機(jī)械工程控制基礎(chǔ)考試題完整版

1、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)一、填空題1. 線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用 疊加 原理，而非線性控制系統(tǒng)則不能。2反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)輸入量和 反饋量 的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。3. 根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)是否設(shè)有反饋環(huán)節(jié)來(lái)分類，控制系統(tǒng)可分為_(kāi)開(kāi)環(huán)_控制系統(tǒng)、_閉環(huán)_控制系統(tǒng)。4. 根據(jù)系統(tǒng)輸入量變化的規(guī)律，控制系統(tǒng)可分為 恒值 控制系統(tǒng)、 隨動(dòng) 控制系統(tǒng)和 程序控制系統(tǒng)。5. 如果在系統(tǒng)中只有離散信號(hào)而沒(méi)有連續(xù)信號(hào)，則稱此系統(tǒng)為離散(數(shù)字)控制系統(tǒng)，其輸入、輸出關(guān)系常用差分方程來(lái)描述。6. 根據(jù)控制系統(tǒng)元件的特性，控制系統(tǒng)可分為_(kāi)線性_ 控制系統(tǒng)、 非線性_控制系統(tǒng)。7. 線性控制系統(tǒng)其輸出量與輸入量間的

2、關(guān)系可以用 線性微分 方程來(lái)描述。8. 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方面：穩(wěn)定性、 快速性 和準(zhǔn)確性。9. 在控制工程基礎(chǔ)課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有微分方程 、傳遞函數(shù)等。10. 傳遞函數(shù)的定義是對(duì)于線性定常系統(tǒng),在零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。11. 傳遞函數(shù)的組成與輸入、輸出信號(hào)無(wú)關(guān)，僅僅決定于 系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù) ，并且只適于零初始條件下的 線性定常 系統(tǒng)。12. 瞬態(tài)響應(yīng)是系統(tǒng)受到外加作用激勵(lì)后，從初始狀態(tài)到最終穩(wěn)定狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程。13. 脈沖信號(hào)可以用來(lái)反映系統(tǒng)的抗沖擊能力。14. 單位斜坡函數(shù)t的拉氏變換為 。15. 單位階躍信號(hào)的拉氏

3、變換是 1/s 。16在單位斜坡輸入信號(hào)作用下，0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess= 。17. I型系統(tǒng)在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為 0 ，在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為 。 18. 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的表達(dá)是。19決定二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的兩個(gè)重要參數(shù)是阻尼系數(shù)和 無(wú)阻尼固有頻率n 。20. 二階系統(tǒng)的典型傳遞函數(shù)是。21二階衰減振蕩系統(tǒng)的阻尼比的范圍為。22. 二階系統(tǒng)的阻尼比為 0 時(shí)，響應(yīng)曲線為等幅振蕩。23. 系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與 輸出量的期望值 之間的偏差稱為誤差。24. 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與輸入信號(hào)的形式及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)或系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)有關(guān)。25. 分析穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，將系統(tǒng)分為0型系統(tǒng)、I

4、型系統(tǒng)、II型系統(tǒng)，這是按開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的 積分 環(huán)節(jié)數(shù)來(lái)分類的。26. 用頻域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是 正弦函數(shù) 。27線性定常系統(tǒng)在正弦信號(hào)輸入時(shí)，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位移隨頻率而變化的函數(shù)關(guān)系稱為 相頻特性 。28. 頻率響應(yīng)是系統(tǒng)對(duì)正弦輸入穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，頻率特性包括幅頻和相頻兩種特性。29. 用頻率法研究控制系統(tǒng)時(shí)，采用的圖示法分為極坐標(biāo)圖示法和_對(duì)數(shù)坐標(biāo)_圖示法。30積分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為 20 dBdec。310型系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性低頻段漸近線的斜率為 0 dB/dec，高度為20lgKp。32. 從0變化到+時(shí)，慣性環(huán)節(jié)的頻率特性極坐標(biāo)圖在 第四

5、 象限，形狀為 半圓。33. G(s)=的環(huán)節(jié)稱為 慣性 環(huán)節(jié)。34設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為，則稱為 實(shí)頻特性 。35. 反饋控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性三頻段的劃分是以c（截止頻率）附近的區(qū)段為中頻段，該段著重反映系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)定性和快速性；而低頻段主要表明系統(tǒng)的 穩(wěn)態(tài)性能 。36.二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)=_0.707_時(shí)，為最佳阻尼系數(shù)。這時(shí)系統(tǒng)的平穩(wěn)性與快速性都較理想。37. 如果系統(tǒng)受擾動(dòng)后偏離了原工作狀態(tài)，擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)，這樣的系統(tǒng)是 穩(wěn)定的系統(tǒng)。38. 判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的出發(fā)點(diǎn)是系統(tǒng)特征方程的根必須為負(fù)實(shí)根或負(fù)實(shí)部的復(fù)數(shù)根，即系統(tǒng)的特征根必須全部在復(fù)平面的左半平面是系

6、統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。39. 當(dāng)且僅當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)特征方程的所有根的實(shí)部都是 負(fù)數(shù) 時(shí)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。40. 函數(shù)te-at的拉氏變換為。二、單項(xiàng)選擇題：1 一階系統(tǒng)G(s)=的時(shí)間常數(shù)T越小，則系統(tǒng)的輸出響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間 B A越長(zhǎng)B越短C不變D不定2. 傳遞函數(shù)反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，它與下列哪項(xiàng)因素有關(guān)？ C A.輸入信號(hào)B.初始條件C.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù) D.輸入信號(hào)和初始條件3慣性環(huán)節(jié)的相頻特性，當(dāng)時(shí)，其相位移為 C A-270°B-180°C-90°D0°4設(shè)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為G(s)=，則其頻率特性幅值M()= C A. B. C. D. 5.

7、 有一線性系統(tǒng)，其輸入分別為u1(t)和u2(t)時(shí)，輸出分別為y1(t)和y2(t)。當(dāng)輸入為a1u1(t)+a2u2(t)時(shí)(a1,a2為常數(shù))，輸出應(yīng)為 B A. a1y1(t)+y2(t)B. a1y1(t)+a2y2(t)C. a1y1(t)-a2y2(t) D. y1(t)+a2y2(t)6拉氏變換將時(shí)間函數(shù)變換成 D A正弦函數(shù)B單位階躍函數(shù)C單位脈沖函數(shù) D復(fù)變函數(shù)7二階系統(tǒng)當(dāng)0<<1時(shí)，如果減小，則輸出響應(yīng)的最大超調(diào)量將 A A.增加B.減小C.不變D.不定8余弦函數(shù)cos的拉氏變換是 C A.B.C.D. 9. 微分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移()= A A. 90&#

8、176; B. -90°C. 0° D. -180°10. II型系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻漸近特性的低頻段斜率為 A A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)11令線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式為零，則可得到系統(tǒng)的 B A代數(shù)方程B特征方程C差分方程D狀態(tài)方程12. 主導(dǎo)極點(diǎn)的特點(diǎn)是 D A.距離實(shí)軸很遠(yuǎn)B.距離實(shí)軸很近C.距離虛軸很遠(yuǎn)D.距離虛軸很近13采用非單位負(fù)反饋連接時(shí)，如前向通道的傳遞函數(shù)為G(s)，反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s)，則其等效傳遞函數(shù)為 C ABCD14.反饋控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有(

9、 A ) A.反饋回路B.慣性環(huán)節(jié) C.積分環(huán)節(jié)D.PID調(diào)節(jié)器15.( A )=,(a為常數(shù))。 A. LeatB. Leat C. Le(ta)D. Le(t+a)16.Lt2e2t=( B ) A. B. C. D. 17.若F(s)=，則=( B ) A. 4B. 2 C. 0D. 18.已知f(t)=eat,(a為實(shí)數(shù))，則L=( C )A. B. C. D. 19.f(t)= ，則Lf(t)=( C ) A. B. C. D. 20.某系統(tǒng)的微分方程為,它是( C ) A.線性系統(tǒng)B.線性定常系統(tǒng) C.非線性系統(tǒng)D.非線性時(shí)變系統(tǒng)21.某環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為G(s)=e2s，它是( B

10、 ) A.比例環(huán)節(jié)B.延時(shí)環(huán)節(jié) C.慣性環(huán)節(jié)D.微分環(huán)節(jié)22.圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為( B ) A. B. 解：跟據(jù)電壓定律得 C. RCs+1 D. 23.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=,其無(wú)阻尼固有頻率n是( B ) A. 10B. 5C. 2.5D. 2524.一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)曲線在t=0處的斜率為( C ) A. B. KTC. D. 25.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=,則其單位階躍響應(yīng)函數(shù)為( C ) A. B. C. K(1et/T)D. (1eKt/T)26.圖示系統(tǒng)稱為( B )型系統(tǒng)。 A. 0 B. C. D. 27.延時(shí)環(huán)節(jié)G(s)=es的相頻特性G(j)等于( B )

11、 A. B. C.°D.°28.對(duì)數(shù)幅頻特性的漸近線如圖所示，它對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)G(s)為( D ) A. 1+TsB. C. D. (1+Ts)229.圖示對(duì)應(yīng)的環(huán)節(jié)為( C ) A. Ts B. C. 1+Ts D. 30.設(shè)系統(tǒng)的特征方程為D(s)=s3+14s2+40s+40=0，則此系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍為( B ) A. >0B. 0<<14C. >14D. <031.典型二階振蕩環(huán)節(jié)的峰值時(shí)間與( D )有關(guān)。 A.增益B.誤差帶 C.增益和阻尼比D.阻尼比和無(wú)阻尼固有頻率32.若系統(tǒng)的Bode圖在=5處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折(如圖所示)，這說(shuō)明系統(tǒng)中

12、有( D )環(huán)節(jié)。 A. 5s+1B. (5s+1)2 C. 0.2s+1D. 33.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=,其零、極點(diǎn)是( D ) A.零點(diǎn)s=0.25,s=3;極點(diǎn)s=7,s=2B.零點(diǎn)s=7,s=2;極點(diǎn)s=0.25,s=3 C.零點(diǎn)s=7,s=2;極點(diǎn)s=1,s=3D.零點(diǎn)(分子為0)s=7,s=2;極點(diǎn)(分母為0)s=0.25,s=334.一系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為,則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益和型次依次為( A )原式=，故K=6/15=0.4(注意多項(xiàng)式的常數(shù)項(xiàng)為1) A. 0.4，B. 0.4，C. 3，D. 3，35.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=，其幅頻特性G(j)應(yīng)為( D ) A.

13、 B. C. D. 36.二階系統(tǒng)的阻尼比，等于( C ) A.系統(tǒng)的粘性阻尼系數(shù) B.臨界阻尼系數(shù)與系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)之比 C.系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比 D.系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)的倒數(shù)37.設(shè)c為幅值穿越(交界)頻率，(c)為開(kāi)環(huán)頻率特性幅值為1時(shí)的相位角，則相位裕度為( C ) A. 180°(c)B. (c) C. 180°+(c)D. 90°+(c)38.單位反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=，則系統(tǒng)在r(t)=2t輸入作用下，其穩(wěn)態(tài)誤差為( A ) A. B. C. D. 039.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=,在0時(shí)，其無(wú)阻尼固有頻率n與諧振頻

14、率r的關(guān)系為( C ) A. n<rB. n=rC. n>rD. 兩者無(wú)關(guān)40.串聯(lián)相位滯后校正通常用于( B ) A.提高系統(tǒng)的快速性B.提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度 C.減少系統(tǒng)的阻尼D.減少系統(tǒng)的固有頻率41.下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中，能在頻率c=4處提供最大相位超前角的是( D ) A. B. C. D. 42.從某系統(tǒng)的Bode圖上，已知其剪切頻率c40，則下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中能在基本保持原系統(tǒng)穩(wěn)定性及頻帶寬的前提下，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整增益使穩(wěn)態(tài)誤差減至最小的是( B ) A. B. C. D. 三、簡(jiǎn)答題1-1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)是什么?答：1）機(jī)械控制工程是研究

15、控制論在機(jī)械工程中應(yīng)用的學(xué)科，用于改進(jìn)和完善機(jī)械系統(tǒng)。 2）有以下五個(gè)任務(wù): (1)系統(tǒng)分析。 (2)最優(yōu)控制。 (3)最優(yōu)設(shè)計(jì)。 (4)系統(tǒng)辨識(shí)。 (5)濾波與預(yù)測(cè)。 1.2 什么是反饋?什么是外反饋和內(nèi)反饋?答：1）將系統(tǒng)的輸出全部或部分地返送回系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號(hào)共同作用于系統(tǒng)的過(guò)程，稱為反饋或信息反饋。 2）外反饋是指人們利用反饋控制原理在機(jī)械系統(tǒng)或過(guò)程中加上一個(gè)人為的反饋，構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。 3內(nèi)反饋是指許多機(jī)械系統(tǒng)或過(guò)程中存在的相互藕合作用，形成非人為的“內(nèi)在”反饋，從而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 1.3 反饋控制的概念是什么?為什么要進(jìn)行反饋控制?答：1）反饋控制就是利用反饋信

16、號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 2）為了提高控制系統(tǒng)的精度，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。 1.4閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本工作原理是什么?答：工作原理如下: (1)檢測(cè)被控制量或輸出量的實(shí)際值; (2)將實(shí)際值與給定值進(jìn)行比較得出偏差值; (3)用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差。 通常閉環(huán)控制系統(tǒng)至少具備測(cè)量、比較和執(zhí)行三個(gè)基本功能。1.5對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求是什么?答：基本要求是穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。 1）穩(wěn)定性是指系統(tǒng)振蕩傾向及其恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。是保證控制系統(tǒng)正常工作的首要條件。 2）準(zhǔn)確性是指控制系統(tǒng)的控制精度，一般用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量。是衡量控制系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。3）快速性是指系統(tǒng)消除輸出量與輸入量之間產(chǎn)生

17、偏差的快慢程度。3.1 什么是時(shí)間響應(yīng)？時(shí)間響應(yīng)由那兩部分組成？答：1）時(shí)間響應(yīng)：在輸入信號(hào)作用下，系統(tǒng)的輸出隨時(shí)間變化的過(guò)程。 2）時(shí)間響應(yīng)由瞬時(shí)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)組成。3.2 簡(jiǎn)述脈沖響應(yīng)函數(shù)和傳遞函數(shù)的關(guān)系。答：脈沖響應(yīng)的拉氏變換等于傳遞函數(shù)乘以脈沖信號(hào)的拉氏變換，由于脈沖信號(hào)的拉氏變換為1，所以脈沖響應(yīng)的拉氏變換等于傳遞函數(shù)。3.3 簡(jiǎn)述一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。答：一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為：3.4典型二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，兩個(gè)重要參數(shù)是什么？對(duì)系統(tǒng)性能的影響如何？答：1）典型二階系統(tǒng)：2）阻尼比及系統(tǒng)的無(wú)阻尼固有頻率是系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù)。3）它們決定著系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性。二階系統(tǒng)的阻尼比決定了其振蕩

18、特性。3.5 簡(jiǎn)述二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并分別畫(huà)出階躍響應(yīng)曲線。答：1）二階單位階躍響應(yīng)： 2）圖3-9.3.6 誤差和穩(wěn)態(tài)誤差的定義是什么？答：1）系統(tǒng)實(shí)際輸出量與期望輸出量的偏差稱為系統(tǒng)誤差；2）系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后其實(shí)際輸出量與期望輸出量之間的相差程度。3.7 穩(wěn)態(tài)誤差和哪些因素有關(guān)？計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差的方法有哪幾種？答：1）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的增益、型次和輸入信號(hào)有關(guān)。2）方法有：（1）拉氏反變換法；（2）終值定理法；（3）靜態(tài)誤差系數(shù)法；（4）誤差級(jí)數(shù)法；（5）動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)法；（6）頻率特性法。5.1什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性?控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是什么?答：1）系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指:系統(tǒng)

19、受到擾動(dòng)作用時(shí)，輸出偏離平衡狀態(tài)，當(dāng)擾動(dòng)消除后，若系統(tǒng)在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)到其原來(lái)的平衡狀態(tài)或趨于一個(gè)給定的新平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。2）系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是:系統(tǒng)的全部特征根都具有負(fù)實(shí)部，即系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的全部極點(diǎn)均位于復(fù)平面的左半平面。四、程序題1. 已知某閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：求其單位階躍響應(yīng)曲線，單位脈沖響應(yīng)曲線，以及輸入信號(hào)為r(t) =1+t的響應(yīng)曲線。解：程序如下：num=10 25;den=0.16 1.96 10 25;sys=tf(num,den)subplot(3,1,1);step(num,den);subplot(3,1,2);imp

20、ulse(num,den)t=0:0.01:3;u=1+t;subplot(3,1,3);lsim(num,den,u,t)end2.典型二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ；為自然頻率，為阻尼比，試?yán)L出當(dāng)=0.5，分別取 2、4、6、8、10、12時(shí)該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。解：程序如下：kesi=0.5;wn=2;while wn<13 num=wn2; den=1 2*kesi*wn wn2; step(num,den); hold on; wn=wn+2;endend3.單位反饋系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)為：，試?yán)L制該系統(tǒng)的Bode圖和Nyquist曲線。解：程序如下：num=2 8 12 8 2;den=1 5 10 10 5 1 0;figure(1);bode(num,den);figure(2);nyquist(num,den);end2. 設(shè)有一高階系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：，試?yán)L制該系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖，求取該系統(tǒng)的特征根，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：程序如下：num=0.016 0.218 1.436 9.359;den=0.06 0.268 0.635 6.271;pzmap(num,den);roots(den)end求得特征根為：ans = -5.7710