機械工程控制基礎(chǔ)考試題A

《機械工程控制根底》考試試卷〔A卷〕班級姓名學(xué)號題號一二三四總得分評卷人審核人得分一、填空題〔每空1分，共20分〕1、對控制系統(tǒng)的根本要求是________、_______、________。2、f(t)=t+1,對其進行拉氏變換L[f(t)]=。3、二階系統(tǒng)的極點分別為s1=?0.5,s2=?4，系統(tǒng)增益為2，那么其傳遞函數(shù)G(S)=。4、零頻幅值A(chǔ)(0)表示當(dāng)頻率接近于零時，環(huán)系統(tǒng)輸出的幅值與輸入幅值之比。5、工程控制論實質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題，機械工程控制就是研究_______、_______、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系。6、系統(tǒng)的頻率特性求取有三種方法：根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)求取、用試驗方法求取和將傳遞函數(shù)中的s換為來求取。7、微分環(huán)節(jié)的控制作用主要有_________、________、________。8、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，其中為系統(tǒng)的__________，當(dāng)時為系統(tǒng)。在阻尼比ξ<0.707時，幅頻特性出現(xiàn)峰值，稱______，此時的頻率稱諧振頻率ωr＝。9、一般稱能夠用相同形式的數(shù)學(xué)模型來描述的物理系統(tǒng)成為系統(tǒng)。10、對自動控制系統(tǒng)按照輸出變化規(guī)律分為__________系統(tǒng)、________系統(tǒng)、_____________系統(tǒng)。11、對積分環(huán)節(jié)而言，其相頻特性∠G(jw)=________。二、選擇題〔每題1分，共15分〕1.控制工程主要研究并解決的問題之一是()。A.系統(tǒng)已定，輸入不確定，求系統(tǒng)的輸出B.系統(tǒng)已定，輸入，求系統(tǒng)的輸出(響應(yīng))C.系統(tǒng)已定，規(guī)定系統(tǒng)的輸入D.系統(tǒng)不定，輸入，求出系統(tǒng)的輸出(響應(yīng))2.F(s)=L［f(t)］，假設(shè)F(s)=,那么f(t)|t=?()A.B.1C.D.03.以下系統(tǒng)中為線性系統(tǒng)的微分模型為：()。A.B.C.D.4.對于定?？刂葡到y(tǒng)來說，()。A.表達系統(tǒng)的微分方程各項系數(shù)不隨時間改變B.微分方程的各階微分項的冪為1C.不能用微分方程表示D.系統(tǒng)總是穩(wěn)定的5.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為,那么系統(tǒng)增益為()。A.10B.0.5C.4D.56.一個系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為，那么該系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為〔〕。A.B.C.D.7.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的零極點為()。A.極點s1=-1,s2=-2,零點s3=5B.極點s1=1,s2=2C.極點s1=-1,s2=-2D.極點s1=1,s2=2,零點s3=-58.以下信號中，哪個用來定義二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)()。A.單位階躍B.單位脈沖C.單位斜坡D.單位正弦9.系統(tǒng)如圖，其穩(wěn)態(tài)誤差定義為()。A.ess=SG(S)B.ess=te(t)C.ess=e(t)D.ess=e(t)10.某系統(tǒng)傳函數(shù)為G(s)=，那么轉(zhuǎn)角頻率為()。A.B.τC.k/τD.kτ11.控制系統(tǒng)中()。A.系統(tǒng)型次越高，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)定誤差越大B.系統(tǒng)型次越高，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)定誤差越小C.系統(tǒng)階次越低，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)定誤差越小D.系統(tǒng)階次越高，穩(wěn)態(tài)誤差越大12.在設(shè)計控制系統(tǒng)時，穩(wěn)定性判斷()。A.不必判斷B.絕對必要C.有時是必要的D.根據(jù)系統(tǒng)而定13.系統(tǒng)的正弦響應(yīng)是指()A.不管輸入為何種信號，輸出都為正弦時的情況B.對系統(tǒng)輸入一系列不同頻率正弦信號時，輸出的響應(yīng)變化情況C.對系統(tǒng)輸入一個固定的頻率正弦信號時，輸出的響應(yīng)變化情況D.對系統(tǒng)輸入一系列幅值不同的正弦信號時，輸出的響應(yīng)變化情況14.勞斯判據(jù)應(yīng)用于控制系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷時是針對()A.閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)B.開環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C.閉環(huán)系統(tǒng)中的開環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程D.閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程15.設(shè)ωc為幅值穿越(交界)頻率，φ(ωc)為開環(huán)頻率特性幅值為1時的相位角，那么相位裕度為()A.180°－φ(ωc) B.φ(ωc)C.180°+φ(ωc)D.90°+φ(ωc)三、計算分析題〔共40分〕1、通過方框圖的等效變換求取以下圖系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=Xo(s)/Xi(s)。〔15分〕2、如以下圖所示的機械系統(tǒng)，在質(zhì)量塊m上施加一個階躍力xi(t)=3牛頓后，系統(tǒng)的時間響應(yīng)xo(t)如右圖所示，試寫出系統(tǒng)的最大超調(diào)量MP，峰值時間tp，計算彈簧的剛度K、質(zhì)量塊的質(zhì)量m和阻尼系數(shù)的值?！?5分〕3、設(shè)系統(tǒng)的特征方程為D(S)＝S5+3S4+4S3+12S2-5S-15試用Routh表判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并說明該系統(tǒng)具有正實部特征根的個數(shù)?！?0分〕四、綜合題〔共25分〕1．某單位負(fù)反應(yīng)最小相位系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線如以下圖所示，試:〔13分〕(1)寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；(2)求該系統(tǒng)的剪切頻率和相位裕量?！矆D中：-2指斜率-40dB,-1指斜率-20dB〕2．設(shè)為某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)?！?2〕〔1〕概略繪制系統(tǒng)的開環(huán)Nyquist圖；〔2〕討論值不同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性?！稒C械工程控制根底》考試試卷〔A卷〕答案一、填空題〔每空2分，共20分〕1．系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)的快速性、響應(yīng)的準(zhǔn)確性;2.1/s2+1/s或者〔1+s〕/s2；3.2/(s+0.5)(s+_4)；4.閉；5.系統(tǒng),輸入；6.jw；7.使輸出提前、增加系統(tǒng)的阻尼、強化噪聲；8.無阻尼固有頻率欠阻尼諧振峰值;9.相似；10.自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)；11.-90。二、選擇題〔每題1分，共15分〕1、B；2、D；3、B；4、A；5、D；6、C；7、B；8、A；9、C；10、A;11、B；12、B；13、B；14、D；15、C三、計算分析題〔共40分〕1、〔15分〕解：根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)先把圖中的點A前移至B點，化簡后，再后移至C點，然后從內(nèi)環(huán)到外環(huán)逐步化簡，其簡化過程如以下圖。2、〔15分〕解根據(jù)牛頓定律，建立機械系統(tǒng)的動力學(xué)微分方程，得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：G(S)=將上式與二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式比擬可知〔1〕由響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值〔1cm〕求出k由于階躍力xi(t)=3N，它的拉普拉斯變換Xi(S)=3,故由拉普拉斯變換的終值定理可求的X0〔t〕的穩(wěn)態(tài)輸出值因此，k=3N/cm=300N/m(2)由響應(yīng)曲線可知道Mp=0.095，tp=01s，求取系統(tǒng)的、由，得=0.6；由=0.1s將代入上式求得=39.25rad/s(3)將=39.25rad/s和=0.6代入，求得m=0.1959kg根據(jù)可知，使系統(tǒng)響應(yīng)平穩(wěn)，應(yīng)增大，故要使阻尼系數(shù)c增大，質(zhì)量減小；要使系統(tǒng)快速，應(yīng)增大，減小質(zhì)量。彈簧的剛度k一般由穩(wěn)態(tài)值決定。為使系統(tǒng)具有好的瞬態(tài)響應(yīng)性能應(yīng)該減小質(zhì)量，增大阻尼系數(shù)，在實踐中經(jīng)常采用輕質(zhì)材料或空心結(jié)構(gòu)減小質(zhì)量。3、〔共10分〕解：根據(jù)特征方程的系數(shù)，列Routh表如下：S514-50S4312-150S30000由第二行各元素得輔助方程〔2p=4,p=2〕F(S)=3S4+12S2-15=0取F(S)對S的導(dǎo)數(shù)，那么得新方程12S3+24S＝0得如下的Routh表S514-50S4312-150S3122400S26-150S1540S0-15符號改變一次，系統(tǒng)不穩(wěn)定該系統(tǒng)具有正實部特征根個數(shù)為1。四、綜合〔共25分〕1、〔13分〕解：(1)根據(jù)對數(shù)幅頻特性曲線圖可知，低頻段的斜率為，故系統(tǒng)為Ⅱ型；當(dāng)時，斜率由變?yōu)?，故為一階比例微分環(huán)節(jié)的時間常數(shù)；當(dāng)時，斜率由變?yōu)?，故為慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)；當(dāng)時，，即，所以系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：〔4分〕〔2分〕(2)令，即〔2分〕亦即：〔1分〕可求得：〔1分〕〔1分〕，〔1分〕由于，所以閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的?！?分〕2、〔12分〕解：(1)、〔1分〕〔1分〕實頻特性〔1分〕虛頻特性〔1分〕當(dāng)時，〔1分〕當(dāng)時，〔1分〕系統(tǒng)的開環(huán)Nyquist圖如下：〔3分〕〔2〕、當(dāng)時，即時，其乃氏曲線不包圍〔〕點，此時閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；