机械控制工程基础第3章习题解答
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)。
P2A。
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）.P3A。
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）.P3A.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—3A。
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)。
P2A。
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）。
p5A.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)。
p3A.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)。
P6A。
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）。
P3A.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）。
P2A。
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 )。
p5A.。
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 〕p8A. 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 )p3A.开环控制系统B.闭环控制系统C.线性控制系统D。
机械控制工程基础习题集_234
13.不同属性的物理系统可以有形式相同的（Ａ）
A.传递函数 B.反函数 C.正弦函数
D.余弦函数
14.比例环节能立即地响应（Ｂ）
A.输出量的变化 B.输入量的变化 C.误差量的变化 D.反馈量的变化
15.满足叠加原理的系统是（Ｃ）
1
A.定常系统 B.非定常系统 C.线性系统 D.非线性系统
16.弹簧-质量-阻尼系统的阻尼力与两相对运动构件的（Ｂ）
10.惯性环节：输出量 x0 和输入量 xi 的动力学关系为一阶微分方程Txo x0 Kxi 形式的
环节。
11.振动环节：输出量 x0 和输入量 xi 的动力学关系为二阶微分方程 T 2xo 2Txo x0 Kxi
形式的环节。 四、简答题 1 若力为输入、位移为输出时，写出如图所示机械系统的弹簧、粘性阻尼以及质量的传 递函数。
A.自身内部结构参数有关 B.输入信号有关 C.输出信号有关 D.干扰信号有关
23.闭环控制系统的开环传递函数是（C）
A.输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比
B.输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比
C.反馈信号的拉氏变换与误差信号的拉氏变换之比
D.误差信号的拉氏变换与反馈信号的拉氏变换之比
B G2 (s)
3.简述同一闭环控制系统的闭环传递函数与开环传递函数之间的特性关系。
答：1）闭环特征方程为开环传递函数有理分式的分母多项式与分子多项式之和； 2）闭环特征多项式和开环特征多项式具有相同的阶次；
3）闭环传递函数和开环传递函数具有相同的零点，但不存在公共极点。
4.说明同一闭环系统的闭环传递函数和开环传递函数具有相同的零点。
9.满足叠加原理的系统是（线性）系统。
2
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 DA. 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 BA ．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？ CA.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 CA ．-270°B ．-180°C ．-90°D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)=s1，则其频率特性幅值M(ω)= C A.ωKB. 2K ωC. ω1D. 21ω6. 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 BA. 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 DA ．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 AA.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 DA ．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 CA.ω+s 1B.22s ω+ω C.22s s ω+ D. 22s 1ω+ 11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)= AA. 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 AA. -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 BA ．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 DA.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 CA ．)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 __。
《机械工程控制基础》课后题答案解析
机械工程控制基础目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。
第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。
图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。
煤炭给定的温度100 C手和锹眼睛实际的炉水温度比较图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。
试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。
《机械工程控制基础》课后完整答案
封面作者：Pan Hongliang仅供个人学习目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。
第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。
图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。
图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。
试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。
解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，可保持液面高度稳定。
《机械工程控制基础》课后答案
目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。
第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。
图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。
比较图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。
试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。
解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，可保持液面高度稳定。
机械控制工程基础-第3章-梅森公式-信号流图
由系统结构图绘制信号流图 1) 用小圆圈标出传递的信号，得到节点。 2) 用线段表示结构图中的方框，用传递函数代表支路增益。
注意信号流图的节点只表示变量的相加。
R(s) C(s) R(s) G(s) C(s)
(节点)
G(s)
(节点) (支路) D(s) R(s) E(s) G (s) (-) 1 V(s)G (s) 2 H(s)
2 1
P2 G1G6G4G5
1 2 3 6
P3 G1G2G7
3 1 G4 H1
4个单独回路
4 54
L1 G4 H1
L2 G2G7 H 2
2 36 2
2 4 56 2
L3 G6G4G5 H 2
2 34 56 2
L4 G2G3G4G5 H 2
X4 1 aef (1 d ) abcf ( p1 1 p2 2 ) X1 1 d eg bcg de g
2. X 1 X 2 , p1 a, 1 1 d
X2 1 a(1 d ) p1 1 X1 1 d eg bcg de g
-1
Ui(s)
1/R1
I C (s)
1/C1s
1/R2
1/C2s
I 2 ( s)
Uo(s) Uo(s)
U(s)
-1
-1
例2 已知系统信号流图，求传递函数。
L 解：三个回路： 1 G 2 H 2
-H1 R G1 G2 G3 C
L 2 G 1G 2 H 2
L 3 G 2G 3 H1
• 回路相互均接触，则： • 前向通路有两条：
例4
G2 A2 R A1 G1 B G4 H G3 C
《机械工程控制基础》课后答案.pdf
第二节 拉普拉斯变换
第三节 拉普拉斯变换的基本定理
第四节 拉普拉斯逆变换
第四章 传递函数
第一节 传递函数的概念与性质
第二节 线性控制系统的典型环节
第三节 系统框图及其运算
第四节 多变量系统的传递函数
第五章 时间响应分析
第一节 概述
第二节 单位脉冲输入的时间响应
第三节 单位阶跃输入的时间响应
第四节 高阶系统时间响应
X(t)=0
其它
X(t)
一 AT
0
t
图8
脉冲函数的强度为 A，即图形面积。 单位脉冲函数（δ 函数）定义为 δ(t)= d 1(t)
dt
性质有: δ(t)=0 t≠0
δ(t)=∞ t＝0
且
(t)dt = 1
−
5
X(t)
δ(t)
0
t
图9
强度为 A 的脉冲函数 x(t)也可写为 x(
t)=Aδ(t) 必须指出，脉冲函数 δ(t)在现实中是不存在的，它只有数学上的意
第六章
频率响应分析
第一节 谐和输入系统的定态响应
第二节 频率特性极坐标图
第三节 频率特性的对数坐标图
第四节 由频率特性的实验曲线求系统传递函数
第七章
控制系统的稳定性
第一节 稳定性概念
第二节 劳斯判据
第三节 乃奎斯特判据
第四节 对数坐标图的稳定性判据
第八章
控制系统的偏差
第一节 控制系统的偏差概念
1
第二节 输入引起的定态偏差 第三节 输入引起的动态偏差 第九章 控制系统的设计和校正 第一节 综述 第二节 希望对数幅频特性曲线的绘制 第三节 校正方法与校正环节 第四节 控制系统的增益调整 第五节 控制系统的串联校正 第六节 控制系统的局部反馈校正 第七节 控制系统的顺馈校正
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由于前述 K h 0.116
101 0.116 s 则系统的传递函数为： G s 2 s 3.16 s 10
输入单位阶跃 X i s
101 0.116 s X o s Gs X i s s 2 3.16 s 10 s 0.42 2.74 1 s 1.58 2.74 X o s s s 1.582 2.742 s 1.582 2.742
单位反馈，开环传递函数为：
Ⅱ 型，开环增益为
an K an 2
an 2 e ss an
3.16
101 K h s G s 2 s 2 10K h s s 10
K h 0.116
n 10 1 / s 3.161 / s 0.5 M p 16.3% 直接代入公式： t s 2.53 s 2% t 1.897 s 5% s
单位阶跃响应：x
ou
t 201 e
t / 2.5
xou t wt
3.8
3.12
微分关系
9 3 G s 2 s s 9 s 2 2 1 3s 32 6 n 31 / s M 58.8% p 0.167
求导，得到最大值
M p 17. 7%
clear all; close all; t=0:0.01:5; y=1-exp(-1.58*t).*cos(2.74.*t) -0.1533.*exp(-1.58*t).*sin(2.74.*t); %output express figure; h=plot(t,y,’r’); set(h,’linewidth’,5) set(gca, ’fontsize’,16) [mp_abs ,tp_space]=max(y(:)); %0.1772 mp= mp_abs–1; %计算最大超调量0.1772 tp= tp_space.*0.01; %计算峰值时间 grid on； i=tp_space； while abs(y(i)-1)>0.02 i=i+1; end ts=i.*0.01; %计算调整时间ts=1.69s
0.765(0.632) 16.3% (17.7%) 2.53 (2.45)
N分析1.91 Nhomakorabea1.10
3.17
K 5 KV e ss 0.01 5 K
K 500
3.18
Xi(s)单独作用时：直接能够看出来 Kv=4
e ssXi
1 0.2 Kv 1
N(s)单独作用时：
较为简单的方法： num=[1.16 10]; den=[1 3.16 10];
101 0.116 s Gs 2 s 3.16 s 10
step(num,den)
grid on
不加微分
加微分(编程计算)
tp
tr Mp ts
1.047
0.631 35% 4.0
1.147 (1.01)
3.7 由已知的微分方程可知传递函数
2.5s 1Y ( s) 20 X ( s)
20 8 Gs 2.5 s 1 s 0.4
单位脉冲响应：w
t 8e
t / 2.5
8 1 8 单位阶跃输入 Y s X s s 0.4 s s 0.4
1 s
0.42 2.74 1 s 1.58 2.74 X o s s s 1.582 2.742 s 1.582 2.742
xo t 1 e 1.58t cos 2.74t 0.1533e 1.58t sin2.74t
第三章 习题解析
1 3.5 GB s Ts 1 x o t x i 1 e t / T
0.98 xi xi 1 e 1 / T T 0.25(min)
斜坡输入 稳态时
xo t 10t T Te t / T
et 10T 10 0.25 2.5C
E N ( s) 1 1 4 s 1 3 s 14 s 5 N ( s) 3s 1 1 4 4s 1 e ssN 0.2
总的稳态误差为0
3.19
a n 1 s a n GB ( s ) n n 1 s a1 s ... an1 s an a n 1 s a n Gk ( s ) n n 1 2 s a1 s ... an 2 s
2
t p 1.06s N 3.77
n的单位：
s-1 1/s rad/s
t s 8 s 2%
出现的问题
1、单位：
2、Mp用相对百分数表示；
3、用小数表示各量，不要出现根号、 分数…… 应注意的问题：闭环传递函数
3.15
K G s 2 s KK f s K
K 2.94 M p 25% 0.404 K f 0.472 t p 2 s n 1.721 / s