(完整版)機(jī)械工程控制期末考試試題和標(biāo)準(zhǔn)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)模板

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》試題（A卷）（考試時(shí)間：120分鐘）一、單項(xiàng)選擇題（共10分，每小題2分）1.控制系統(tǒng)中，下列元件通常屬于反饋元件的是________。A．電壓放大器；B．熱電偶；C．液壓馬達(dá)；D．電動(dòng)機(jī)；2.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是，其中沒有________環(huán)節(jié)。A．比例環(huán)節(jié)；B．慣性環(huán)節(jié)；C．積分環(huán)節(jié)；D．一階微分環(huán)節(jié)；3.二階系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、最大超調(diào)量應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的是________。和振蕩次數(shù)，反A．、；B．、；C．、；D．、；4.某放大器的傳遞函數(shù)，當(dāng)，相頻為，則T的值為________。A．1；B．2；C．3；D.4；5.PID校正是針對(duì)___________進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算后形成的控制規(guī)律。A．輸入信號(hào)；B．輸出信號(hào)；C．誤差信號(hào)；D．偏差信號(hào)二、填空題（共20分，每空2分）6.1954年，我國(guó)科學(xué)家_____________發(fā)表了《工程控制論》，奠定了控制工程的理論基礎(chǔ)。；7.對(duì)于受干擾的閉環(huán)系統(tǒng)，如果系統(tǒng)只受輸入作用時(shí)的輸出是作用時(shí)的輸出，系統(tǒng)只受干擾作用時(shí)的輸出是，則系統(tǒng)同時(shí)受和_______________。8.如圖所示的信號(hào)流圖，前向通道的傳遞函數(shù)為_________，反饋通道有_________條，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為_________。題8圖9.已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為誤差分別為________、_________。，則系統(tǒng)單位階躍和單位速度輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)10.某系統(tǒng)未校正前和已校正后的Bode圖如圖所示，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能______，系統(tǒng)的快速性______，穩(wěn)定性_______（填“提高”“不變”或“減弱”）。題10圖三、計(jì)算、分析和作圖題（共70分）11.（10分）求下圖所示的電氣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。題11圖12.（10分）畫出題11電氣系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖和信號(hào)流圖。13.（10分）簡(jiǎn)化框圖求傳遞函數(shù)。題13圖14.（10分）已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是（1）求該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。，（2）輸入信號(hào)為，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。（計(jì)算結(jié)果用含有根號(hào)和反三角函數(shù)的式子表示）15.（10分）具有特征方程的反饋系統(tǒng)判斷其穩(wěn)定性。16.（10分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試?yán)L出其對(duì)數(shù)幅頻特性圖的漸近線。17.（10分）（1）（6分）系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）（4分）系統(tǒng)開環(huán)右極點(diǎn)數(shù)q=2，開環(huán)Nyquist圖如圖所示，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。題17（2）圖《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》試題（B卷）（考試時(shí)間：120分鐘）一、選擇題（共10分，每小題2分）（每個(gè)小題只有一個(gè)合理的答案）1.控制系統(tǒng)的三個(gè)基本要求中主要反映穩(wěn)態(tài)性能的是_______。A．穩(wěn)定性；B．精確性；C．快速性；D．不確定；2.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是，其中沒有________環(huán)節(jié)。A．比例環(huán)節(jié)；B．慣性環(huán)節(jié)；C．積分環(huán)節(jié)；D．振蕩環(huán)節(jié)；3.已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則在信號(hào)2t作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為，幅值為1，則其頻率響應(yīng)的幅_____。A．0；B．0.2；C．0.4；D．無窮大；4.某放大器的傳遞函數(shù)值為________。，輸入正弦信號(hào)的A．1；B．12；C．5.PID校正是針對(duì)___________進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算后形成的控制規(guī)律。A．輸入信號(hào)；B．輸出信號(hào)；C．誤差信號(hào)；D．偏差信號(hào)二、填空題（共20分，每空2分）6.閉環(huán)系統(tǒng)的組成元件中，檢測(cè)輸出信號(hào)產(chǎn)生反饋信號(hào)的是；D.；；、操縱控制對(duì)象的元件是。7.系統(tǒng)的信號(hào)流圖如圖所示，其傳遞函數(shù)為。題7圖8.二階系統(tǒng)的阻尼比越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越_______。9.某系統(tǒng)未校正和已校正的Bode圖如圖所示，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能______，系統(tǒng)的快速性______，穩(wěn)定性_______（填“提高”“不變”或“減弱”）。題9圖題10圖10.已知某單位反饋系統(tǒng)未校正時(shí)的開環(huán)傳遞函數(shù)和校正裝置的傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)幅頻特性圖漸近線如圖所示，則，，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。三、計(jì)算、分析和作圖題（共70分）11.（10分）求下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。題11圖12.（10分）繪出下圖所示系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖和信號(hào)流圖。題12圖13.（10分）如圖所示，求的表達(dá)式滿足什么條件時(shí)可以消除干擾信號(hào)對(duì)輸出的影響。題13圖14.（10分）已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是，求該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位脈沖響應(yīng)。（）15.（10分）對(duì)于具有特征方程的反饋系統(tǒng)，試用Routh判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。16.（10分）已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試概略繪出其Bode圖（只畫對(duì)數(shù)幅頻特性圖）。17.（10分）試用Nyqusit判據(jù)和Bode判據(jù)判斷下列曲線所對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，簡(jiǎn)要寫出判定緣由，對(duì)應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和系統(tǒng)開環(huán)特征方程右根數(shù)已經(jīng)給出。(1)（2）（3）系統(tǒng)開環(huán)右極點(diǎn)數(shù)q=2（4）開環(huán)特征方程右根數(shù)q=2《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》（A卷）試題標(biāo)準(zhǔn)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、選擇題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：（每小題2分，共10分）1.B2.C3.D4.A5.D二、填空題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：（每空2分，共20分）6.錢學(xué)森7.8.59.010.不變提高提高三、計(jì)算、分析和作圖題11.（10分）根據(jù)基爾霍夫定律，有：；(4分，1個(gè)式子2分)消去中間變量，整理可得電氣系統(tǒng)的微分方程為：(2分)零初始狀態(tài)下，兩邊求Laplace變換為：(2分)故電氣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：(2分)（電氣系統(tǒng)用復(fù)阻抗的概念計(jì)算也正確）12.（10分）根據(jù)基爾霍夫定律，有：；(2分，1個(gè)式子1分)零初始狀態(tài)下，兩邊求Laplace變換為：；(2分，1個(gè)式子1分)則系統(tǒng)框圖為：(3分，錯(cuò)1點(diǎn)扣1分)則信號(hào)流圖為：(3分，錯(cuò)1點(diǎn)扣1分)13.（10分）(簡(jiǎn)化過程1步2分，正確給8分，結(jié)果正確給2分)14.（10分）系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：(1分)(1)當(dāng)單位階躍信號(hào)輸入時(shí)，，(1分)則系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)作用下輸出的Laplace變換為：(2分，式子1分，結(jié)果1分)對(duì)上式進(jìn)行Laplace反變換，得出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為：(1分)(2)（1分）(1分)（1分)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)=（2分）15.（10分）各項(xiàng)系數(shù)大于零，Routh陣列為：(2分)(6分，第1,2行1分，第3行2分，第4行2分，第5行1分)由于第一列出現(xiàn)0項(xiàng)，故用一個(gè)趨近于0的正數(shù)代替，由Routh陣列可以看出，，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2分)16.（10分）該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)由下列典型環(huán)節(jié)組成：比例環(huán)節(jié)：20；2個(gè)積分環(huán)節(jié)：；一階微分環(huán)節(jié)：5s+1轉(zhuǎn)折頻率0.2rad/s；慣性環(huán)節(jié)：轉(zhuǎn)折頻率0.1rad/s；(3分，錯(cuò)1個(gè)扣1分)該系統(tǒng)的近似對(duì)數(shù)幅頻特性圖為：(7分，斜率、點(diǎn)錯(cuò)1個(gè)扣1分)17.（10分）（1）該開環(huán)傳遞函數(shù)的Nyquist圖如圖所示，（3分，起點(diǎn)終點(diǎn)各1分，趨勢(shì)1分）N=-1，q=0，N≠q/2，故系統(tǒng)不穩(wěn)定；(3分，N、q值各1分，結(jié)論1分)（2），，，故系統(tǒng)穩(wěn)定；(4分，N值各1分，結(jié)論1分)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》（B卷）試題標(biāo)準(zhǔn)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、選擇題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：（每小題2分，共10分）1.B2.D3.C4.D5.D二、填空題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：（每空2分，共20分）6.反饋元件執(zhí)行元件7.8.慢9.提高減弱提高10.三、計(jì)算、分析和作圖題11.（10分）（1）根據(jù)牛頓第二定律，有：(2分)由阻尼器和彈簧的特性，可寫出：；(2分，1個(gè)式子1分)由以上3個(gè)式子可得機(jī)械系統(tǒng)的微分方程為：(2分)零初始狀態(tài)下，兩邊求Laplace變換為：(2分)(2分)故機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：12.（10分）根據(jù)基爾霍夫定律，有：；(1個(gè)式子1分，共2分)零初始狀態(tài)下，兩邊求Laplace變換為：；(1個(gè)式子1分，共2分)則系統(tǒng)框圖為：(3分,錯(cuò)1個(gè)點(diǎn)扣1分，扣完為止)則信號(hào)流圖為：(3分,錯(cuò)1個(gè)點(diǎn)扣1分，扣完為止)13.（10分）（5分，錯(cuò)1個(gè)點(diǎn)扣1分，扣完為止）簡(jiǎn)化框圖得：（4分,簡(jiǎn)化過程對(duì)1步得1分）故當(dāng)時(shí)，干擾信號(hào)對(duì)輸出沒有影響。(1分)14.（10分）（1）當(dāng)單位階躍信號(hào)輸入時(shí)，，(1分)則系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)作用下輸出的Laplace變換為：(4分，式子1分，三個(gè)因式1個(gè)1分)對(duì)上式進(jìn)行Laplace反變換，得出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為：(1分)（2）當(dāng)單位脈沖信號(hào)輸入時(shí)，根據(jù)線性定常系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性質(zhì)，得單位階躍響應(yīng)為：(4分，式子2分，結(jié)果2分)15.（10分）各項(xiàng)系數(shù)為正。（1分）Routh陣列為：(8分，.第1、2行1分，第3行2分，構(gòu)造多項(xiàng)式2分，第5,6,7行各1分)由于第4行出現(xiàn)0行，故構(gòu)造輔助多項(xiàng)式：，，把此式系數(shù)填入0行，由Routh陣列看出第一列都為正，故系統(tǒng)臨界穩(wěn)定（1分）。16.（10分）該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：(1分)所以該系統(tǒng)由下列典型環(huán)節(jié)組成：比例環(huán)節(jié)：20；2個(gè)積分環(huán)節(jié)：；一階微分環(huán)節(jié)：5s+1轉(zhuǎn)折頻率0.2rad/s；慣性環(huán)節(jié)：