4，a 0=5均大于零，且有
53100
420053100424=
?
021>=?
0241322>=?-?=?
0124145224323<-=??-??-??=? 060)12(5534<-=-?=?=?
所以，此系统是不稳定的。
十、设系统特征方程为
0310126234=++++s s s s
试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。
解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a 4=1，a 3=6，a 2=12，a 1=10，a 0=3均大于零，且有
312100
1060
3
121001064=
?
061>=?
0621011262>=?-?=?
051210110366101263>=??-??-??=? 015365123334>=?=?=?
所以，此系统是稳定的。
十一、设系统特征方程为
0164223=+++s s s
试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。
解：（1）用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a 3=2,a 2=4,a 1=6,a 0=1均大于零，且有
1
400620143=?
61210441640
2212640
4321>=??-??-??=?>=?-?=?>=?
所以，此系统是稳定的。
十二、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。
1
05.0101)(+=
s s s G
解：该系统开环增益K ＝
10
1
； 有一个微分环节，即v ＝－1；低频渐近线通过（1，20lg 10
1
）这点，即通过（1，－10）这点，斜率为20dB/dec ；
有一个惯性环节，对应转折频率为2005
.01
1==w ，斜率增加－20dB/dec 。 系统对数幅频特性曲线如下所示。
十三、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。 )
101.0)(11.0(100)(++=s s s s G
解：该系统开环增益K ＝100； 有一个积分环节，即v ＝1；低频渐近线通过（1，20lg100）这点，即通过（1，40）这
点斜率为－20dB/dec ；
有两个惯性环节，对应转折频率为101.011==w ，10001
.012
==w ，斜率分别增加－20dB/dec
/ dec
L (ω)/dB 20 dB / dec 10
ω /(rad/s)ω /(rad/s)
ω /(rad/s)
0 dB / dec
L (ω)/dB －20 dB / dec
－40 dB / dec 0.1
100－60 dB / dec
L (ω)/dB －20 dB/dec －40 dB/dec
300ω /(rad/s)－80 dB/dec (b)
(e)
(f )
ω /(rad/s)
1
100
-10
十四、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。
()()()
11.015.0102
++=
s s s s G 解：该系统开环增益K ＝10；
有两个积分环节，即v ＝2，低频渐近线通过（1，20lg10）这点，即通过（1，20）这点斜率为-40dB/dec ；
有一个一阶微分环节，对应转折频率为25
.01
1==w ，斜率增加20dB/dec 。 有一个惯性环节，对应转折频率为101
.01
2==w ，斜率增加－20dB/dec 。 系统对数幅频特性曲线如下所示。
十五、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。
解：
十六、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。
十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。
解：
十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。
解：
参考答案
一、单项选择题：
1. D
2.B
3.C
4.C
5.C
6. B
7.D
8.A
9.D 10.C 11. A 12.A 13.B 14.D 15.C 二、填空题：
1． 相频特性 2． －20__ 3． _ 0 _ 4．
s
1
5． 10<<ξ 6． 负数 7． 输出量的希望值 8．∞ 9． 虚频特性 10. 正弦函数 11. ___叠加__ 12. __反馈 _ 13. __积分__ 14. __对数坐标_15. 无阻尼自然振荡频率w n
三、解：系统闭环传递函数2562525)6(25)
6(251)6(25
)(2++=++=++
+=s s s s s s s s s G B 与标准形式对比，可知 62=n w ξ ，252
=n w
故 5=n w ， 6.0=ξ
又 46.01512
2
=-?=-=ξn d w w 785.04
==
=
π
π
d
p w t
1
3%
5.9%100%100%2
2
6.016.01===?=?=----n
s w t e
e
ξσπ
ξ
ξπ
四、解：系统闭环传递函数1641616)4(16)
4(161)4(16
)(2++=++=++
+=s s s s s s s s s G B 与标准形式对比，可知 42=n w ξ ，162
=n w
故 4=n w ， 5.0=ξ 又 464.35.014122=-?=-=ξn d w w 故 91.0464
.3==
=
π
π
d
p w t
24
%
3.16%100%100%2
2
5.015.01==
=?=?=----n
s w t e e
ξσπξ
ξπ
五、解： 对于上图所示系统，首先应求出其传递函数，化成标准形式，然后可用公式求出各项特征量及瞬态响应指标。
()()()()
()04.008.022********
.04501001450100
2++=++=?+++=s s s s s s s s s X s X i o 与标准形式对比，可知 08.02=n w ξ ，04
.02
=n w
()()
()s t s t e
e
s rad n
s n p n 1002
.02.04
4
03.162
.012.01%
7.52%2
.0/2.02
2
2.012
.012
2
=?=
≈
≈-=
-=≈====-?-
--
?ωπ
?
ωπσ?ωπ?
π?
六、解：（1）将传递函数化成标准形式
)
15.0)(15.0()
1(5)22)(2()1(20)(22++++=++++=
s s s s s s s s s s s G K
可见，v ＝1，这是一个I 型系统 开环增益K ＝5；
（2）讨论输入信号，t t r 21)(+=，即A ＝1，B ＝2 根据表3—4，误差4.04.005
2
111=+=+∞+=++=
V p ss K B K A e
七、解：（1）将传递函数化成标准形式
)
15.0(50
)2(100)(+=+=
s s s s s G K
可见，v ＝1，这是一个I 型系统
开环增益K ＝50；
（2）讨论输入信号，2
231)(t t t r ++=，即A ＝1，B ＝3，C=2 根据表3—4，误差∞=∞++=++∞+=+++=
06.000
2
503111Ka C K B K A e V p ss
八、 解：（1）该传递函数已经为标准形式 可见，v ＝0，这是一个0型系统 开环增益K ＝20；
（2）讨论输入信号，2
252)(t t t r ++=，即A ＝2，B ＝5，C=2 根据表3—4，误差∞=∞+∞+=+++=+++=
21
2
020520121Ka C K B K A e V p ss
九、解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a 4=1，a 3=2，a 2=3，a 1=4，a 0=5均大于零，且有
53100
420053100424=
?
021>=?
0241322>=?-?=?
0124145224323<-=??-??-??=? 060)12(5534<-=-?=?=?
所以，此系统是不稳定的。
十、解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a 4=1，a 3=6，a 2=12，a 1=10，a 0=3均大于零，且有
312100
1060
3
121001064=
?
061>=?
0621011262>=?-?=?
051210110366101263>=??-??-??=? 015365123334>=?=?=?
所以，此系统是稳定的。 十一、解：（1）用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a 3=2,a 2=4,a 1=6,a 0=1均大于零，且有
1
400620143=?
61210441640
2212640
4321>=??-??-??=?>=?-?=?>=?
所以，此系统是稳定的。 十二、解：该系统开环增益K ＝
10
1
； 有一个微分环节，即v ＝－1；低频渐近线通过（1，20lg 10
1
）这点，即通过（1，－10）这点，斜率为20dB/dec ；
有一个惯性环节，对应转折频率为2005
.01
1==w ，斜率增加－20dB/dec 。 系统对数幅频特性曲线如下所示。
十三、解：该系统开环增益K
有一个积分环节，即v ＝1；低频渐近线通过（1，20lg100）这点，即通过（1，40）这点斜率为－20dB/dec ； 有两个惯性环节，对应转折频率为101.011==w ，10001.01
2=
=w ，斜率分别增加－20dB/dec 十四、解：该系统开环增益K ＝10；
有两个积分环节，即v ＝2，低频渐近线通过（1，20lg10）这点，即通过（1，20）这点斜率为-40dB/dec ；
有一个一阶微分环节，对应转折频率为25
.01
1==w ，斜率增加20dB/dec 。 有一个惯性环节，对应转折频率为101
.01
2==w ，斜率增加－20dB/dec 。 系统对数幅频特性曲线如下所示。
/ dec
L (ω)/dB 20 dB / dec 10
ω /(rad/s)ω /(rad/s)
ω /(rad/s)
0 dB / dec
L (ω)/dB －20 dB / dec
－40 dB / dec 0.1
100－60 dB / dec
L (ω)/dB
－20 dB/dec
－40 dB/dec
(b)(e)
ω /(rad/s)
1
-10
十五、解：
十六、
十七、解：
十八、解：
(完整版)机械控制工程基础习题及答案考试要点
1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析 系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流 电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压 r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停 留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。
1-5采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如题1-5图所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速ω下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速ω增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 题1-5图蒸汽机转速自动控制系统 解在本系统中，蒸汽机是被控对象，蒸汽机的转速ω是被控量，给定量是设定的蒸汽机希望转速。离心调速器感受转速大小并转换成套筒的位移量，经杠杆传调节供汽阀门，控制蒸汽机的转速，从而构成闭环控制系统。 系统方框图如图解1-5所示。
机械控制工程基础第五章练习习题及解答
题型：选择题 题目：关于系统稳定的说法错误的是【】 A．线性系统稳定性与输入无关 B．线性系统稳定性与系统初始状态无关 C．非线性系统稳定性与系统初始状态无关 D．非线性系统稳定性与系统初始状态有关 分析与提示：线性系统稳定性与输入无关；非线性系统稳定性与系统初始状态有关。 答案：C 习题二 题型：填空题 题目：判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为或为具有负实部的复数，即系统的特征根必须全部在是系统稳定的充要条件。 分析与提示：判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实数或为具有负实部的复数，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。 答案：负实数、复平面的左半平面 习题三 题型：选择题 题目：一个线性系统稳定与否取决于【】 A．系统的结构和参数 B．系统的输入 C．系统的干扰 D．系统的初始状态 分析与提示：线性系统稳定与否取决于系统本身的结构和参数。 答案：A 习题四 题型：填空题 题目：若系统在的影响下，响应随着时间的推移，逐渐衰减并回到平衡位置，则称该系统是稳定的 分析与提示：若系统在初始状态的影响下（零输入），响应随着时间的推移，逐渐衰减并趋向于零(回到平衡位置)，则称该系统是稳定的；反之，若系统的零输入响应发散，则系统是不稳定的。 答案：初始状态 习题五 题型：填空题 题目：系统的稳定决定于的解。 分析与提示：系统的稳定决定于特征方程的解。 答案：特征方程
题型：填空题 题目：胡尔维兹（Hurwitz ）判据、劳斯（Routh ）判据又称为 判据。 分析与提示：胡尔维兹（Hurwitz ）判据、劳斯（Routh ）判据，又称为代数稳定性判据。 答案：代数稳定性 习题二 题型：填空题 题目：利用胡尔维兹判据，则系统稳定的充要条件为：特征方程的各项系数均为 ；各阶子行列式都 。 分析与提示：胡尔维兹判据系统稳定的充要条件为：特征方程的各项系数均为正；各阶子行列式都大于零。 答案：正、大于零 习题三 题型：计算题 题目：系统的特征方程为 010532234=++++s s s s 用胡尔维兹判据判别系统的稳定性。 分析与提示：利用胡尔维兹判据，其各阶系数均大于零，计算子行列式。 答案：（1）特征方程的各项系数为 10,5,3,1,201234=====a a a a a 均为正值。 （2） 0131>==?a 0714232 4 132<-=-== ?a a a a a a a a 不满足胡尔维兹行列式全部为正的条件，所以系统不稳定 习题四 题型：计算题 题目：单位反馈系统的开环传递函数为 ()()() 125.011.0++= s s s K s G 利用胡尔维兹判据求使系统稳定的K 值范围。 分析与提示：利用胡尔维兹判据，其各阶系数均大于零，计算子行列式，反求出K 的范围。 答案：系统的闭环特征方程为 ()()0125.011.0=+++K s s s
南理工机械院控制工程基础实验报告
实验1模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验 一、实验目的 根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器, 以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。 二、实验内容 研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。 三、实验结果及理论分析 1.一阶系统阶跃响应 a. 电容值1uF，阶跃响应波形： b. 电容值2.2uF，阶跃响应波形:
c. 电容值4.4uF，阶跃响应波形: 2?—阶系统阶跃响应数据表 U r= -2.87V R°=505k? R i=500k? R2=496k 其中
T = R2C U c C：)=「(R/R2)U r 误差原因分析： ①电阻值及电容值测量有误差； ②干电池电压测量有误差； ③在示波器上读数时产生误差； ④元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大； ⑤电池内阻的影响输入电阻大小。 ⑥在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大3?二阶系统阶跃响应 a.阻尼比为0.1，阶跃响应波形: b.阻尼比为0.5，阶跃响应波形:
4.二阶系统阶跃响应数据表 E R w ( ?) 峰值时间 U o (t p ) 调整时间 稳态终值 超调（%） 震荡次数 C. d. 阻尼比为0.7，阶跃响应波形: 阻尼比为1.0，阶跃响应波形: CHI 反相 带宽限制 伏/格
四、回答问题 1.为什么要在二阶模拟系统中 设置开关K1和K2 ,而且必须 同时动作？ 答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的 放电回路。当K1 一旦闭合（有阶跃信号输入），为使C2不被短路所以K2必须断开，否则系统传递函数不是理论计算的二阶系统。而K1断开后，此时要让 C2尽快放电防止烧坏电路，所以K2要立即闭合。 2.为什么要在二阶模拟系统中设置 F3运算放大器？ 答：反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。 实验2模拟控制系统的校正实验 一、实验目的 了解校正在控制系统中的作用
2机械控制工程基础第二章答案
习 题 2.1 什么是线性系统其最重要的特性是什么下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统 (1) x x x x x i o o o o 222=++&&& (2) x tx x x i o o o 222=++&&& (3) x x x x i o 222o o =++&&& (4) x tx x x x i o o o 222o =++&&& 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。 2.2 图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。 图(题2.2) 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有 即 x c x c c x m i &&&&1 2 1 o o )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有 消除中间变量有 (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 即 x k x c x k k x c i i o o 1 2 1 )(+=++&& 2.3求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。 图（题2.3） 解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有 消除中间变量,并化简有
u R C u C C R R u R C u R C u C C R R u R C i i i o o o 1 2 2 1 1 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 1)()1(1+++=-+ ++&&&&&&& (2)对图(b)所示系统，设i 为电流，则有 消除中间变量,并化简有 2.4 求图(题2.4)所示机械系统的微分方程。图中M 为输入转矩,C m 为圆周阻尼，J 为转动惯量。 解：设系统输入为M （即），输 出θ(即)，分别对圆盘和质块进行动力学分析，列写动力学方程如下： 消除中间变量 x ,即可得到系统动力学方程 KM M c M m C R c k KJ c C km R cJ mC mJ m m m ++=++-++++&&&&&&&&&θ θθθ）（2 2 )()() 4(2.5 输出y(t)与输入x(t)的关系为y(t)= 2x(t)+0.5x 3(t)。 （1）求当工作点为x o =0,x o =1,x o =2时相应的稳态时输出值； （2）在这些工作点处作小偏差线性化模型，并以对工作的偏差来定
机械控制工程基础习题集
《机械控制工程基础》习题及解答 目录 第１章绪论 第２章控制系统的数学模型 第３章控制系统的时域分析 第４章控制系统的频域分析 第５章控制系统的性能分析 第６章控制系统的综合校正 第７章模拟考试题型及分值分布 第1章绪论 一、选择填空题 1.开环控制系统在其控制器和被控对象间只有（正向作用）。P2 A.反馈作用 B.前馈作用 C.正向作用 D.反向作用 2.闭环控制系统的主反馈取自（被控对象输出端）。P3 A.给定输入端 B.干扰输入端 C.控制器输出端 D.系统输出端 3.闭环系统在其控制器和被控对象之间有（反向作用）。P3 A.反馈作用 B.前馈作用 C.正向作用 D.反向作用 A.输入量 B.输出量 C.反馈量 D.干扰量 4.自动控制系统的控制调节过程是以偏差消除（偏差的过程）。P2-3 A.偏差的过程 B.输入量的过程 C.干扰量的过程 D.稳态量的过程 5.一般情况下开环控制系统是（稳定系统）。P2 A.不稳定系统 B.稳定系统 C.时域系统 D.频域系统 6.闭环控制系统除具有开环控制系统所有的环节外，还必须有(B)。p5 A.给定环节 B.比较环节 C.放大环节 D.执行环节 7.闭环控制系统必须通过（C）。p3 A.输入量前馈参与控制 B.干扰量前馈参与控制
C.输出量反馈到输入端参与控制 D.输出量局部反馈参与控制 8.随动系统要求系统的输出信号能跟随（C的变化）。P6 A.反馈信号 B.干扰信号 C.输入信号 D.模拟信号 9.若反馈信号与原系统输入信号的方向相反则为（负反馈）。P3 A.局部反馈 B.主反馈 C.正反馈 D.负反馈 10．输出量对系统的控制作用没有影响的控制系统是（开环控制系统）。P2 A.开环控制系统 B.闭环控制系统 C.反馈控制系统 D.非线性控制系统 11.自动控制系统的反馈环节中一般具有（B ）。p5 A..给定元件 B.检测元件C．放大元件D．执行元件 12. 控制系统的稳态误差反映了系统的〔 B 〕p8 A. 快速性 B.准确性 C. 稳定性 D.动态性 13.输出量对系统的控制作用有直接影响的系统是（B ）p3 A.开环控制系统 B.闭环控制系统 C.线性控制系统 D.非线性控制系统 14.通过动态调节达到稳定后，被控量与期望值一致的控制系统为（无差系统）。p6 A.有差系统 B.无差系统 C.连续系统 D.离散系统 15.自动控制系统的控制调节过程是以偏差消除( A )。P5-6 A.偏差的过程 B.输入量的过程 C.干扰量的过程 D.稳态量的过程 16.闭环控制系统除具有开环控制系统所有的环节外，还必须有( B )。P4-5 A.给定环节 B.比较环节 C.放大环节 D.执行环节 17.闭环控制系统必须通过( C )。P3-4 A.输入量前馈参与控制 B.干扰量前馈参与控制 C.输出量反馈到输入端参与控制 D.输出量局部反馈参与控制 18.输出信号对控制作用有影响的系统为( B )。p3 A.开环系统 B.闭环系统 C.局部反馈系统 D.稳定系统 19.把系统扰动作用后又重新平衡的偏差称为系统的( B )。p8 A.静态误差 B.稳态误差 C.动态误差 D.累计误差 20.干扰作用下，偏离原来平衡状态的稳定系统在干扰作用消失后( B )。P7 A.将发散离开原来的平衡状态 B.将衰减收敛回原来的平衡状态 C.将在原平衡状态处等幅振荡 D.将在偏离平衡状态处永远振荡 21.无差系统是指( B )。P6 A.干扰误差为零的系统 B.稳态误差为零的系统 C.动态误差为零的系统 D.累计误差为零的系统 22.把系统从一个稳态过渡到新的稳态的偏差称为系统的( B )p8
西安交通大学17年3月课程考试《机械控制工程基础》作业考核试题
西安交通大学17年3月课程考试《机械控制工程基础》作业考核试题 一、单选题（共30 道试题，共60 分。） 1. 一个系统稳定的充要条件是系统的全部极点都在[S]平面的（） A. 右半平面内 B. 上半平面内 C. 左半平面内 D. 下半平面内 正确答案： 2. 拉氏变换将时间函数变换成（） A. 正弦函数 B. 单位阶跃函数 C. 单位脉冲函数 D. 复变函数 正确答案： 3. 一阶系统的阶跃响应，( ) A. 当时间常数T较大时有振荡 B. 当时间常数T较小时有振荡 C. 有振荡 D. 无振荡 正确答案： 4. 系统稳定的必要和充分条件是其特征方程的所有的根都必须为（） A. 负实数或为具有负实部的复数 B. 正实数 C. 具有正实数的复数 D. 具有负实数的复数 正确答案： 5. 一个线性系统稳定与否取决于（） A. 系统的结构和参数 B. 系统的输入 C. 系统的干扰 D. 系统的初始状态 正确答案： 6. 关于系统模型的说法，正确的是（） A. 每个系统只有一种数据模型 B. 动态模型在一定条件下可简化为静态模型 C. 动态模型比静态模型好
D. 静态模型比动态模型好 正确答案： 7. 最小相位系统的定义为：系统开环传递函数G(s)的所有零点和极点均在s平面的（） A. 左半平面 B. 左半平面 C. 上半平面 D. 下半平面 正确答案： 8. 二阶欠阻尼系统的上升时间为（） A. 阶跃响应曲线第一次达到稳定值的98%的时间 B. 阶跃响应曲线达到稳定值的时 C. 阶跃响应曲线第一次达到稳定值的时间 D. 阶跃响应曲线达到稳定值的98%的时间 正确答案： 9. 系统的传递函数（） A. 与外界无关 B. 反映了系统、输出、输入三者之间的关系 C. 完全反映了系统的动态特性 D. 与系统的初始状态有关 正确答案： 10. 线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下（） A. 系统输出信号与输入信号之比 B. 系统输入信号与输出信号之比 C. 系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 D. 系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 正确答案： 11. 某线性定常系统，当输入为单位阶跃函数时，该系统的传递函数为( ) A. sY(s) B. s+Y(s) C. s-Y（s） D. ssY(s) 正确答案： 12. 二阶系统的阻尼比ζ，等于( ) A. 系统的粘性阻尼系数 B. 临界阻尼系数与系统粘性阻尼系数之比 C. 系统粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比 D. 系统粘性阻尼系数的倒数 正确答案： 13. 关于反馈的说法，正确的是（） A. 反馈实质上就是信号的并联 B. 反馈都是人为加入的 C. 正反馈就是输入信号与反馈相加 D. 反馈就是输出以不同方式作用于系统 正确答案：
机械控制工程基础复习题及参考答案
一、单项选择题： 1. 某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为 A. 发散振荡 B. 单调衰减 C. 衰减振荡 D. 等幅振荡 2． 一阶系统G(s)=1 +Ts K 的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 A ．越长 B ．越短 C ．不变 D ．不定 3. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？ A.输入信号 B.初始条件 C.系统的结构参数 D.输入信号和初始条件 4．惯性环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为 A ．-270° B ．-180° C ．-90° D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)= s 1 ，则其频率特性幅值M(ω)= A. ωK B. 2K ω C. ω1 D. 21ω 6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为 A. a 1y 1(t)+y 2(t) B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t) C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t) D. y 1(t)+a 2y 2(t) 7．拉氏变换将时间函数变换成 A ．正弦函数 B ．单位阶跃函数 C ．单位脉冲函数 D ．复变函数 8．二阶系统当0<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将 A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 A ．系统输出信号与输入信号之比 B ．系统输入信号与输出信号之比 C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 10．余弦函数cos t ω的拉氏变换是 A.ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2 2s 1ω + 11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)= A. 90° B. -90° C. 0° D. -180° 12. II 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 A. -40(dB/dec) B. -20(dB/dec) C. 0(dB/dec) D. +20(dB/dec) 13．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的
2机械控制工程基础第二章答案
习 题 2.1 什么是线性系统?其最重要的特性是什么?下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统? (1) x x x x x i o o o o 222=++ (2) x tx x x i o o o 222=++ (3) x x x x i o 222o o =++ (4) x tx x x x i o o o 222o =++ 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。 2.2 图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。 图(题2.2) 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有
x m x c x x c i o o 2 o 1 )(=-- 即 x c x c c x m i 1 2 1 o o )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有 )1()()(1 x x c k x x o i -=- )2()(2 x k x x c o o =- 消除中间变量有 x ck x k k x k k c i o 1 2 1 o 2 1 )(=-- (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 x k x x k x x c o o i o i 2 1 )()(=-+- 即 x k x c x k k x c i i o o 1 2 1 )(+=++ 2.3求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。 图（题2.3） 解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有 ?+=idt C i R u o 12 2 i R u u o i 1 1=-
机械控制工程基础试题及答案
一、单项选择题（在每小题的四个被选答案中，选出一个正确的答案，并将其 答案按顺序写在答题纸上，每小题2分，共40分） 1． 闭环控制系统的特点是 A 不必利用输出的反馈信息 B 利用输入与输出之间的偏差对系统进行控制 C 不一定有反馈回路 D 任何时刻输入与输出之间偏差总是零，因此不是用偏差来控制的 2．线性系统与非线性系统的根本区别在于 A 线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入 B 线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入 C 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理 D 线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理 3． 2 22 )]([b s b s t f L ++=，则)(t f A bt b bt cos sin + B bt bt b cos sin + C bt bt cos sin + D bt b bt b cos sin + 4．已知 ) (1 )(a s s s F += ，且0>a ，则 )(∞f A 0 B a 21 C a 1 D 1 5．已知函数)(t f 如右图所示，则 )(s F A s s e s e s --+2211 B s s e s s 213 212+-- C )22121(1332s s s s se e e se s ------+ D )221(1s s s e e s e s ----+ 6．某系统的传递函数为 ) 3)(10() 10()(+++= s s s s G ，其零、极点是 A 零点 10-=s ，3-=s ；极点 10-=s B 零点 10=s ，3=s ；极点 10=s
C 零点 10-=s ；极点 10-=s ，3-=s D 没有零点；极点 3 =s
机械控制工程基础复习题及复习资料
机械控制工程基础复习题1 1、 选择填空（30分，每小题2分） （下列各题均给出数个答案，但只有一个是正确的，请将正确答案的序号写在空白 处） 1.1在下列典型环节中，属于振荡环节的是 。 (A) 101.010)(2++= s s s G (B) 1 01.01)(2 ++=s s s G (C) 101 )(+=s s G 1.2系统的传递函数定义为在零初始条件下输出量的Laplace 变换与输入量的Laplace 变换之比，其表达式 。 （A ）与输入量和输出量二者有关 （B ）不仅与输入量和输出量二者有关，还与系统的结构和参数有关 （C ）只与系统的结构和参数有关，与输入量和输出量二者无关 1.3系统峰值时间p t 满足 。 （A ） 0)(=p p o dt t dx （B ）)()(∞=o p o x t x （C ）)()()(∞??≤∞-o o p o x x t x 其中，)(t x o 为系统的单位阶跃响应。 1.4开环传递函数为G (s )的单位反馈系统的静态速度误差系数的计算式为 。 (A) )(lim 0 s G K s v →= (B) )(lim 2 s G s K s v →= (C) )(lim 0 s sG K s v →= 1.5最大百分比超调量(%)p M 的定义式为 。 （A ）)()(max (%)∞-=o o p x t x M (B) %100) () ()(max (%)∞∞-= o o o p x x t x M （C ）) () (max (%)t x t x M i o p = 其中，)(t x i 为系统的输入量，)(t x o 为系统的单位阶跃响应，)(max t x o 为)(t x o 的最大值。 1.6给同一系统分别输入)sin()(11t R t x i ω=和)sin()(2t R t x r i ω=这两种信号（其中， r ω是系统的谐振频率，1ω是系统正常工作频率范围内的任一频率），设它们对应的稳态输出分别为)sin()(1111?ω+=t C t x o 和)sin()(222?ω+=t C t x r o ，则 成立。 （A ）21C C > （B ）12C C > （C ）21C C = 1.7 若一单位反馈系统的开环传递函数为) ()(1220 a s a s a s G += , 则由系统稳定的必 要条件可知， 。 （A ）系统稳定的充分必要条件是常数210,,a a a 均大于0
机械控制工程基础复习题及答案
(A )系统稳定的充分必要条件是常数 a °,a 1,a 2均大于0 机械控制工程基础复习题 1 1、选择填空(30分，每小题2分) (下列各题均给岀数个答案，但只有一个是正确的，请将正确答案的序号写在空白 ____ 处) 1.1在下列典型环节中，属于振荡环节的是 ________ 1.2系统的传递函数定义为在零初始条件下输出量的 Laplace 变换与输入量的Lap lace 变换之比，其表达式 _______ 。 (A) 与输入量和输出量二者有关 (B) 不仅与输入量和输出量二者有关，还与系统的结构和参数有关 (C) 只与系统的结构和参数有关，与输入量和输出量二者无关 1.3系统峰值时间t p 满足 _________ (A ) dX 0^ 0 ( B ) X °(t p ) x o ( ) (C ) X o (t p ) X o ( ) x o () dt p 其中，x o (t)为系统的单位阶跃响应。 1.4开环传递函数为 G(s)的单位反馈系统的静态速度误差系数的计算式为 ___ 。 (A) K v lim G(s) (B) K v lim s 2G(s) s 0 s 0 (C) K v lim sG(s) 1.5最大百分比超调量 M p (%)的定义式为 ________ 。 (A ) M p (%) max x o (t) x o ( ) (B) M p (%) maxx o (t) xo ^^100% X o () (C ) M p (%) max Xo (t) p |xi (t)| 其中，X i (t)为系统的输入量，X o (t)为系统的单位阶跃响应， maxx o (t)为x °(t)的最大值。 1.6给同一系统分别输入 X i1(t) Rsin( 1t)和X i2(t) Rsin( r t)这两种信号(其中, r 是系统的谐振频率， 1是系统正常工作频率范围内的任一频率) ，设它们对应的稳态 输出分别为 x o1 (t) C 1sin( 1t "和 x o2(t) C 2sin( r t 2)，则 _____ 成立。 (A) G(s) 10 0.1s 2 s 10 (B) G(s) 1 0.01s 2 s 1 (C) G(s) 1 s 10 (A ) C 1 C 2 (B ) C 2 C 1 (CC C 1 C 2 1.7若一单位反馈系统的开环传递函数为 要条件可知， ______ 。 G(s) a 。 s(a 2s 2 a 1) 则由系统稳定的必
机械控制工程基础实验报告
中北大学机械与动力工程学院 实验报告 专业名称__________________________________ 实验课程名称______________________________ 实验项目数_______________总学时___________ 班级______________________________________ 学号______________________________________ 姓名______________________________________ 指导教师__________________________________ 协助教师__________________________________ 日期______________年________月______日____
实验二二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1．研究二阶系统的特征参数如阻尼比ζ和无阻尼自然频率ω n 对系统动态性能 的影响；定量分析ζ和ω n 与最大超调量Mp、调节时间t S 之间的关系。 2．进一步学习实验系统的使用方法。 3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。 二、实验仪器 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验原理 1．模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2.时域性能指标的测量方法：超调量% σ： 1)启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2)测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查 找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3)连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1 输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4)在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应] 。 5)鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置相应 的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。 6)利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下式算出超 调量： Y MAX - Y ∞ % σ=——————×100% Y ∞ t P 与t s :利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳 态值所需的时间值，便可得到t P 与t s 。 四、实验内容 典型二阶系统的闭环传递函数为 ω2 n ?（S）= （1） s2＋2ζω n s＋ω2 n
机械控制工程基础
机械控制工程基础（专升本） 多选题 1. 微分环节的特点和作用是_______.(5分) (A) 输出提前于输入 (B) 干扰噪声放大 (C) 高通滤波 (D) 作为反馈环节，可改善系统的稳定性 (E) 作为校正环节，使系统的剪切频率增大 标准答案是：A,B,C,D,E 2. 闭环控制系统必不可少的环节有_______.(5分) (A) 输入输出 (B) 被控对象 (C) 测量环节 (D) 校正环节 (E) 比较环节 标准答案是：A,B,C,D,E 3. 若系统的传递函数为G(s)=10(s+5)/[s2(s+2)(s2+0.2s+100)]，则其特性是_______.(5分) (A) 其奈奎斯特曲线在频率趋于零时的起点处，应平行于负实轴 (B) 其奈奎斯特曲线在频率趋于无穷大的终点处，应平行于正实轴，并进入坐标原点 (C) 其Bode图的转折频率依次为2，3.14，10，50 (D) 其Bode图的幅频特性的斜率依次为[-40],[-60],[-100],[-80]dB/Dec (E) 系统的增益为5/2 标准答案是：A,B,C,D 4. 工程实际中常用的典型测试信号有________.(5分) (A) 脉冲信号 (B) 阶跃信号 (C) 斜坡信号 (D) 抛物线信号 (E) 正弦信号 标准答案是：A,B,C,D,E 5. PID调节器与无源器件的相位滞后-超前校正器在原理上的区别有_______.(5分) (A) PID调节器在低频段的斜率为-20dB/Dec，相位滞后-超前校正器的低频段斜率为0dB/Dec (B) PID 调节器的高频段的斜率为+20dB/Dec，相位滞后-超前校正器的高频段斜率为0dB/Dec (C) PID调节器对高频噪声敏感，无源器件的相位滞后超前校正器则不放大高频噪声 (D) PID调节器构成带阻滤波器 (E) PID调节器是带通滤波器 标准答案是：A,B,C 6. 单位负反馈系统的闭环传递函数为G(s)=9(0.2s+1)(0.5s+1)/[s2(0.1s+1)]，则系统特性为_______.(5分) (A) 它是II型系统 (B) 闭环系统包含的典型环节有六个 (C) 闭环系统跟踪斜坡信号的稳态误差为零 (D) 闭环系统跟踪阶跃信号的稳态误差为零 1
机械控制工程基础_习题集含答案
《机械控制工程基础》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 所有 习题 【说明】：本课程《机械控制工程基础》（编号为09010）共有单选题,计算题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题]等试题类型未进入。 一、单选题 1. t e 2-的拉氏变换为（ ）。 A. s 21； B. 15 .0+s ； C. 21+s ； D. 2 1s e 2- 2. )(t f 的拉氏变换为) 2(6 ][+= s s s F ，则)(t f 为（ ）。 A. t e 23-； B. t e 21--； C. )1(32t e --； D. t e 26- 3. 脉冲函数的拉氏变换为（ ）。 A. 0 ； B. ∞； C. 常数； D. 变量 4. ()t t f δ5)(=，则=)]([t f L （ ）。 A. 5 ； B. 1 ； C. 0 ； D. s 5 5. 已知) 52)(2(3 3)(22+++++=s s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ）。 A. ∞ ； B. 0 ； C. 0.6 ； D. 0.3
6. 已知) 45(3 2)(22++++=s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ）。 A. 0 ； B. ∞ ； C. 0.75 ； D. 3 7. 已知s n e s a s F τ-= 2 )(其反变换f (t)为（ ）。 A. )(ττa t n a -?； B. )(τn t a -?； C. τn te a -?； D. )(1 τn t a -? 8. 已知) 1(1 )(+= s s s F ，其反变换f (t)为（ ）。 A. t e -1； B. t e -+1； C. t e --1； D. 1--t e 9. 已知t e t f t 2sin )(-=的拉氏变换为（ ）。 A. s e s 224 2-+ ； B. 4)4(22++s ； C. 4)1(2 ++s s ； D. s e s s 22 4 -+ 10. 图示函数的拉氏变换为（ ）。 a 0 τ t A. )1(12s e s a ττ--； B. )1(12s e s a ττ--； C. )1(1s e s a ττ--；D. )1(12 s e s a ττ- 11. 若)(∞f =0，则][s F 可能是以下（ ）。 A. 91-s ； B. 9 2+s s ； C. 91+s ； D. 9 1 2+s 12. 开环与闭环结合在一起的系统称为（ ）。 A.复合控制系统； B.开式控制系统； C.闭和控制系统； D.正反馈控制系统
机械控制工程基础实验指导书(07年)
中北大学 机械工程与自动化学院 实验指导书 课程名称：《机械工程控制基础》 课程代号：02020102 适用专业：机械设计制造及其自动化 实验时数：4学时 实验室：数字化实验室 实验内容：1.系统时间响应分析 2.系统频率特性分析 机械工程系 2010.12
实验一 系统时间响应分析 实验课时数：2学时 实验性质：设计性实验 实验室名称：数字化实验室 一、实验项目设计内容及要求 1.试验目的 本实验的内容牵涉到教材的第3、4、5章的内容。本实验的主要目的是通过试验，能够使学生进一步理解和掌握系统时间响应分析的相关知识，同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。 2.试验内容 完成一阶、二阶和三阶系统在单位脉冲和单位阶跃输入信号以及正弦信号作用下的响应，求取二阶系统的性能指标，记录试验结果并对此进行分析。 3.试验要求 学习教材《机械工程控制基础（第5版）》第2、3章有关MA TLAB 的相关内容，要求学生用MA TLAB 软件的相应功能，编程实现一阶、二阶和三阶系统在几种典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号和正弦信号）作用下的响应，记录结果并进行分析处理：对一阶和二阶系统，要求用试验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响；对二阶系统和三阶系统的相同输入信号对应的响应进行比较，得出结论。 4.试验条件 利用机械工程与自动化学院数字化试验室的计算机，根据MA TLAB 软件的功能进行简单的编程来进行试验。 二、具体要求及实验过程 1.系统的传递函数及其MA TLAB 表达 (1)一阶系统 传递函数为：1 )(+= Ts K s G 传递函数的MA TLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统 传递函数为：2 2 2 2)(n n n w s w s w s G ++= ξ 传递函数的MA TLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，ξ2wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统 传递函数为：n n n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++= ----11 101110)( 传递函数的MA TLAB 表达： num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[n n a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den)
机械控制工程基础期末试卷_答案2解析
一. 填空题(每小题2.5分，共25分) 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 快速性 和 准确性 。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环系统 和 闭环系统 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 微分方程 、 传递函数 等。 4． 误差响应 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统 控制精度的程度。 5． 一阶系统 1 1 Ts +的单位阶跃响应的表达是 。 6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 频域性能指标 。 7． 频率响应是线性定常系统对 谐波 输入的稳态响应。 8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与 的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的 。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 。 二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分） 炉温控制系统 图1 炉温控制结构图 试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。 三、如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分） 图2 四、求拉氏变换与反变换 (10分) 1． 求[0.5]t te -（5分） 2． 求 1 3[ ](1)(2) s s s -++（5分） R u 0 u i L C u 0u i (a) (b) (c)
五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分） 图3 六、图4示机械系统由质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度K 和外力)(t f 组成的机械动力系统。图4(a)中)(t x o 是输出位移。当外力)(t f 施加3牛顿阶跃力后(恒速信号)，记录仪上记录质量m 物体的时间响应曲线如图4（b ）所示。试求： 1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5分) 2）该系统的自由频率n ω、阻尼比ξ；(2分) 3）该系统的弹簧刚度质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度k ；（3分） 4）时间响应性能指标：上升时间s t 、调整时间r t 、稳态误差ss e （5分）。 1.0 x 0 图4(a) 机械系统 图4（b ）响应曲线 图4 七、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数1 510 += s G k ，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号（斜坡信号）作用下的稳态误差ss e 分别是多少？（10分）
机械工程控制基础知识点整合
第一章绪论 1、控制论的中心思想、三要素和研究对象。 中心思想：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 三要素：信息、反馈与控制。 研究对象：研究控制系统及其输入、输出三者之间的动态关系。 2、反馈、偏差及反馈控制原理。 反馈：系统的输出信号部分或全部地返回到输入端并共同作用于系统的过程称为反馈。 偏差：输出信号与反馈信号之差。 反馈控制原理：检测偏差，并纠正偏差的原理。 3、反馈控制系统的基本组成。 控制部分：给定环节、比较环节、放大运算环节、执行环节、反馈（测量）环节 被控对象 基本变量：被控制量、给定量（希望值）、控制量、扰动量（干扰） 4、控制系统的分类 1）按反馈的情况分类 a、开环控制系统：当系统的输出量对系统没有控制作用，即系统没有反馈回路时，该系 统称开环控制系统。 特点：结构简单，不存在稳定性问题，抗干扰性能差，控制精度低。 b、闭环控制系统：当系统的输出量对系统有控制作用时，即系统存在反馈回路时，该系 统称闭环控制系统。 特点：抗干扰性能强，控制精度高，存在稳定性问题，设计和构建较困难，成本高。 2）按输出的变化规律分类 自动调节系统 随动系统 程序控制系统 3）其他分类 线性控制系统连续控制系统 非线性控制系统离散控制系统 5、对控制系统的基本要求 1）系统的稳定性：首要条件 是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。 2）系统响应的快速性 是指当系统输出量与给定的输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的能力。 3）系统响应的准确性（静态精度） 是指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差大小。
第二章系统的数学模型 1、系统的数学模型：描述系统、输入、输出三者之间动态关系的数学表达式。 时域的数学模型：微分方程；时域描述输入、输出之间的关系。→单位脉冲响应函数复数域的数学模型：传递函数；复数域描述输入、输出之间的关系。 频域的数学模型：频率特性；频域描述输入、输出之间的关系。 2、线性系统与非线性系统 线性系统：可以用线性方程描述的系统。 重要特性是具有叠加原理。 3、系统微分方程的列写 4、非线性系统的线性化 5、传递函数的概念： 1）定义：初始状态为零时，输出的拉式变换与输入的拉氏变换之比。即 G(s) =Y(s)/X(s) 2）特点： （a）传递函数反映系统固有特性，与外界无关。 （b）传递函数的量纲取决于输入输出的性质，同性质的物理量无量纲；不同性质的物理量有量纲，为两者的比值。 （c）不同的物理系统可以有相似的传递函数，传递函数不反映系统的真实的物理结构。（d）传递函数的分母为系统的特征多项式，令分母等于零为系统的特征方程，其解为特征根。 （e）传递函数与单位脉冲响应函数互为拉氏变换与拉氏反变换的关系。