機械控制復(fù)習(xí)題

20122013 （一）復(fù)習(xí)3機械工程控制基礎(chǔ)（試點）一、選擇題（共10題，每小題2分，滿分20分)1單位斜坡函數(shù)r(t)=t1(t)的拉氏變換為 【 】A 1; B 1/s; C D s.2已知則 【 】A B C D 3傳遞函數(shù) 的零點s1 和極點s2,s3分別是 【 】A s1 =1,s2=1,s3=4 B s1=-1,s2=-1 ,s3=4C s1=1,s2=1,s3=-4 D s1-1,s2=1, s3=44在二階振蕩系統(tǒng)中，如果保持阻尼比不變而增大無阻尼自然頻率，則調(diào)整時間ts與峰值時間tp的變化為 【 】A都增大 B都減小 C ts增大，tp減小 D ts減小，tp增大5一階系統(tǒng) 的單位階躍響應(yīng)為 【 】A. B. C. D . 6 已知，則當(dāng) 時 之值為 【 】A. 10 B. 5 C.0 D. 7. 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，則系統(tǒng)的增益為 【 】A.0.5 B. 5 C. 3 D. 0.38.輸入函數(shù)為時，下列系統(tǒng)中存在穩(wěn)態(tài)誤差的是 【 】A. 0型系統(tǒng) B. 型系統(tǒng) C. 型系統(tǒng) D. 型系統(tǒng)9 機電系統(tǒng)頻率特性的幾何表示方法有三種： 【 】A Bode圖、Nyquist圖、三視圖； B Bode圖、Nyquist圖、Nichols圖；C 方塊圖、Nyquist圖、Nichols圖； C三視圖、方塊圖、清明上河圖。10 穩(wěn)定系統(tǒng)的全部特征根均應(yīng)在復(fù)平面的 【 】A 第一象限； B 上半平面； C 右半平面 D 左半平面11單位斜坡函數(shù)r(t)=t1(t)的拉氏變換為【 】A 1; B 1/s; C D s.12已知則【 】A B C D 13二階系統(tǒng)中，若保持不變而增大，則調(diào)整時間ts與峰值時間tp的變化為 【 】A都增大 B都減小 C ts增大，tp減小 D ts減小，tp增大14一階系統(tǒng) 的單位階躍響應(yīng)為 【 】A. B. C. D . 15 已知，則當(dāng) 時 之值為【 】A. 10 B. 5 C.0 D. 16. 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，則系統(tǒng)的增益為 【 】A.0.5 B. 5 C. 3 D. 0.317下列性能指標(biāo)中不能反映系統(tǒng)瞬態(tài)性能的指標(biāo)是 【 】A峰值時間 B. 調(diào)整時間 C. 上升時間 D. 相位穿越頻率 18. 系統(tǒng)方框圖如圖所示，則系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 【 】 A. B. C。 1+G(S)H(S) D. 19. 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差決定于 【 】A 輸入信號 B開環(huán)傳遞函數(shù)GH的結(jié)構(gòu)C 輸出信號 D輸入信號與開環(huán)傳遞函數(shù)GH的結(jié)構(gòu)。20一階慣性環(huán)節(jié)和一階微分環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率T均為 【 】A .1/T B . T C n D 0.21 控制系統(tǒng)中，A系統(tǒng)型次越高，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越大?！?】B 系統(tǒng)型次越高，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。C系統(tǒng)階次越高，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。D系統(tǒng)階次越高，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越大22 某系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 ，其轉(zhuǎn)角頻率為 【 】A B K C K/ D 。23 為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量，可以 【 】A 減小系統(tǒng)的增益 B 增大系統(tǒng)的增益 C 減小輸入信號 D 使用開環(huán)系統(tǒng)。24 所謂校正（又稱補償）是指 【 】A 加入PID校正器 B 使用Routh 判據(jù) C 在系統(tǒng)中增加新環(huán)節(jié)或改變某些參數(shù) D 使系統(tǒng)提高靈敏度。25 下面給出了4個最小相位系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量Kg,，其中穩(wěn)定的系統(tǒng)是【 】A B C D 二、填空題1反饋系統(tǒng)中如果反饋回去的信號與原系統(tǒng)的輸入信號的方向相差180，則稱之為 系統(tǒng)；如果反饋回去的信號與原系統(tǒng)的輸入信號的方向相同，則稱之為 系統(tǒng)。2 一個二階系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)，該系統(tǒng)的無阻尼自然頻率是 ；阻尼比是 。3已知系統(tǒng)的單位脈沖輸入的時間響應(yīng)函數(shù)為 ，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是 ；具有單位負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 4系統(tǒng)對單位階躍輸入 的穩(wěn)態(tài)誤差稱為位置誤差；對單位斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差叫做 ；對于型系統(tǒng)，該誤差的計算公式是 。5 已知 ，它的拉氏變換是 ；已知 ， 。6傳遞函數(shù)屬于 環(huán)節(jié)；二階振蕩環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)是 。 7傳遞函數(shù) 的極坐標(biāo)圖為 ；積分環(huán)節(jié) 的對數(shù)幅頻圖是過（1,0）點、斜率為 的一條直線。8最小相位系統(tǒng)是指 ；一個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，該系統(tǒng) （填“是”或“不是”）最小相位系統(tǒng)。9二階系統(tǒng) 的無阻尼自然頻率是 ；阻尼比是 。10已知系統(tǒng)的單位脈沖輸入的時間響應(yīng)函數(shù)為 ，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是 ；具有單位負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 11系統(tǒng)對單位階躍輸入 的穩(wěn)態(tài)誤差稱為位置誤差；對單位斜坡輸入 的穩(wěn)態(tài)誤差叫做 ；對于型系統(tǒng)，該誤差的計算公式是 。12 已知它的拉氏變換是 ；已知 ， 。13傳遞函數(shù)屬于 環(huán)節(jié)；二階振蕩環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)是 。 14 系統(tǒng)方塊圖簡化過程中的兩條基本原則 ，及 。15 二階欠阻尼系統(tǒng)，在0時，諧振峰值Mr=_ ，諧振頻率r=_ 。16 當(dāng)= 時最大超調(diào)量和調(diào)整時間均?。辉撝到凶?。17. 根據(jù)勞斯系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)，若系統(tǒng)穩(wěn)定，必須系統(tǒng)的特征方程式的全部系數(shù) ，并且其勞斯數(shù)列的第一列的所有各項 。18. 所謂相位裕量，是指在開環(huán)Nyquist 圖上，從 到Nyquist 圖與單位圓的交點連一直線，該直線與負實軸的夾角；當(dāng)0時，系統(tǒng) 。（穩(wěn)定，不穩(wěn)定） 19 最小相位系統(tǒng)是指傳遞函數(shù)G(s)的所有零點和 均在S平面的 的系統(tǒng)。20 一個系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是其攤位證方程的所有根必須具有 ；或者說，S平面的右半平面內(nèi) 。21 開環(huán)傳遞函數(shù)的Nyquist 圖與單位圓交點的頻率對應(yīng)于對數(shù)幅頻特性曲線 ；該頻率叫做 。22 在= 時，相頻特性GH距-180線的相位差稱為 。23 一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性為，則L()= ；= 。24 積分環(huán)節(jié)1/j的 Nyquist 圖是 ，且由負無窮遠指向原點；微分環(huán)節(jié)j的 Nyquist 圖是正虛軸，且由原點指向 。25 下圖所示Nyquist曲線，左圖表示 型系統(tǒng) ；右圖表示 型系統(tǒng)。 三簡答題1簡述勞斯穩(wěn)定性判據(jù)的基本原理2系統(tǒng)的傳遞函數(shù)有哪些特點？列寫出振蕩環(huán)節(jié)和二階微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。3什么叫校正？概述系統(tǒng)校正的各種方法。4 常用的瞬態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)有哪些？分別寫出二階振蕩系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)中欠阻尼情況下4種性能指標(biāo)的計算公式。5 機械工程控制論的研究對象是什么？6 何謂開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)？7 寫出積分環(huán)節(jié)、一階慣性環(huán)節(jié)、二階振蕩環(huán)節(jié)的幅頻特性、相頻特性的表達式。8 傳遞函數(shù)的定義是什么？有哪些特點？四 綜合題1已知象函數(shù)（1）用終值定理求 時 的值；（2） 用拉氏逆變換求原函數(shù)。2某控制系統(tǒng)的特征方程為，用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷該系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若系統(tǒng)不穩(wěn)定，確定其正實部根的個數(shù)。3 某系統(tǒng)如下圖所示 ,圖中 ，（1）求系統(tǒng)的阻尼比？ （2） 當(dāng)有一單位階躍輸入信號作用于該系統(tǒng)時，求該系統(tǒng)在瞬態(tài)響應(yīng)過程中的上升時間tr、峰值時間t p、調(diào)整時間ts以及最大超調(diào)量 Mp? 第3題圖4 下圖所示機械系統(tǒng)中，F(xiàn)(t)為外力，x(t)為質(zhì)量塊M的位移。 （1）寫出系統(tǒng)的運動微分方程；（2） 求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；（3）設(shè)F(t)為單位脈沖力（t），質(zhì)量m=1,彈簧的彈性系數(shù)K=4，阻尼B=3，用拉氏變換及逆變換求系統(tǒng)的運動規(guī)律。 X(t) 第4題圖5 已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，（1） 求閉環(huán)系統(tǒng)的零點、極點和增益，并判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定；（2）求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)；6一單位階躍信號作用于右圖所示系統(tǒng)，求（1）系統(tǒng)的阻尼比 、無阻尼自然頻率 n 以及有阻尼自然頻率d. -(2) 最大超調(diào)量和上升時間、峰值時間tp、和調(diào)整時間ts。XG1XG2G3H2H1H37 利用框圖簡化法則求下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。所有反饋均為負反饋。R(s) C(s) L（）8 已知開環(huán)最小相位系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性如右圖。 80 -20（1） 寫出開環(huán)傳函的表達式（2）繪制系統(tǒng)的奈奎斯特略圖。 40 0.01 100 -60答案一、選擇題（共10小題，每小題2分，共20分）15 CDABD； 610 ADABD 115 CDBD A 1620 DDDDA 2125 BDACB二、填空題 （共8小題，每小題3分，共24分）1 負反饋，正反饋； 2 ； 3 4 速度誤差，；5 ；6 一階慣性環(huán)節(jié)，； 7 單位圓，-20DB/dec;8 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的所有零點和極點均在S平面的左半平面，是。9 10 。11 速度誤差；1/K。12 。13 一階慣性環(huán)節(jié)；14 前向通道的傳遞函數(shù)保持不變；各反饋回路的傳遞函數(shù)保持不變。15 16 最佳阻尼比。17 符號相同；全部為正。 18 原點；穩(wěn)定。19 極點； 左半平面。20 負實部；極點。21 橫軸；幅值穿越頻率。22 幅值穿越頻率c; 相位裕度。23 24 負虛軸；正無窮大。25 0型；I型。三簡答題（共4小題，每小題,6分，共24分）1 答：如果系統(tǒng)的特征方程為，把特征方程的系數(shù)排列成勞斯表，即 （4分）系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是勞斯表中第一列所有元素符號相同，但是不為零。（4分）2 答：傳遞函數(shù)是線性定常系統(tǒng)的一種輸入、輸出描述，是線性定常系統(tǒng)的一種動態(tài)數(shù)學(xué)模型。傳遞函數(shù)只取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與外界的輸入無關(guān)。傳遞函數(shù)是關(guān)于復(fù)變量S的有理真分式，其分子的階次小于或等于分母的階次。每步1分，3分振蕩環(huán)節(jié)：；二階微分環(huán)節(jié)：3 答：系統(tǒng)的校正是指在系統(tǒng)的基本部分，包括對象、執(zhí)行機構(gòu)、和測量元件已經(jīng)確定的條件下，通過設(shè)計校正裝置的傳遞函數(shù)以及調(diào)整系統(tǒng)的放大倍數(shù)使系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)滿足一定的要求。這一過程稱為系統(tǒng)的校正。校正方法很多。常見校正方式有串聯(lián)校正、反饋校正、和復(fù)合校正。:3分其中，串聯(lián)校正包括超前校正、滯后校正、滯后-超前校正以及采用PID校正器。反饋校正具有抑制干擾、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性以及改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等作用。復(fù)合校正是在系統(tǒng)內(nèi)部和外部同時使用串聯(lián)校正、反饋校正以及前置校正，是一種開式、閉式相結(jié)合的校正。（3分）4答：常用的瞬態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)有： 5 答：機械工程控制論研究以機械工程技術(shù)為對象的控制問題，即研究系統(tǒng)在外界條件作用下系統(tǒng)從某一初態(tài)出，所經(jīng)歷的整個動態(tài)過程；一句話，就是研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者的關(guān)系。6 答：開環(huán)控制系統(tǒng)是系統(tǒng)中沒有某個環(huán)節(jié)的輸入受輸入的反饋作用；系統(tǒng)中存在反饋回路的，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。7 答：3個典型環(huán)節(jié)的頻率特性表達式如下：積分環(huán)節(jié)：傳遞函數(shù) G(s)=1/S; G(j)= 1/(j).一階慣性環(huán)節(jié)：傳遞函數(shù) 二階振蕩環(huán)節(jié) ：傳遞函數(shù)8 答：傳遞函數(shù)定義為單輸入-輸出的線性定常，在零初始條件下，輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。主要特點：（1）傳遞函數(shù)的概念僅適用于線性定常系統(tǒng)，僅反映零初始條件下系統(tǒng)的動態(tài)性能；（2）傳遞函數(shù)僅反映系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，與外界輸入無關(guān)。（3）對于可實現(xiàn)的物理系統(tǒng)，傳遞函數(shù)分母的階次不小于分子的階次。（4）一個傳遞函數(shù)僅表示一對輸入、輸出之間的關(guān)系。（5） 不同物理系統(tǒng)可以用同一類型的傳遞函數(shù)來描述。四 綜合題（共4小題，每小題8分，,滿分 32分）1 解：（1）由終值定理，得 （4分） （2） （4分）2 解：列寫勞斯數(shù)表， 第3行第一項為零，以(s+1)乘以原方程，得， （6分）重列勞斯數(shù)表，得因為第1列元素不同號，所以此系統(tǒng)不穩(wěn)定；第1列元素的值的符號改變兩次，故特征方程有兩個具有正實部的根。 （2分）3 解：（1）所給系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （4分）（2）阻尼比小于1，系統(tǒng)作欠阻尼振蕩。,在單位階躍輸入作用下, 上升時間 峰值時間 調(diào)整時間 或者 最大超調(diào)量 4 解：（1） 選質(zhì)量M為隔離體 ，進行受力分析，它受2個向上的力和一個向下的力，由牛頓定律得，（2）設(shè)M的初位移、初速度均為零，對微分方程做拉氏變換，得 （3） 當(dāng)M=1，K=4， B=3 時 輸入為脈沖函數(shù)（t）時 , , 響應(yīng)為欠阻尼，系統(tǒng)的運動規(guī)律為 5 解：（1）系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 此系統(tǒng)無零點。由，得極點為；增益為 1. 由于極點均在S平面的左半平面，股系統(tǒng)穩(wěn)定。（2）求單位階躍響應(yīng)，輸入 輸出輸出的時間響應(yīng)