机械控制工程基础考试A卷答案

《机械控制工程基础》考试题

考试时间120分钟

课程机械工程控制基础试卷A卷学号

一、填空(每空1分，共10分)

1、自动控制是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使生产工程或被控制对象的某一物理量按预期的规律运行。

2、控制系统的基本联接方式有串联、并联和反馈联接。

3、内反馈是形成机械系统动态特性的根本原因，为达到某种目的而人为加入的反馈称为外反馈。

4、极坐标图(Nyquist图)与对数坐标图(Bode图)之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的0分贝线；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的－180°线。

二、选择题(10×2分=20分)

1、反馈控制系统是指系统中有( A )

A、反馈回路

B、惯性环节

C、积分环节

D、PID调节器

2、自动控制系统按照有无反馈来分，可以分为( D )

A、开环系统和随动系统

B、闭环系统和随动系统

C、恒值控制系统和开环系统

D、开环系统和闭环系统

3、当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为( B )

A、最优控制

B、系统辩识

C、系统校正

D、自适应控制

4、系统的传递函数是在零初始条件下，其( B )的Laplace变换之比。

A、输入与输出

B、输出与输入

C、输出与偏差

D、输出与误差

5、瞬态响应的几个性能指标中，不能反映系统时间响应的快速性的是( B )

A上升时间t r B最大超调量M p

C调整时间t s D峰值时间t p

6、设ωc为幅值穿越(交界)频率，φ(ωc)为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为( C )

A180°－φ(ωc)Bφ(ωc)

C180°+φ(ωc) D90°+φ(ωc)

7、稳定性裕量中，G(jω)H(jω)曲线与单位圆相交时的频率是( B )

A相位交界频率B幅值交界频率

C截止频率D相位穿越频率

8、下列哪一项不是控制系统的性能指标( C )

A时域性能指标B频域性能指标

C稳定性裕量指标D综合性能指标

9、某系统的微分方程为52

000

() ()()()

x t x t x t x t

i

+?=

,它是( C )

A线性系统B线性定常系统

C非线性系统D非线性时变系统

10、相位超前校正网络的作用是下列的哪一项( B )

A系统的相对稳定性得到提高

B增加闭环系统的稳定性裕度

C系统的带宽下降

D系统的上升时间和调整时间加长

三、简答题(每小题7分，共42分)

1.什么是线性系统，其最重要的特性是什么？

答：如果系统的数学模型是线性的，这种系统就叫做线性系统。

最重要的特点是适用于叠加原理（输出和输入成正比）。

2.什么是时间响应？按照控制作用的特点可将系统分为哪几类？

答：时间响应是指控制系统在输入作用下，被控量（即系统输出）随时间的变化情况。按照控制作用的特点可将系统分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

3.对控制系统的基本要求是什么？

答：1）系统的稳定性。是系统工作的首要条件。

2）系统响应的快速性。 3）系统响应的准确性。

4.控制系统稳定性的定义是什么？

答：系统的稳定性指系统在扰动作用下偏离平衡位置，当干扰撤消后，系统自动调节回到平衡位置的能力。

5.系统稳定的充分必要条件是什么？

答：系统稳定的充要条件是系统所有的特征根的实部全部小于零，或系统传递函数的所

有极点均分布在s 平面的左半平面内。 6. 写出六种典型环节的传递函数。 答：1）比例环节(放大环节) K s R s C s G ==

)

()

()(

2）惯性环节 1)()()(+=

=

Ts K

s R s C s G 3）微分环节 Ts s R s C s G ==

)

()

()( 4）积分环节 Ts

s R s C s G 1

)()()(==

5）振荡环节 1

2)()()(2

2++==Ts s T K

s R s C s G ξ 6）延时环节 s

e s R s C s G τ-==

)

()

()(四、试说明如图1所示液面自动控制系统的工作原理并判断系统类型。（8分）

水通过阀门控制而进入水箱，当水位不断上升

时，通过浮子，经过杠杆机构使阀门关小，减小进水流量。当水位下降时，通过浮子反馈，经杠杆机构使阀门开大。这一系统是用浮子作为控制器来比较实际液面高度和理想液面高度，并通过杠杆机构来控制阀门的开度，对偏差进行修正，

从而保持液面高度不变。这是一个闭环控制系统。

五、求下列微分方程的传递函数

())A (2是常数、、、其中，βαλλθαr y y

A =++。(10分) 解：在零初始条件下进行Laplace 变换：

()()()()s sR s sY s Y s A =++λθα22

()[]()()s sR s Y s s A =++λθα

2

2

所以，()()()()λθ

αλθα++A

=++A ==

2

22s s s s s R s Y s G 传递函数为： 六、若系统传递函数方框图如图所示，求：以R(s)为输入，当N(s)=0时，分别以C(s)、Y(s)、B(s)、E(s)为输出的传递函数。(10分)

解：

以C(s)为输出，有()()()()()()()()

s H s G s G s G s G s R s C s G C 21211+==

以Y(s)为输出，有()()()()()()()

s H s G s G s G s R s Y s G Y 2111+==

以B(s)为输出，有()()()()()()()()()s H s G s G s H s G s G s R s B s G B 21211+==

以E(s)为输出，有()()()()()()

s H s G s G s R s E s G E 2111

+==