自動控制技術(shù)試卷

機械工程控制基礎(chǔ)期末考試題一、填空題：(每題2分，共20分)1在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，通過檢測元件將輸出量轉(zhuǎn)變成與給定信號進行比較的信號，這個TOC\o"1-5"\h\z信號稱為 。2若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),則閉環(huán)傳遞函數(shù)為3齒輪副中，以主動輪角速度①為輸入，以被動輪轉(zhuǎn)角9為輸出，則這個裝置為 環(huán)節(jié)。Bode圖中對數(shù)相頻特性圖上的一180。線對應于奈奎斯特圖中的 。自動控制系統(tǒng)對輸入信號的響應，一般都包含兩個分量，即一個是 ，另一個是 分量。在斜坡函數(shù)的輸入作用下， 型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零。16慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)丁r，它的幅頻特性的數(shù)學式是 ，它的相頻特性的數(shù)Ts+1學式是 。s+37函數(shù)F(s)=c+止+2)的拉式反變換是-8已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)8已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=30(0.5s+l)6.04s+2)，試求出系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差9已知系統(tǒng)的單位階躍響應為x(t)=1+0.2e-60t-1.2e-助，此系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為0 ，系統(tǒng)的阻尼比g是 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是所有的閉環(huán)極點均位于s平面的 半平面。1.對于一個自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面：穩(wěn)定性、 和準確性。反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)輸入量和 的偏差進行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。當且僅當閉環(huán)控制系統(tǒng)特征方程的所有根的實部都是 時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。方塊圖中環(huán)節(jié)的基本連接方式有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和 連接。線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，是在 時，系統(tǒng)輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換的比。線性定常系統(tǒng)在正弦信號輸入時，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 。積分環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為 dB／dec。單位斜坡函數(shù)t的拉氏變換為 。

分析穩(wěn)態(tài)誤差時，將系統(tǒng)分為0型系統(tǒng)、I型系統(tǒng)、II型系統(tǒng)…，這是按系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)所含 環(huán)節(jié)的數(shù)目來分類的。二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)F= 時，為最佳阻尼系數(shù)，這時系統(tǒng)的平穩(wěn)性與快速性都較理想。在單位斜坡輸入信號作用下，0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差es= 。OO線性系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性，縱坐標取值為 ，橫坐標為 。奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)是利用系統(tǒng)的 來判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的準則2.選擇題：(共計15題)1.設(shè)系統(tǒng)的特征方程為DC)=s4+8s3+17s2+16s+5=0，則此系統(tǒng)1.2.3.4.A.穩(wěn)定B.臨界穩(wěn)定引出點前移越過一個方塊圖單元時，A.并聯(lián)越過的方塊圖單元C.串聯(lián)越過的方塊圖單元C.不穩(wěn)定應在引出線支路上D.穩(wěn)定性不確定B.并聯(lián)越過的方塊圖單元的倒數(shù)D.串聯(lián)越過的方塊圖單元的倒數(shù)時域分析法研究自動控制系統(tǒng)時最常用的典型輸入信號是A.脈沖函數(shù)2.3.4.A.穩(wěn)定B.臨界穩(wěn)定引出點前移越過一個方塊圖單元時，A.并聯(lián)越過的方塊圖單元C.串聯(lián)越過的方塊圖單元C.不穩(wěn)定應在引出線支路上D.穩(wěn)定性不確定B.并聯(lián)越過的方塊圖單元的倒數(shù)D.串聯(lián)越過的方塊圖單元的倒數(shù)時域分析法研究自動控制系統(tǒng)時最常用的典型輸入信號是A.脈沖函數(shù)B.斜坡函數(shù)C.拋物線函數(shù)D.階躍函數(shù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=s2(s+1)(s+4)，其系統(tǒng)的增益和型次為.A.5，2B.5/4，2C.5，4D.5/4，45.一階微分環(huán)節(jié)G(s)=1+Ts，當頻率o=T時，則ZGj)為.5.A.45°B.-45°C.A.45°B.-45°C.90°D.-90°6.G(s)1+G(s)B.11+G(s)H(s)G(s)1+6.G(s)1+G(s)B.11+G(s)H(s)G(s)1+G(s)H(s)G(s)1-G(s)H(s)7.已知F(s)=s2+2s+3s(s2+5s+4)，其原函數(shù)的終值f(t)=tsA.0B.8 C.0.75 D.3采用負反饋連接時，如向前通道的傳遞函數(shù)為G(s),反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s),則其閉環(huán)傳遞函數(shù)為

8.梅遜公式主要用來 A.判斷穩(wěn)定性8.梅遜公式主要用來 A.判斷穩(wěn)定性B.計算輸入誤差C.求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)D.求系統(tǒng)的根軌跡9?慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的頻率特性在 上相等。幅頻特性的斜率 B.最小幅值C.相位變化率 D.穿越頻率二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)= ，則該系統(tǒng)是 。s2+2s+5A.臨界阻尼系統(tǒng)B.欠阻尼系統(tǒng)C.過阻尼系統(tǒng)D.零阻尼系統(tǒng)正弦函數(shù)coswt的拉氏變換是A.B.ws2+A.B.ws2+w2C.ss2+w2D.1s2+w2已知二階系統(tǒng)單位階躍響應曲線呈現(xiàn)出等幅振蕩，則其阻尼比可能 A.0.6 B.0.707 C.0D.1A.0.6 B.0.707 C.0D.1下列哪種措施對改善系統(tǒng)的精度沒有效果 。 ()A.增加積分環(huán)節(jié) B.提高系統(tǒng)的開環(huán)增益KC.增加微分環(huán)節(jié) D.引入擾動補償通過測量輸出量，產(chǎn)生一個與輸出信號存在確定函數(shù)比例關(guān)系值的元件丄。()A.比較元件 B.給定元件C.反饋元件 D.放大元件在系統(tǒng)對輸入信號的時域響應中，其調(diào)整時間的長短與 指標密切相關(guān)。()A.允許的穩(wěn)態(tài)誤差A.允許的穩(wěn)態(tài)誤差允許的超調(diào)量D.丄2)D.丄2))。s-1(A)(5s+1)2s+1)s+1(C)(2s+1)3s+1)1-Ts(B)1+Ts (T>0)s+2(d)s(s+3)C-2)允許的上升時間 D.允許的峰值時間7設(shè)一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=-—，其階躍響應曲線在t=0處的切線斜率s+2A.7 B.217、下列開環(huán)傳遞函數(shù)所表示的系統(tǒng)，屬于最小相位系統(tǒng)的是(

18.對數(shù)幅頻特性的漸近線如圖所示，它對應的傳遞函數(shù)G（s）為（A.1+Tsb.1+TSc.丄TsD.(1+Ts)210.若系統(tǒng)的Bode圖在3=5處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折（如圖所示），這說明系統(tǒng)中有（節(jié)。）環(huán)A.5s+1C.0.2s+118.對數(shù)幅頻特性的漸近線如圖所示，它對應的傳遞函數(shù)G（s）為（A.1+Tsb.1+TSc.丄TsD.(1+Ts)210.若系統(tǒng)的Bode圖在3=5處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折（如圖所示），這說明系統(tǒng)中有（節(jié)。）環(huán)A.5s+1C.0.2s+1-1D.(0.2s+1)220.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)= e—is1+TS，其幅頻特性丨G（j3）應為A.)Ke—l1+ToK e—ToB.1+ToC.K2e—io1+T2o2D.J1+T2o221.已知系統(tǒng)的頻率特性為G（j3）=1+?、?，則頻率特性的虛部為（）。kA.1+TOB.1+(To)2kTC.-1+(To)2kTwD.-1+(To)222.設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G（S）—1+0.3s，其（）

幅相特性曲線是一條與虛軸平行的直線幅相特性曲線是一條與實軸平行的直線幅相特性曲線是一條s上半平面的半圓線幅相特性曲線是一條s下半平面的半圓線523、已知系統(tǒng)頻率特性為j^1，則該系統(tǒng)可表示為（ ）5ejarctg wB）e-jarctg5ejarctg wB）e-jarctg?2TT(C)5e-jarctg?ejarctg?D）T24T24、已知系統(tǒng)頻率特性為5j?+1xC）二sin2t，當輸入為 時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為（系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為（sin\2t+arctg5?B)C)D)1B)C)D)1sin(2t+arctg5?)sinV2t一arctg5?丿sin(2t一arctg5?)J25?2+1微分環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條（）。A.水平線B.垂直線C.斜率為20dB/dec的直線D.斜率為10db/dec的直線已知最小相位系統(tǒng)的Bode圖如圖所示，

則此系統(tǒng)包含的積分環(huán)節(jié)為：（則此系統(tǒng)包含的積分環(huán)節(jié)為：（A.0個 B.1個C．2個 D.3個比例環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條（）。A.水平線 B.垂直線 C.斜率為-20db/dec的直線 D.斜率為-10db/dec的直線26.對于傳遞函數(shù)Ts26.對于傳遞函數(shù)Ts+1 Ts+12（T>t2>0）的系統(tǒng)，其相頻特性為()A屮(3)=arctg(T3)—arctg(T3)A.12B申(3)=兀_arctg(T3)-arctg(T3)B.12C申(3)=—arctg(T3)—arctg(T3)C12甲(3)=兀+arctg(T3)—arctg(T3)D1229設(shè)反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為s+2，當系統(tǒng)的輸入r（t）=sin（2t+45。）時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出（）。1A.2sin2tsin21A.2sin2tsin2t1 smtC.2J2D30.下列Nyquist圖所對應的傳遞函數(shù)中包含積分環(huán)節(jié)的是（）D.以上三項都不包含積分環(huán)節(jié)D.以上三項都不包含積分環(huán)節(jié)三、名詞解釋(每題5分，共計2題10分)傳遞函數(shù)主導極點偶極子最小相位系統(tǒng)三、計算題(每題10分，共計50分)已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：G(s)H(s)二 -心+1)(T2s+1)(73s+1)試繪制系統(tǒng)的開環(huán)Nyquist圖。100(100(s+1)(s+2)(s+3)G(s)H(s)=試繪制系統(tǒng)的開環(huán)Nyquist圖。已知如下列傳遞函數(shù)的系統(tǒng)：1G(s)二一1 s2(7s+1)(Ts+2)121G(s)二一3s2(Ts+1)(Ts+2)(T+1)1 2 3試繪制系統(tǒng)的開環(huán)Nyquist圖。設(shè)開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性為

10-3(1+jl00?)2(je)2(l+j10?)(1+j0.125e)(l+j0.05?)試繪制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性圖K設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，式中，時間常數(shù)T=0-5秒，放大系數(shù)K=10。求在頻率Ts+1f=1Hz,幅值R=10的正弦輸入信號作用下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出x(t)o的幅值與相位。設(shè)單位負反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)。⑴G(s)= 試確定使相角裕量等于45。的a值。S28.若二階系統(tǒng)的單位階躍響應為h(t)=1+0.2e-601一1.2e-10tt>03)試求其閉環(huán)傳遞函數(shù)；(2)確定其阻尼比g和無阻尼固有頻率?n100s(0.1100s(0.1s+1)10.某最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線L?)如下圖所示:寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)，并求系統(tǒng)的相位裕量丫。(1010.某最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線L?)如下圖所示:寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)，并求系統(tǒng)的相位裕量丫。(10分)1dB/deci0.1 031 3io100 300^< 60dB/decn.已知某單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G⑶h(s)=占，當系統(tǒng)的輸入信號為x(t)-sin(2t+30)時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。i某系統(tǒng)方塊圖如下圖所示，試求其無阻尼自然頻率?，阻尼比g，最大超調(diào)量Mp，峰n值時間t，調(diào)整時間t(△=0.02)。(10分)ps

100$(50s+4)100$(50s+4)0.02*13、已知最小相位系統(tǒng)Bode圖如下圖所示（10分）（必須有求解過程）1）寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)（8分）；（2）利用相位裕量判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；（2分）14、設(shè)某系統(tǒng)的特征方程式為s6+2s5+8s4+12s3+20s2+16s+16=0求其特征根，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（10分）15?已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G（s）二*t咒*T）試繪制奈奎斯特曲線，并利12用奈氏判據(jù)判斷其穩(wěn)定性。（10分）。注：繪出正確曲線得5分，判斷正確得5分）16.已知某單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G（s）=16.已知某單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G（s）=50000s(s+10)(s+50)在下面半對數(shù)坐標紙上畫出其漸近對數(shù)幅頻特性由圖解求取其幅值穿越頻率3（近似值）；C在下面半對數(shù)坐標紙上畫出其漸近對數(shù)幅頻特性由圖解求取其幅值穿越頻率3（近似值）；C③由公式求取相位裕量Y，并由此判斷該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10(s+1)(2s+l)(0.1s+l)(0.05s+1①在下面半對數(shù)坐標紙上畫出其漸近對數(shù)幅頻特性；由圖解求取其幅值穿越頻率3c(近似值)；由公式求取相位裕量Y，并由此判斷該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。18某最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖所示，要求：(1)寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；(2)利用相位裕量判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；(3)將其對數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻，試討論對系統(tǒng)性能的影響解：(1)由圖可以寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下：G(s)=10G(s)=10s(s0.1s+1)(20+1)2)系統(tǒng)的開環(huán)相頻特性為：9(?)9(?)=一90°—arctano0.1一arctano20截止頻率：o=0.1X10=1cv相角裕度：Y=180°+9(o)=2.85°，故系統(tǒng)穩(wěn)定。c(3)將其對數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程后，可得系統(tǒng)新的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)= 100 s(s+咗+1)其截止頻率：o=10o=10c1 c而相角裕度：Y1=180°+9(oc1)=2.85°=Y故系統(tǒng)1 c1穩(wěn)定性不變。由時域指標估算公式可得：ao'=0.16+0.4(1-1)=qfl/o sinY 17oK兀 K兀t= 0_= 0 =0.1ts o 10? s1c c1所以，加快。系統(tǒng)的超調(diào)量不變，調(diào)節(jié)時間縮短，動態(tài)響應9單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=￡，當下列信號作用在系統(tǒng)輸入端時，求系s