機(jī)械控制工程基礎(chǔ)-試卷4- 試題及答案

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系（部、中心、教研室）：出題教師系主任：

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班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：

考試科目：機(jī)械控制工程基礎(chǔ)

考試時(shí)間：U100U分鐘

試卷總分U100U分

考試形式：閉卷

題號(hào)

一

二

三

四

五

六

七

總分

得分

評(píng)卷

教師

一、填空題（每空1分，第8小題2分，總計(jì)15分）

將系統(tǒng)的輸出全部或部分返送回系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號(hào)共同作用于系統(tǒng)的過程，稱為反饋。

控制系統(tǒng)的基本要求包括穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。

二階欠阻尼系統(tǒng)階躍響應(yīng)中，反映系統(tǒng)快速性的性能指標(biāo)有上升時(shí)間、

峰值時(shí)間和調(diào)整時(shí)間。

系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的振蕩傾向及其恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，稱為系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，該系統(tǒng)的極點(diǎn)是-0.5和-0.2

零點(diǎn)是-1。

系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為，則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為。

控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是系統(tǒng)所有的特征根具有負(fù)實(shí)部，或系統(tǒng)所有極點(diǎn)位于[s]左半平面。

8.奈奎斯特判據(jù)是如果開環(huán)傳遞函數(shù)G（s）H（s）在[s]右半平面上有P個(gè)極點(diǎn)，當(dāng)ω由－∞變化到＋∞時(shí)，[GH]平面上的開環(huán)頻率特性G（jω）H（jω）逆時(shí)針包圍（－1，j0）點(diǎn)P圈，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。反之，閉環(huán)系統(tǒng)就不穩(wěn)定。

二、（15分）RC低通濾波電路如圖所示，R=10kΩ，C=10uF，（1）畫出系統(tǒng)方框圖；（2）化簡(jiǎn)方框圖，求RC電路傳遞函數(shù)；（3）如果輸入電壓，求輸出電壓。

R

C

ui

u0

（1）（5分）方框圖

Ui(s)

1/R

1/Cs

Uo(s)

（2）(5分)傳遞函數(shù)

（3）（5分）輸出電壓拉氏變換：

輸出電壓：

三、（15分）角度隨動(dòng)系統(tǒng)伺服電機(jī)的時(shí)間常數(shù)為，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量，求（1）系統(tǒng)的開環(huán)增益；（２）判斷響應(yīng)時(shí)間是否滿足5秒內(nèi)達(dá)到2%誤差的要求。

（１）（10分），

0.46

，

（2）（5分），滿足要求。

四、（15分）火星自主漫游車的導(dǎo)向控制系統(tǒng)方框圖如圖所示，（1）試求在加速度輸入作用下，滿足穩(wěn)態(tài)誤差小于0.25，并且滿足閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益k值范圍。（可用勞斯判據(jù)）

X0(s)

Xi(s)

（7分）求滿足穩(wěn)態(tài)誤差的k值范圍

，

（2）（8分）求滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的k值范圍

系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)

勞斯數(shù)列為

最后

五、(10分)某伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方框圖如圖所示，如果調(diào)速系數(shù)，測(cè)速反饋系數(shù)，(1)求擾動(dòng)力矩n(t)單獨(dú)作用下的傳遞函數(shù)Gn(s)；(2)求當(dāng)輸入力矩為R(t)=t，擾動(dòng)力矩n(t)=t時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

C(s)

R(s)

N(s)

kc

(1)（5分）

（2）（5分）令，

I型系統(tǒng)，

（5分）令，

六、（10分）已知某系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，試在下圖所給對(duì)數(shù)坐標(biāo)中繪出系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性圖（給出必要的計(jì)算及過程說明）。

解：系統(tǒng)含比例環(huán)節(jié)、1個(gè)積分環(huán)節(jié)、2個(gè)慣性環(huán)節(jié)，1個(gè)一階微分環(huán)節(jié)

20lgK=20k=10低頻段直線過（1,20）,

；，

則有：

七、（20分）已知某系統(tǒng)開環(huán)伯德圖如圖所示：

（1）求出該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；

（2）在圖7中標(biāo)出剪切頻率，相位穿越頻率、相位裕量和幅值裕量，并讀出或計(jì)算出各自的值；

（3）設(shè)計(jì)相位超前校正環(huán)節(jié)，使得相位裕量大于30度。

解：（1）由題知，開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線斜率依次為-20→-40→-60，

故系統(tǒng)含比例環(huán)節(jié)、1個(gè)積分環(huán)節(jié)、2個(gè)慣性環(huán)節(jié)，開環(huán)傳遞函數(shù)為

低頻段過（1，38）,所以20lgK=38，得K=80