機(jī)械工程控制基礎(chǔ)考試題完整版

機(jī)械控制工程根底一、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)那么不能。2．反應(yīng)控制系統(tǒng)是根據(jù)輸入量和反應(yīng)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)有反應(yīng)環(huán)節(jié)來(lái)分類(lèi)，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)，那么稱(chēng)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.在控制工程根底課程中描述系統(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)受到外加作用鼓勵(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)ξ和無(wú)阻尼固有頻率ωn。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ξ的范圍為。22.二階系統(tǒng)的阻尼比ξ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(chēng)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(lèi)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(chēng)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－20dB／dec。31．0型系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性低頻段漸近線的斜率為0dB/dec，高度為20lgKp。32.ω從0變化到+∞時(shí)，慣性環(huán)節(jié)的頻率特性極坐標(biāo)圖在第四象限，形狀為半圓。33.G(s)=的環(huán)節(jié)稱(chēng)為慣性環(huán)節(jié)。34．設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為，那么稱(chēng)為實(shí)頻特性。35.反應(yīng)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ωc〔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；而低頻段主要說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。36.二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)ξ=__0.707____時(shí)，為最正確阻尼系數(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，那么系統(tǒng)的輸出響應(yīng)到達(dá)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，它與以下哪項(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°D．0°4．設(shè)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為G(s)=，那么其頻率特性幅值M()=[C]A.B.C.D.5.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，那么輸出響應(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θ(ω)=[A]A.90°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，那么可得到系統(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)反應(yīng)連接時(shí)，如前向通道的傳遞函數(shù)為G(s)，反應(yīng)通道的傳遞函數(shù)為H(s)，那么其等效傳遞函數(shù)為[C]A．B．C．D．14.反應(yīng)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有(A)A.反應(yīng)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.L［e－at］ B.L［eat］C.L［e－(t－a)］ D.L［e－(t+a)］16.L［t2e2t］=(B)A.B.C. D.17.假設(shè)F(s)=，那么=(B)

A.4B.2C.0 D.∞18.f(t)=eat,(a為實(shí)數(shù))，那么L［］=(C)A. B.C. D.19.f(t)=，那么L［f(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)=e－2s，它是(B)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+1D.23.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=,其無(wú)阻尼固有頻率ωn是(B)A.10B.5 C.2.5 D.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.KT C. D.25.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=,那么其單位階躍響應(yīng)函數(shù)為(C)A. B. C.K(1－e－t/T) D.(1－e－Kt/T)26.圖示系統(tǒng)稱(chēng)為(B)型系統(tǒng)。A.0B.ⅠC.ⅡD.Ⅲ27.延時(shí)環(huán)節(jié)G(s)=e－τs的相頻特性∠G(jω)等于(B)A.τωB.–τωC.９０° D.１８０°28.對(duì)數(shù)幅頻特性的漸近線如下圖，它對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)G(s)為(D)A.1+Ts B.C.D.(1+Ts)229.圖示對(duì)應(yīng)的環(huán)節(jié)為(C)A.TsB.C.1+TsD.30.設(shè)系統(tǒng)的特征方程為D(s)=s3+14s2+40s+40τ=0，那么此系統(tǒng)穩(wěn)定的τ值范圍為(B)A.τ>0B.0<τ<14 C.τ>14 D.τ<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.假設(shè)系統(tǒng)的Bode圖在ω=5處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折(如下圖)，這說(shuō)明系統(tǒng)中有(D)環(huán)節(jié)。A.5s+1 B.(5s+1)2C.0.2s+1 D.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=2 B.零點(diǎn)s=7,s=－2;極點(diǎn)s=0.25,s=3C.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,那么系統(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，Ⅰ B.0.4，Ⅱ C.3，Ⅰ D.3，Ⅱ35.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=，其幅頻特性｜G(jω)｜應(yīng)為(D)A. B.C. D.36.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ，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)ωc為幅值穿越(交界)頻率，φ(ωc)為開(kāi)環(huán)頻率特性幅值為1時(shí)的相位角，那么相位裕度為(C)A.180°－φ(ωc) B.φ(ωc)C.180°+φ(ωc) D.90°+φ(ωc)38.單位反應(yīng)控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=，那么系統(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＜ζ＜時(shí)，其無(wú)阻尼固有頻率ωn與諧振頻率ωr的關(guān)系為(C)A.ωn<ωr B.ωn=ωrC.ωn>ωr D.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.以下串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中，能在頻率ωc=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，其剪切頻率ωc≈40，那么以下串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中能在根本保持原系統(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)械控制工程是研究控制論在機(jī)械工程中應(yīng)用的學(xué)科，用于改良和完善機(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)。1.2什么是反應(yīng)?什么是外反應(yīng)和內(nèi)反應(yīng)?答：1〕將系統(tǒng)的輸出全部或局部地返送回系統(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(chēng)為反應(yīng)或信息反應(yīng)。2〕外反應(yīng)是指人們利用反應(yīng)控制原理在機(jī)械系統(tǒng)或過(guò)程中加上一個(gè)人為的反應(yīng)，構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。3內(nèi)反應(yīng)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”反應(yīng)，從而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。1.3反應(yīng)控制的概念是什么?為什么要進(jìn)行反應(yīng)控制?答：1〕反應(yīng)控制就是利用反應(yīng)信號(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)的根本工作原理是什么?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)行比擬得出偏差值;(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、比擬和執(zhí)行三個(gè)根本功能。1.5對(duì)控制系統(tǒng)的根本要求是什么?答：根本要求是穩(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)由那兩局部組成？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(chēng)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)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，假設(shè)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)，那么該系統(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.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=[1025];den=[0.161.961025];sys=tf(num,den)subplot(3,1,1);step(num,den);subplot(3,1,2);impulse(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;whilewn<13num=wn^2;den=[12*kesi*wnwn^2];step(num,den);holdon;wn=wn+2;endend3.單位反應(yīng)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=[281282];den=[151010510];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=[0.0160.2181.4369.359];den=[0.060.2680.6356.271];pzmap(num,den);roots(de