机械控制工程基础练习题考试题及其答案.doc

1、简答题
1、控制系统的基本要求.
1)、简述闭环控制系统的组成。
测量元件,给定元件,比较元件,放大元件,执行元件，校正元件
2)、非最小相位系统有何特点,与最小相位系统的区别是什么？
第二题在复平面【s】右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数,反之，在【s】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数.具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统，反之,具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统
3）、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。
此滞后校正环节是一个低通滤波器,因为当频率高于1/T时，增益全部下降20lgb（db)，而相位减小不多。如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直，当然低频段的增益就提高了。
4）、简述系统超前校正网络的校正原理
在对数幅频特性曲线上有20db/dec段存在，故加大了系统的剪切频率Wc、谐振频率Wr与截止频率Wb,其结果是加大了系统的带宽，加快了系统的响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果是增加了系统相位稳定性。
5)、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些？
1：增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益
2：在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节
3：采用串级控制抑制内回路扰动.
6）、简要说明比例积分微分PID控制规律中P、I和D的作用
（1)比例系数Kp直接决定控制作用的强弱，加大Kp可以减小系统的稳定误差，提高系统的动态响应速度,但Kp过大会使动态质量变坏，引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定
（2)在比例的调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差,因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差,直到积分的直为零,控制作用才停止
(3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。
2。已知控制系统的结构图如下图所示，求:

a s
-
-
R(s)
C(s)
E(s)

（1） 当不存在速度反馈时， 试确定单位阶跃输入动态响应过程的,和.
（1）a=0时，，，所以
,，
（2）确定时的速度反馈常数值， 并确定时系统的稳态误差。
考虑内反馈时，
，所以
3。如图所示系统，，
（1）判断系统的稳定性；
（2）求静态误差系数,，；
（3)当系统输入为，求系统的稳态误差；
（4）若系统的干扰为，求系统在输入和干扰共同作用下的稳态误差.
（1）
有劳斯表，可判定第一列均大于0，所以系统稳定。
(2）
（3）
(4）
4. 已知系统结构图如下图所示，化简系统结构图，求出系统的传递函数C（s）/R（s）。
5。化简系统结构框图,并求和。
6、求下图所示系统的传递函数.
7、求下图力学模型的传递函数。为输入位移，为输出位移。
8、已知单位反馈的最小相位系统，其开环对数幅频特性如下图所示,试求
（1)开环传递函数;
（2）计算系统的相位裕度,并判断系统的稳定性；
（3）若将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。（华南理工考试题）
解：（1）设，由图可知，
传递函数为
（2） (近似计算)
所以,系统稳定。
（3）右移十倍频程，可得，
相角裕度不变，截止频率扩大10倍，系统响应速度加快。
9、设系统开环传递函数为：,作出系统的开环幅频和相频特性曲线，并判断系统的稳定性。
10、设电子心率起搏器系统如下图所示：（南航考试题）
其中，模拟心脏的传递函数相当于一纯积分器，试求:
（1） 若对于最佳响应，问起搏器的增益K为多大？
（2） 若期望心速为60次/min,并突然接通起搏器，问1s后实际心速为多大?瞬时最大心速为多大?
（3） 10、
（4） （1）
（5） (2）,闭环极点，
（6） 脉冲响应
（7） 阶跃响应
（8） ,
最大心率次.
11、系统方框图如下图所示。
求：(1）输出对指令信号的传递函数；
（2)输出对扰动信号的传递函数;
（3）要消除扰动对系统的影响,应如何选取。
、解：(1)
（2）
（3），可以消除扰动对系统的影响
12、根据系统图，及所对应的阶跃响应曲线,确定系统质量M、阻尼系数C和弹簧刚度K的数值。（武汉科技考试题)
12、解：
，
，
，求得：
13、控制系统方块图如下图所示。（中科院考试题)
（1） 确定是闭环系统稳定的参数KKt的取值范围；
（2） 若要求：系统的最大超调量为10%，调整时间为1。5秒（5％的误差带)，试确定参数K和Kt的值。
13、解:（1)由结构图求闭环传递函数，应用劳斯判据K Kt〉1
（2)由超调量求,由调节时间求，对比传递函数标准型求得K及Kt。
14、(南航考试题)系统结构如图所示，，
定义误差。
试求:（1）若希望(a）图中,系统所有的特征根位于s平面s=—2的左侧，且阻尼比为0.5，求满足条件的K、T的取值范围。
(2）求(a)图中系统的单位斜坡输入下的稳态误差。
(3）为了使稳态误差为零，让斜坡输入先通过一个比例微分环节，如图（b)中所示,试求出合适的K0值。
14、解：(1)由劳斯稳定判据求得.
（2）
（3)
15、设单位负反馈系统开环传递函数为.
（武汉科技考研题）
求（1)写出系统开环幅频、相频特性表达式;
（2）绘制系统开环对数幅频特性（渐近线)和相频特性；
(3）确定该系统的相位穿越频率，并判断系统的稳定性.
16、某单位负反馈系统的开环传递函数为,已知在正弦输入信号作用下，系统的稳态输出为，试确定系统单位阶跃响应的超调量与调整时间。（电子科大)
、解：由开环传递函数G（s)得
,，
，
进而求,
17、（1）已知一最小相位系统开环的对数幅频特性如下图所示。试写出系统开环传递函数G(s）,计算相位裕度和增益裕度.
(2）若系统原有的开环传递函数为，而校正后的对数幅频特性正如下图，求串联校正装置的传递函数。(东北大学)
17、解：(1）系统开环传递函数
,
, 增益裕量为
（2)校正前开环传递函数为
校正后的开环传递函数为
所以,
18、设单位负反馈系统的开环传递函数为：,要求
设计串联无源超前校正网络Gc（S）,使校正后系统满足下列指标：
1) 响应时的稳态误差ess=0。05，;2） 相角裕度;3) 截止频率ωc≥7。5radS—1。
确定K值，求校正网络传递函数。
18、解：由
，
选取
满足设计要求
19、下图中ABC是未加校正环节前系统的Bode图,GHKL是加入某种串联环节校正后的Bode图.
试求:（1）加入的是哪种校正方式，写出该校正环节的传递函数；
（2）证明系统的开环增益是K=100。
19、（1)由于校正后高频增益下降，因此是相位滞后校正，校正装置传递函数为：
(2）这是一个I型系统，其低频段对数幅频特性，当时，
,所以K=100。
20、闭环离散系统如下图所示，试求其闭环脉冲传递函数。
1、根据控制系统元件的特性，控制系统可分为( B ）.
A、反馈控制系统和前馈控制系统 B、线性控制系统和非线性控制系统
C、定值控制系统和随动控制系统 D、连续控制系统和离散控制系统
2、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
3、一阶系统的阶跃响应( D ）.
A、当时间常数T较大时有超调 B、当时间常数T较小时无超调
C、输入信号幅度大时有超调 D、无超调
4、某系统的传递函数为，则该系统的单位脉冲响应函数为（ B ）.
A、5t B、 C、 D、
5、一系统的传递函数为，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
6、二阶系统的传递函数，当K增大时，其（ C ）.
A、固有频率增大，阻尼比增大 B、固有频率增大,阻尼比减小
C、固有频率减小，阻尼比减小 D、固有频率减小，阻尼比增大
7、二阶系统的极点分别为，系统增益为5,则其传递函数为（ C ）。
A、 B、
C、 D、
8、单位反馈开环传递函数为，则其闭环系统的分别为（ C ）。
9、非最小相位放大环节的频率特性相位移为（ A ）。
A． —180°B．0°C．90°D．-90°
10、0型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为( D )
A． -60(dB/dec) B． —40（dB/dec
C． -20（dB/dec) D．0（dB/dec）
11、闭环系统跟轨迹的条数是（ D ）
A。 n。 B. m. C. n—m D。n、m中的大者
12、系统的单位脉冲响应为，则系统的传递函数为（ A ）
A、 B、 C、 D、
13、设一阶系统的传递函数为，则该系统时间常数和放大增益为（ C ）
A、2 3 B、 C、 D、
14、一阶系统的传递函数为,若系统容许误差为2％ ,则系统的调整时间为（ B )
A、8 B、2 C、7 D、3。5
15、已知系统开环频率特性的Nyquist图如左图,可判断系统型别是( C )
A、0型
B、Ⅰ型
C、Ⅱ型
D无法确定
16、传递函数的零点和极点及比例系数分别是（ D ）
A、零点为0.5，极点为-1、—2，比例系数为1。 B、零点为0.5，极点为-1、—2，比例系数为2。
C、零点为-0。5,极点为-1、—2,比例系数为1. D、零点为-0.5,极点为—1、—2,比例系数为2。
17、关于频率特性与传递函数的描述,错误的是（ D )
A、都是系统的数学模型 B、都与系统的初始状态无关
C、与单位脉冲响应函数存在一定的数学关系 D、与系统的微分方程无关
18、跟轨迹渐近线的条数为( C ）
A、n B、m C、n-m D、n+m
19、下列系统或过程中，不存在反馈的有（ C ）
A、抽水马桶 B、电饭煲 C、并联的电灯 D、教学过程
20、以下环节中可以作为相位超前环节的是( A ）
A、 B、
C、 D、
21、已知系统的相位裕度为，则（ C )
A、系统稳定 B、系统不稳定
C、当其幅值裕度大于0分贝时系统稳定
D、当其幅值裕度小于或等于0分贝时系统不稳定
22、 对于传递函数为和的两个系统,（ A ）
A、系统1的带宽宽，响应速度快 B、系统1的带宽宽，响应速度慢
C、系统2的带宽宽，响应速度快 D、系统2的带宽宽，响应速度慢
23、已知系统单位脉冲传递函数为，其单位脉冲响应为为：( A ）
A、
B、
C、
D、
24、若线性离散系统为三阶系统，其闭环极点投影到平面为，则系统（ C ）
A、稳定 B、不稳定 C、临界稳定 D、稳定与否取决于采样周期