机械控制工程试卷六及其答案详解
机械控制工程课后习题解答
机械控制工程基础答案提示第二章 系统的数学模型2-1 试求如图2-35所示机械系统的作用力)(t F 与位移)(t y 之间微分方程和传递函数。
)(t F )(t y f图2-35 题2-1图解：依题意：()()()()22d y t dy t a m F t f ky t dt b dt⋅=⋅-⋅- 故 ()()()()t F b at ky dt t dy f dt t y d m⋅=+⋅+22 传递函数: ()()()kfs ms b as F s Y s G ++==22-2 对于如图2-36所示系统，试求出作用力F 1(t )到位移x 2(t )的传递函数。
其中，f 为粘性阻尼系数。
F 2(t )到位移x 1(t )的传递函数又是什么？m 2m 1k 1 f k 2F 1(t )F 2(t ) x 2(t )x 1(t )图2-36 题2-2图解：依题意：对1m ： ()()()()212121111dt t x d m dt t dx dtt dx f t x k F =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--- 对两边拉氏变换：()()()[]()s X s m s sX s sX f x k s F 12121111=--- ①对2m ： ()()()()()222222212dt t x d m t x k dt t dx dt t dx f t F =-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+ 对两边拉氏变换：()()()[]()()s X s m s x k s sx s sx f s F 22222212=--+ ②故： ()()()()()()()()⎩⎨⎧=+++-=-++S F s x k fs s m s fsx s F s fsx s x k fs s m 222221121121 故得：()()()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-+++++++=-+++++++⋅=22221212212122222121222211fs k fs s m k fs s m k fs s m s F s fsF s x fs k fs s m k fs s m s fsF k fs s m s F s x 故求()t F 1到()t x 2的传递函数 令：()02=s F()()()()()()()()()2122211122432121212211212x s fsG s F s m s fs k m s fs k fs fsm m s f m m s m k m k s f k k s k k ==++++-=+++++++求()t F 2到()t x 1的传递函数 令：()01=s F()()()()()()()()()1122221122432121212211212x s fsG s F s m s fs k m s fs k fs fsm m s f m m s m k m k s f k k s k k ==++++-=+++++++2-3 试求图2-37所示无源网络传递函数。
机械工程控制基础考试卷试题完整版
机械控制工程基础一、填空题1. 线性控制系统最重要的特征是能够应用叠加原理，而非线性控制系统则不可以。
2．反应控制系统是依据输入量和反应量的偏差进行调理的控制系统。
3. 依据自动控制系统能否设有反应环节来分类，控制系统可分为 __开环_控制系统、_闭环__控制系统。
4. 依据系统输入量变化的规律，控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
5. 假如在系统中只有失散信号而没有连续信号，则称此系统为失散( 数字) 控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描绘。
6. 依据控制系统元件的特征，控制系统可分为 __线性__ 控制系统、非线性_控制系统。
7. 线性控制系统其输出量与输入量间的关系能够用线性微分方程来描绘。
8. 关于一个自动控制系统的性能要求能够归纳为三个方面：稳固性、迅速性和正确性。
9. 在控制工程基础课程中描绘系统的数学模型有微分方程、传达函数等。
10. 传达函数的定义是关于线性定常系统 , 在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
11. 传达函数的构成与输入、输出信号没关，只是决定于系统自己的构造和参数，而且只适于零初始条件下的线性定常系统。
12. 瞬态响应是系统遇到外加作用激励后，从初始状态到最后稳固状态的响应过程。
13. 脉冲信号能够用来反应系统的抗冲击能力。
14. 单位斜坡函数 t 的拉氏变换为12s。
15. 单位阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。
1 6．在单位斜坡输入信号作用下， 0 型系统的稳态偏差 e ss= 。
17. I 型系统G s K( )s(s 2)在单位阶跃输入下，稳态偏差为 0 ，在单位加快度输入下，稳态偏差为∞。
18. 一阶系统 1Ts 1 t的单位阶跃响应的表达是T1 e 。
1 9．决定二阶系统动向性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和无阻尼固有频次ω n 。
20. 二阶系统的典型传达函数是2s2nw22 w n s w n。
2 1．二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为 0 1。
机械工程控制基础考试题及答案
机械工程控制基础考试题及答案机械工程控制基础是机械工程专业中非常重要的一个方面，掌握该领域的基本知识对机械工程师的工作至关重要。
在进行机械工程控制基础考试时，掌握学科基础知识与技巧应是首要准备，同样重要的还有解题能力。
因此，我们在此提供几道机械工程控制基础考试题及答案供大家参考。
1. 下列哪些控制系统是模糊控制系统？A. 摆线刀切削力控制系统B. 滤波器控制系统C. 股票市场交易系统D. 空调控制系统正确答案：A、C、D。
模糊控制系统是一种以模糊逻辑为基础，实现对复杂非线性系统的控制的一种方法。
股票市场交易系统属于复杂非线性系统，可以用模糊控制系统进行控制。
2. 控制系统的传递函数为：G(s) = 1 / [(s + 1)(s + 3)]，求其单位阶跃响应。
正确答案：G(s)的单位阶跃响应为：Y(s) = [1 / (s + 1)] - [1 / (s + 3)]，通过部分分式分解得到Y(t) = 1/2 - 1/2e^(-2t)。
因此，该系统的单位阶跃响应为Y(t) = 1/2 - 1/2e^(-2t)。
3. 下列哪个量不是PID控制器中的一个参数？A. 比例系数B. 积分时间C. 微分时间D. 控制信号正确答案：D。
PID控制器包括比例控制、积分控制和微分控制三个部分，分别由比例系数、积分时间和微分时间控制。
4. 一个反馈控制系统的开环传递函数为：G(s) = 1 / (s -1)，闭环传递函数为：H(s) = G(s) / (1 + G(s)), 求该控制系统的稳态误差。
正确答案：该控制系统的稳态误差为0。
5. 已知一个控制系统稳定，其零极点分布情况如下：零点为s= -1, -2；极点为s = -3, -4，判断该系统稳定类型。
正确答案：由于该控制系统的极点均位于左半平面，因此该控制系统稳定。
6. 下列哪种控制模式比例带宽越大，相对带宽越小？A. 位置控制模式B. 速度控制模式C. 加速度控制模式D. 跟踪控制模式正确答案：B。
机械工程控制基础试卷及答案
第1页（共9页）《机械工程控制基础》试卷（A 卷）一、填空题（每空1分, 共20分）1.对控制系统的基本要求是 系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 。
2.已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 1/s2+1/s 或者（1+s ）/s2 。
3.二阶系统的极点分别为s1=−0.5,s2=−4, 系统增益为2, 则其传递函数G(S)= 2/(s+0.5)(s+_4)4.零频幅值A(0)表示当频率 接近于零时, 闭 环系统输出的幅值与输入幅值之比。
5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题, 机械工程控制就是研究系统、输入、输出三者之间的动态关系。
6、系统的频率特性求取有三种方法: 根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s 换为 jw 来求取。
8、微分环节的控制作用主要有 使输出提前 、 增加系统的阻尼 、 强化噪声 。
9、二阶系统的传递函数为 , 其中 为系统的 无阻尼固有频率 , 当 时为 欠阻尼 系统。
在阻尼比ξ<0.707时, 幅频特性出现峰值, 称谐振峰值, 此时的频率称谐振频率ωr ＝ 。
10、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为相似系统。
11.对自动控制系统按照输出变化规律分为自动调节系统、随动系统、程序控制系统。
12.对积分环节而言, 其相频特性∠G(jw)=-900。
二、名词解释（每个4分, 共20分）1.闭环系统: 当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时, 称之为闭环系统。
2、系统稳定性：指系统在干扰作用下偏离平衡位置, 当干扰撤除后, 系统自动回到平衡位置的能力。
3.频率特性: 对于线性定常系统, 若输入为谐波信号, 那么稳态输出一定是同频率的谐波信号, 输出输入的幅值之比及输出输入相位业班级： 姓名： 学号：……………密………………………………封………………………………线…………………………第2页（共9页）之差统称为频率特性。
期末复习题机械控制工程考试试题与答案
8.某系统的传递函数为 G(s)二亠，则该系统的单位脉冲响应函数为(2tA. 5e 复习题参考答案•、单项选择题1.开环系统与闭环系统最本质的区别是( A ) A.开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用 B. 开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用 C. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路 D. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路 0 < t V 5 ，则 L[f(t)] t > 5 2.若 f(t) -se A.- s 1C.—s 3.已知f(t) 2 A. s 05s 1 1 C. 2-'- 2s s _5s e B.—— s 1 5s D. - e sB. 05s 21 D.— 2s 4. 若 f(t)二 te^，则 L[f(t)]二(B 1 A.- s2 1 C.-s-25. 线性系统与非线性系统的根本区别在于( 1 B. 2 (s 2)2 1 D. 2 (S-2)) A. 线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数 B. 线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入C. 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理D. 线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少 6. 系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数为( B ) 10 A. -5s 1 20s B. - 5s 1 10 R(s) 10 5s 1C(s)C. - 2s(5s 1)D. 2s 7.二阶系统的极点分别为 s 1 - -05,S 2 - -4，系统增益为5,则其传递函数为( D )2 2 A.- (s_05)(s_4) 5C.(s 05)(s 4)B.- (s 05)(s 4) 10D. (s 05)(s 4)B.5t2tC.5eD .59. 二阶欠阻尼系统的上升时间 t r 定义为(C ) A. 单位阶跃响应达到稳态值所需的时间 B. 单位阶跃响应从稳态值的10%上升到90%所需的时间 C. 单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值时所需的时间 D. 单位阶跃响应达到其稳态值的 50%所需的时间 10. 系统类型 A. 系统型次B. 系统型次C. 系统型次D. 系统型次 ，、开环增益K 对系统稳态误差的影响为( ■越高，开环增益 ■越低，开环增益 ■越高，开环增益 ■越低，开环增益 K K K K 11. 一系统的传递函数为 G(s)A ) 越大，系统稳态误差越小 越大，系统稳态误差越小 越小，系统稳态误差越小 越小，系统稳态误差越小 K Ts 1 ，则该系统时间响应的快速性( CA.与K 有关 C.与T 有关12. 一闭环系统的开环传递函数为 G(s) B.与K 和T 有关D.与输入信号大小有关 8(s 3) ，则该系统为(s(2s 3)(s 2) A.0型系统，开环增益为 8 B.I 型系统，开环增益为 C 」型系统，开环增益为 4D.0型系统，开环增益为 13.瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的( A.单位脉冲函数 C.单位正弦函数B.单位阶跃函数 D.单位斜坡函数14. 二阶系统的传递函数为 G(s)厂2 Ks 2+2S+1 •增大 '减小 '减小 •增大 ) A. 无阻尼自然频率 B. 无阻尼自然频率 C. 无阻尼自然频率 D. 无阻尼自然频率 ■■n 增大，阻尼比 ■■n 增大，阻尼比 -■ n 减小，阻尼比「n 减小，阻尼比B ，当K 增大时，其( 15.所谓最小相位系统是指( A. 系统传递函数的极点均在 B. 系统开环传递函数的所有零点和极点均在 C. 系统闭环传递函数的所有零点和极点均在D. 系统开环传递函数的所有零点和极点均在10 S 平面左半平面 S 平面左半平面 S 平面右半平面 S 平面右半平面 16. 一系统的传递函数为 G(s)Q ，则其截止频率为(A ) A. 2 rad /s C.5 rad / sB.0.5 rad/s D.10 rad/s 17. 一系统的传递函数为 G(s) s(Ts 1) ，则其相位角 0 )可表达为(A. -tg ■ C. 90 -tg ^T ■B. -90 -tg^T ■ D. tg ^T -18. 一系统的传递函数为 G(s) 土，当输入「⑴皿时，则其稳态输出的幅值为(A )A. 2iB. 2 / 2C.2A.稳定性降低 B.频宽降低 C.阶跃输入误差增大 D.阶跃输入误差减小20. 一单位反馈系统的开环 Bode 图已知，其幅频特性在低频段是一条斜率为 -20dB/dec的渐近直线，且延长线与 0dB 线的交点频率为•■c =5，则当输入为r （t ）=05t 时，其稳态误差为（A ）A. 开环传递函数零点在B. 开环传递函数零点在C. 闭环传递函数零点在D. 闭环特征方程的根在 22. 关于劳斯一胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据，以下叙述中正确的是（B ）A. 劳斯一胡尔维茨判据属代数判据，是用来判断开环系统稳定性的B. 乃奎斯特判据属几何判据，是用来判断闭环系统稳定性的C. 乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的D. 以上叙述均不正确23. 以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是（ D ） A.截止频率「b B.谐振频率与谐振峰值M r C.频带宽度D.相位裕量与幅值裕量kgA. K > 0 C. 0 v K V 10 25. 对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系， 以下叙述中不正确的有 （A ） A. 开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性B. 中频段表征了闭环系统的动态特性C. 高频段表征了闭环系统的抗干扰能力D. 低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求 26. 以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为（ D ） A. 上升时间t r B.调整时间t sB. 增大稳态误差C. 减小稳态误差D. 稳态误差不变，响应速度降低As +128.串联校正环节 G c （s ），关于A 与B 之间关系的正确描述为（A ）19. 一单位反馈系统的开环传递函数为能的影响是（A ）G(s)=K s(s 1)(s 2)，当K 增大时，对系统性能D.4A. 0.1 C.0 21. 利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性B. 0.2 D. 0.5 Z = P - N 中的Z 表示意义为（D ） S 左半平面的个数 S 右半平面的个数 S 右半平面的个数 S 右半平面的个数24. 一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)二则该系统稳定的s(s K)K 值范围为（A ）B.K > 1 D. K >- 1C.幅值穿越频率D.相位穿越频率■ 'g 27.当系统采用串联校正时，校正环节为响是（D ）G c (s)s 1 2s 1则该校正环节对系统性能的影A.增大开环幅值穿越频率Bs + 1A.若G c（s）为超前校正环节，则 A > B > 0B. 若G c (s)为滞后校正环节，贝U A > B > 0C. 若G c (s)为超前一滞后校正环节，则 A 丰BD. 若G c (s)为PID 校正环节，则 A=0, B >0 29.适合应用传递函数描述的系统是： (A )A 、 单输入，单输出的线性定常系统；B 、 单输入，单输出的线性时变系统；C 、 单输入，单输出的定常系统；D 、 非线性系统。
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．，则A BC D4．已知，且，则A 0BCD 15．已知函数如右图所示，则A BCD6．某系统的传递函数为,其零、极点是A 零点，；极点B 零点，；极点C 零点；极点,D 没有零点；极点7．某典型环节的传递函数为,它是A 一阶惯性环节B 二阶惯性环节C 一阶微分环节D 二阶微分环节8．系统的传递函数只与系统的○有关.A 输入信号B 输出信号C 输入信号和输出信号D 本身的结构与参数9．系统的单位脉冲响应函数，则系统的单位阶跃响应函数为A B C D10．对于二阶欠阻尼系统来说，它的阻尼比和固有频率A 前者影响调整时间，后者不影响B 后者影响调整时间,前者不影响C 两者都影响调整时间D 两者都不影响调整时间11．典型一阶惯性环节的时间常数可在单位阶跃输入的响应曲线上求得, 时间常数是A 响应曲线上升到稳态值的95%所对应的时间B 响应曲线上升到稳态值所用的时间C 响应曲线在坐标原点的切线斜率D 响应曲线在坐标原点的切线斜率的倒数12．已知，且已分别测试得到：的幅频特性，相频的幅频特性，相频则ABCD13．已知,其相频特性为A BC D14．若系统的Bode图在处出现转折（如图所示），其渐近线由转到，这说明系统中有一个环节是A BCD15．设某系统开环传递函数为：，则此闭环系统A 稳定B 不稳定C 临界稳定D 满足稳定的必要条件16．为开环频率特性幅值等于1时的相位角，则相位裕度等于A BC D17．系统的开环对数坐标图（Bode图）与极坐标图（Nyquist图）之间的对应关系为A Bode图上的零分贝线对应于Nyquist图上的点B Bode图上的线对应于Nyquist图的负实轴C Bode图上的负分贝值对应于Nyquist图负实轴上区间D Bode图上的正分贝值对应于Nyquist图正实轴18．若已知某系统串联校正装置的传递函数为，其中则它是一种A 相位滞后—超前校正B 相位滞后校正C 相位超前校正D 相位超前—滞后校正19．从某系统的Bode图上，已知其剪切频率,则下列串联校正装置的传递函数中,能在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下，通过适当调整增益使系统稳态误差减至最小的是A BC D20．下列串联校正装置的传递函数中，能在频率处提供最大相位超前角的是A BC D二、简答题（1，2小题每题7分，3,4小题每题8分，共计30分）1．试求一阶系统的单位阶跃响应，画出近似响应曲线,并标出时间常数T的值.2．已知传递函数为，且，试绘制其极坐标近似图（Nyguist图）.3．某系统Bode图如下图（1）系统稳定与否?如果稳定,稳定程度如何？（2）在答题纸上重新画出该图，并标出相位余量、幅值余量、剪切频率，相位穿越频率。
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复习题参考答案一、单项选择题1. 开环系统与闭环系统最本质的区别是（ A ）A.开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用B.开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用C.开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路D.开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路 2. 若f t t t (),,=⎧⎨⎩⎪00515≤＜≥，则L f t [()]=（ B ）A.e ss - B.e s s-5C.1sD.15s e s3. 已知f t t ().,=+051其L f t [()]=（ C ）A.s s +052. B.052.s C.1212s s + D.12s4. 若f t te t()=-2，则L f t [()]=（ B ）A.12s +B.122()s + C.12s -D.122()s - 5. 线性系统与非线性系统的根本区别在于（ C ）A.线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数B.线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入C.线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理D.线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少 6. 系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数为（ B ）A.1051s + B.2051s s +C.10251s s ()+D.2s7. 二阶系统的极点分别为s s 12054=-=-.,，系统增益为5，则其传递函数为（ D ） A.2054(.)()s s --B.2054(.)()s s ++C.5054(.)()s s ++ D.10054(.)()s s ++ 8. 某系统的传递函数为2s 5)s (G +=，则该系统的单位脉冲响应函数为（ A ） A.52et-B.5t()R s ()C s 1051s +2sC.52e tD.5t9. 二阶欠阻尼系统的上升时间t r 定义为（ C ） A.单位阶跃响应达到稳态值所需的时间B.单位阶跃响应从稳态值的10%上升到90%所需的时间C.单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值时所需的时间D.单位阶跃响应达到其稳态值的50%所需的时间10. 系统类型λ、开环增益K 对系统稳态误差的影响为（ A ） A.系统型次λ越高，开环增益K 越大，系统稳态误差越小 B.系统型次λ越低，开环增益K 越大，系统稳态误差越小 C.系统型次λ越高，开环增益K 越小，系统稳态误差越小 D.系统型次λ越低，开环增益K 越小，系统稳态误差越小 11. 一系统的传递函数为G s KTs ()=+1，则该系统时间响应的快速性（ C ） A.与K 有关 B.与K 和T 有关C.与T 有关D.与输入信号大小有关12. 一闭环系统的开环传递函数为G s s s s s ()()()()=+++83232，则该系统为（ C ）A.0型系统，开环增益为8B.I 型系统，开环增益为8C.I 型系统，开环增益为4D.0型系统，开环增益为413. 瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的（ B ） A.单位脉冲函数 B.单位阶跃函数 C.单位正弦函数 D.单位斜坡函数 14.二阶系统的传递函数为G s Ks s ()=++2212，当K 增大时，其（ C ） A.无阻尼自然频率ωn 增大，阻尼比ζ增大 B.无阻尼自然频率ωn 增大，阻尼比ζ减小C.无阻尼自然频率ωn 减小，阻尼比ζ减小D.无阻尼自然频率ωn 减小，阻尼比ζ增大15. 所谓最小相位系统是指（ B ）A.系统传递函数的极点均在S 平面左半平面B.系统开环传递函数的所有零点和极点均在S 平面左半平面C.系统闭环传递函数的所有零点和极点均在S 平面右半平面D.系统开环传递函数的所有零点和极点均在S 平面右半平面 16. 一系统的传递函数为G s s ()=+102，则其截止频率ωb 为（ A ） A. 2rad s / B.0.5rad s / C.5rad s / D.10rad s /17. 一系统的传递函数为G s Ks Ts ()()=+1，则其相位角ϕω()可表达为（ B ）A.--tg T 1ωB.-︒--901tg T ωC.901︒--tg T ω D.tg T -1ω18. 一系统的传递函数为G s s ()=+22，当输入r t t ()sin =22时，则其稳态输出的幅值为（ A ） A.2B.22/C.2D.419. 一单位反馈系统的开环传递函数为G s Ks s s ()()()=++12，当K 增大时，对系统性能能的影响是（ A ） A.稳定性降低 B.频宽降低 C.阶跃输入误差增大 D.阶跃输入误差减小 20. 一单位反馈系统的开环Bode 图已知，其幅频特性在低频段是一条斜率为-20dB dec/的渐近直线，且延长线与0dB 线的交点频率为ωc =5，则当输入为r t t ().=05时，其稳态误差为（ A ） A.0.1 B.0.2 C.0 D.0.5 21. 利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，Z P N =-中的Z 表示意义为（ D ） A.开环传递函数零点在S 左半平面的个数 B.开环传递函数零点在S 右半平面的个数 C.闭环传递函数零点在S 右半平面的个数 D.闭环特征方程的根在S 右半平面的个数22. 关于劳斯—胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据，以下叙述中正确的是（ B ）A.劳斯—胡尔维茨判据属代数判据，是用来判断开环系统稳定性的B.乃奎斯特判据属几何判据，是用来判断闭环系统稳定性的C.乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的D.以上叙述均不正确23.以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是（ D ） A.截止频率ωb B.谐振频率ωr 与谐振峰值M r C.频带宽度 D.相位裕量γ与幅值裕量kg 24. 一单位反馈系统的开环传递函数为G s Ks s K ()()=+，则该系统稳定的K 值范围为（ A ）A.K ＞0B.K ＞1C.0＜K ＜10D. K ＞－1 25. 对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系，以下叙述中不正确的有（ A ） A.开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性 B.中频段表征了闭环系统的动态特性 C.高频段表征了闭环系统的抗干扰能力D.低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求26. 以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为（ D ） A.上升时间t r B.调整时间t s C.幅值穿越频率ωcD.相位穿越频率ωg27. 当系统采用串联校正时，校正环节为G s s s c ()=++121，则该校正环节对系统性能的影响是（ D ）A.增大开环幅值穿越频率ωcB.增大稳态误差C.减小稳态误差D.稳态误差不变，响应速度降低 28. 串联校正环节G s As Bs c ()=++11，关于A 与B 之间关系的正确描述为（ A ） A.若G c (s)为超前校正环节，则A ＞B ＞0B.若G c (s)为滞后校正环节，则A ＞B ＞0C.若G c (s)为超前—滞后校正环节，则A ≠BD.若G c (s)为PID 校正环节，则A=0，B ＞0 29.适合应用传递函数描述的系统是：（ A ）A 、单输入，单输出的线性定常系统；B 、单输入，单输出的线性时变系统；C 、单输入，单输出的定常系统；D 、非线性系统。
机械控制工程复习与考试题（含答案）
机械控制⼯程复习与考试题（含答案）机械控制⼯程复习⼀、填空题1.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。
2．反馈控制系统是根据输⼊量和反馈量的偏差进⾏调节的控制系统。
3.根据⾃动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为__开环_控制系统、_闭环__控制系统。
4.根据系统输⼊量变化的规律，控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
5.如果在系统中只有离散信号⽽没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输⼊、输出关系常⽤差分⽅程来描述。
6.根据控制系统元件的特性，控制系统可分为__线性__控制系统、⾮线性_控制系统。
7.线性控制系统其输出量与输⼊量间的关系可以⽤线性微分⽅程来描述。
8.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。
9.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。
10.传递函数的定义是对于线性定常系统,在零初始条件下，系统输出量的拉⽒变换与输⼊量的拉⽒变换之⽐。
11.传递函数的组成与输⼊、输出信号⽆关，仅仅决定于系统本⾝的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。
12.瞬态响应是系统受到外加作⽤激励后，从初始状态到最终稳定状态的响应过程。
13.脉冲信号可以⽤来反映系统的抗冲击能⼒。
14.单位斜坡函数t的拉⽒变换为1/s215.单位阶跃信号的拉⽒变换是1/s。
16．在单位斜坡输⼊信号作⽤下，0型系统的稳态误差ess=19．决定⼆阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和⽆阻尼固有频率ωn。
22.⼆阶系统的阻尼⽐ξ为0时，响应曲线为等幅振荡。
23.系统输出量的实际值与输出量的期望值之间的偏差称为误差。
24.系统的稳态误差与输⼊信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。
25.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。
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★编号：重科院（）考字第（）号第1页机械控制工程试卷六及其答案详解
一、分析题（本题共1小题，共10分）
函数记录仪是一种自动记录电压信号的仪器，图1.1是其原理图，试分析该系统工作原理，并按输出量的变化规律看，判断它属于什么类型的控制系统。
图1.1 函数记录仪原理图
分析题（本题共1小题，共10分）
(1) 答案要点：因为记录笔与电位器R M的电刷机构联结，所以由电位器R0和R M组成桥式线
路的输出电压u p与记录笔位移L是成正比的。
当有输入信号u r时，在放大器输入端得到偏差电压△u=u r－u p，若△u＞0，经放大后驱动伺服电动机，并通过齿轮系及绳轮带动记录笔及滑块正向移动，u p随之增大，偏差电压△u减小，直至u r=u p时，电机停止转动。
这时记录笔的位移L就代表了输入信号的大小。
相反，若△u＜0时，会使记录笔及滑块反向移动，u p随之减小，偏差电压△u减小，直至u r=u p时，电机停止转动。
若输入信号随时间连续变化，则记录笔便跟随并描绘出信号随时间变化的曲线。
(9分)
(4) 答案要点：该系统为随动系统（或称伺服系统）。
（1分）
★编号：重科院（ ）考字第（ ）号 第 2 页
φ(ω
L (ωφ(ω
L (ω
二、图解题（本题共3小题，共20分）
1、图2.1为一个反馈控制系统的开环Nyquist 曲线，根据图上已知的条件，试用
奈氏判据判定该闭环系统的稳定性。
（5分）
1、（5分）（1）答案要点：从图上分析，N ＝1/2＋1－1＝1/2。
（3分）
（2）答案要点：因为P ＝0，所以P ≠2N ，所以系统不稳定。
（2分）
2、（5分）已知某系统开环传递函数增益K =1时的开环Bode 图如图2.2所示，
1）在图上标出幅值交界频率ωc 和相位交界
频率ωg ；
2）在图上标出幅值、相位裕量，并说明它们分别是正裕量还是负裕量。
2、（5分）求解见右图2.2
2、 某单位负反馈系统的开环传函是最小相位传递函数，由实验得到其开环对数幅频
特性曲线，经修正得到其渐近线如图2.3所示，试确定该系统的闭环传递函数G B (s )图2.1
图2.2
★编号：重科院（ ）考字第（ ）号 第 3 页
（10分）
3、（10分）（1）答题要点：从图上可知，该开环传递函数含有一个积分环节、一个比例环节、二个惯性环节、一个导前环节。
（1分）
（2）答题要点：（2分）惯性环节，
1
101
)(101.011.0111
+==∴=s s G T T ，＝
，ω；
1
25.01
)(25.041
4222
+=
=∴=s s G T T ，＝，ω；
导前环节，15)(52
.01
2.0333+==∴=s s G T T ，＝
，ω；
（1分） 比例环节，由图知当ω=1时，L (ω)＝20lg K －20lg ω－20lg ωT 1＋20lg ωT 3=0，即20lg K －20lg1－20lg10＋20lg5=0，故K ＝2；（3分）
故其G K (s )＝
)
125.0)(110()
15(2+++s s s s ；（1分）
（3）要点：G B (s )＝2
1125.105.2)
15(2)(G 1(s)G 23K K ++++=+s s s s s ；（2分）
L (ω-
第 4 页
三、作图题：（本题共2小题，共20分） 1、已知系统的传递函数G (s ) =)
96.3)(2)(13(18
2++++s s s s ，试作出其Nyquist 概
略图。
（5分）
1、（5分）见图3.1所示
2、已知系统的开环传递函数为G K (s )＝)
11.0()
12(102
++s s s ，试画出其开环Bode 概略图。
（15分）
φ(ω)
L (ω
2、（15分）见图3.2所示。
（1）要点：确定典型环节的构成及其转角频率；（3分） （2）要点：确定比例环节20lg10=20dB （3分） （3）要点：画出对数幅频特性概略图；（5分） （4）答案要点：画出对数相频特性概略图。
（4分）
φ(ωL (ω
第 5 页
四、计算题：（本题共4小题，共50分）
1、如图4.1a )所示的机械系统，在质量块m 上作用x i (t )＝8N 的阶跃力后，系统中m 的时间响应x o (t )如图4.1b )所示。
试求系统的质量m 、粘性阻尼系数c 和弹簧刚度系数k 的值。
（15分）
x o (t
a ）
b ）
图4.1 机械系统 a ）机械系统 b ） 机械系统响应曲线
四、计算题（本题共4小题，共50分） 1、（15分）
（1）答案要点：列写微分方程，并求出系统传递函数；
k
cs ms s G ++=
21
)( （3分）
（2）答案要点：根据终值定理求出k ＝200N/m （4分） （3）答案要点：根据M p 求出ξ＝0.50；（3分）；
（4）答案要点：根据t p 、ξ求得ωn ＝1.818s -1（2分） （5）答案要点：根据传递函数对应表达式，mk
c
m k 2n =
=ξω，求出m ＝60.48kg ，c ＝110.83N ·s/m 。
（3分）
图3.2
第 6 页
2、单位负反馈系统的开环传递函数为)
21()
1(10)(2K ++=s s s s G ，试用劳斯稳定性判据
判别系统的稳定性。
（10分）
2、（10分）
（1）答案要点：求得G B (s )＝
10
1021)
1(102
3++++s s s s ；（2分） （2）答案要点：系统的特征方程为0101021)(2
3
=+++=s s s s D ，特征
方程式的各项系数均大于零，满足控制系统稳定的必要条件。
（2分） （3）答案要点：（4分）根据Routh 稳定判据，由特征方程系数构成的劳斯
数列为，
（4）答案要点：（2分）劳斯数列中第一列的各元素均大于零，系统满足稳定的充分条件，因此系统是稳定的。
109.5221
10
101s 0s 1s 2
3s
第 7 页
3、控制系统方框图如图4.3所示，已知系统x i (t )＝n (t )＝t ，试求系统的稳态
3、（15分）方框图等效变换为， (1) (7分) 令N (s )=0，当X i (s )2
1
s =
单独作用下的稳态误差令其为ssX e 。
此时， ；11)()(2o +++=s s s s X s X i X 则E 1X (s )= )(1
s H X i (s )－X oX (s )= ；)(1)1(22s X s s s s i +++
111)1(lim )(lim 222010=+++==→→s
s s s s s s sE e s X s ssX
(2) 令X i (s ) =0，当2
1
)(s s N =
单独作用下的稳态误差令其为ssN e 。
此时，；1
)
1()()(2o +++=s s s s s N s X N
E 1N (s )=
)
(1
s H X i (s )－X oN (s )=－X oN (s )；则1－1
1)1(－lim )(lim 2
20
10
=+++-==→→s
s s s s s
s sE e s N s ssN （7分) (3) 根据线性系统的叠加原理，系统的稳态误差0=+=ssN ssX ss e e e （1分）
图4.3
第 8 页
4、设单位负反馈系统的开环传递函数G K (s )=
)
11.0)(1(++s s s K
，试确定使系统
的幅值裕量dB 20)dB (=g K 时的K 值。
（10分）
4、（10分）（1）答案要点：求得开环频率特性G K (j ω)＝
)
11.0j )(1(j j ++ωωωK
；
2
2
20.111.1arctg
90)(01.011)(ω
ω
ωϕωωωω－－；-︒=++=
K
A ；（3分） （2）答案要点：︒-=︒-==1800.111.1arctg 90)(20)(1
lg 202
g
g g g ωωωϕω－－；A （4分） （3）答案要点：1.011
01.0111.0)(102
g 2g g g g =⇒
++===K
K
A ωωωωω；； K ＝1.1（3分）。