機(jī)械工程控制基礎(chǔ)第3階段測(cè)試題

1、江南大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育第三階段測(cè)試卷考試科目 : 機(jī)械工程控制基礎(chǔ) （第五章、第六章） （總分 100 分）時(shí)間： 90 分鐘學(xué)習(xí)中心（教學(xué)點(diǎn)）批次：層次：專業(yè)：學(xué)號(hào)：身份證號(hào)：姓名：得分：一、單項(xiàng)選擇題 （本題共15 小題，每小題2 分，共 30分。）1、已知系統(tǒng)特征方程為3s432）。+10s +5s +s+2=0，則該系統(tǒng)包含正實(shí)部特征根的個(gè)數(shù)為（A、 0B、 1C、 2D、 32、勞斯判據(jù)用（）來(lái)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。A、系統(tǒng)特征方程B、開環(huán)傳遞函數(shù)C、系統(tǒng)頻率特性的 Nyquist圖D、系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的Nyquist 圖3、已知系統(tǒng)特征方程為s 4+s3+4s2+6s+9=0，則該系統(tǒng)（

2、）。A、穩(wěn)定B、不穩(wěn)定C、臨界穩(wěn)定D、無(wú)法判斷4、延時(shí)環(huán)節(jié)串聯(lián)在閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性（）。A、變好B、變壞C、不會(huì)改變D、時(shí)好時(shí)壞5、開環(huán)傳遞函數(shù)GK（ s）、閉環(huán)傳遞函數(shù)GB（ s）和輔助函數(shù)F （ s）=1+GK（ s）三者之間的關(guān)系為（）。A、 GK（ s）繞 (-1,j0)點(diǎn)的圈數(shù)就是GK（ s）繞原點(diǎn)的圈數(shù)B、 GK（ s）繞原點(diǎn)的圈數(shù)就是GB（s）繞 (-1,j0)點(diǎn)的圈數(shù)C、 GK（ s）繞 (-1,j0)點(diǎn)的圈數(shù)就是F（s） =1+GK（ s）繞原點(diǎn)的圈數(shù)D、 GK（ s）繞原點(diǎn)的圈數(shù)就是F（ s） =1+GK（ s）繞 (-1,j0)點(diǎn)的圈數(shù)6、已知開環(huán)穩(wěn)定的系統(tǒng)

3、，其開環(huán)頻率特性的Nyquist圖如圖所示，則該閉環(huán)系統(tǒng)（）。A、穩(wěn)定B、不穩(wěn)定C、臨界穩(wěn)定D、與系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)7、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為GK(s)= K/s(s+1)(s+3)，則此系統(tǒng)穩(wěn)定的K 值范圍為（）。A、 K<0B、 K>0C、 2>K>0D、 12>K>08、對(duì)于一階系統(tǒng)，時(shí)間常數(shù)越大, 則系統(tǒng)（）。A、系統(tǒng)瞬態(tài)過(guò)程越長(zhǎng)B、系統(tǒng)瞬態(tài)過(guò)程越短C、穩(wěn)態(tài)誤差越小D、穩(wěn)態(tài)誤差越大9、系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件（）。A、幅值裕度大于0分貝B、相位裕度大于0C、幅值裕度大于0分貝，且相位裕度大于0D、幅值裕度大于0分貝，或相位裕度大于010、以下方法可增

4、加系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性的是（）。A、增加系統(tǒng)的開環(huán)增益B、減小系統(tǒng)的開環(huán)增益C、增加系統(tǒng)的型次D、減小系統(tǒng)的輸入11、以下網(wǎng)絡(luò)可以作為（）。A、P 校正B、PI 校正C、 PD校正D、 PID 校正12、對(duì)于傳遞函數(shù)為G 1(s)= 10/(s+1)和 G2(s)= 1/(3s+1)兩個(gè)系統(tǒng)，（）。A、系統(tǒng) 1 的帶寬寬，響應(yīng)速度快B、系統(tǒng)1 的帶寬寬，響應(yīng)速度慢C、系統(tǒng) 2 的帶寬寬，響應(yīng)速度快D、系統(tǒng)2 的帶寬寬，響應(yīng)速度慢13、串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞為Gc（ s） =（ s+1） / （ s+2），則它屬于（）。A、增益調(diào)整B、相位超前校正C、相位滯后校正D、相位滯后 - 超前校正14、如圖所示，

5、其中ABC是未加校正環(huán)節(jié)前系統(tǒng)的Bode 圖； GHDL是加入某種串聯(lián)校正環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的 Bode 圖，則校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為（）。A、 Gc (s)= (1+s)/(1+s/0.013)B、Gc (s)= K*(1+s)/(1+s/0.013)C、 Gc (s)= K* (1+s/0.013)/(1+s)D、Gc (s)= (1+s/0.013)/(1+s)15、以下環(huán)節(jié)中可作滯后- 超前環(huán)節(jié)的是（）。A、 Gc (s)= 1/(s+1)B、 Gc (s)= (s+2)/(s+1)C、 Gc (s)= (s+1)/(s+2)D、 (s)= (s+1)/(s+2)*(0.3s+1)/(3s+1)

6、二、填空題 （本題共6 小題，每空1 分，共 10 分）1、在小遲延及低頻情況下，遲延環(huán)節(jié)的頻率特性近似于的頻率特性。2、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K /s(Ts+1)，若要求帶寬a 倍，相位裕量保持不變，則K 應(yīng)為，T 應(yīng)為。3、評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)性能的時(shí)域指標(biāo)中的動(dòng)態(tài)指標(biāo)常用的是_和 _。4、衡量控制系統(tǒng)性能常用頻率域指標(biāo)是和 _。5、二階振蕩環(huán)節(jié)的諧振頻率 r 與阻尼系數(shù) 的關(guān)系為 r =_。6、評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)性能的指標(biāo)可分為指標(biāo)和指標(biāo)兩大類。三、簡(jiǎn)答題 ( 本題共 2 小題，每小題5 分，共 10 分 )1、勞思穩(wěn)定判據(jù)給出的控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么?2、系統(tǒng)各在何種情況下

7、采用相位超前校正，相位滯后校正和相位超前- 滯后校正？為什么？四、計(jì)算題 （本題共4 小題，每小題 10 分，共40 分）1、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)GK (s)s1 ，試確定使相位裕度等于 45°的 值。s22 、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為GK ( s)s( s2K，其中，無(wú)阻尼固有頻率s221)nnn 90s 1 ，阻尼比0.2 ，試確定 K 為多大時(shí)系統(tǒng)才能穩(wěn)定。3、如下圖所示，其中 ABCD是未加校正環(huán)節(jié)前系統(tǒng)的 Bode 圖； ABEFL是加入某種串聯(lián)校正環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的 Bode 圖。試說(shuō)明它是哪種串聯(lián)校正方法； 寫出校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)， 指出系統(tǒng)哪些性能得到改善。4

8、、設(shè)系統(tǒng)如圖所示，試判斷該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并求出其穩(wěn)定裕度，其中，2K 1=0.5 G( s)sXi(s) +Xo(sK1G(s)-2s2s1五、應(yīng)用題 （本題共1 小題，每小題10 分，共 10 分）1、某一伺服機(jī)構(gòu)的開環(huán)傳遞函數(shù)為GK (s)7，1)(s( 0.5s0.15s 1)（ 1）畫出 Bode 圖，并確定該系統(tǒng)的增益裕度和相位裕度以及速度誤差系數(shù)；（ 2）設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正裝置，使其得到增益裕度至少為15dB 和相位裕度至少為45°的特性。附：參考答案：一、單項(xiàng)選擇題 （本題共15 小題，每小題2 分，共 30 分）1、 C2、 A3 、 B4、B5 、 C6、 C7、 D

9、8 、 A9、C10 、B11、D12、A13、B14、A15、D二、填空題 （本題共6 小題，每空1 分，共 10 分）1、慣性環(huán)節(jié)2、 akT/a3、過(guò)渡時(shí)間t s最大超調(diào) p4、幅值穿越頻率 c相位裕度 5、 n(1-2 2) 1/26、時(shí)域頻域三、簡(jiǎn)答題 ( 本題共 2 小題，每小題5 分，共 10 分 )1、答：線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是特征方程系數(shù)為正值, 并且由特征方程系數(shù)組成的勞思表的第一列系數(shù)也為正值。2、答：相位超前校正主要用于穩(wěn)態(tài)精度已滿足要求，噪聲信號(hào)較小，但瞬態(tài)品質(zhì)不能滿足要求的系統(tǒng)。 這是由于超前校正環(huán)節(jié)增大了相位裕度和帶寬，而帶寬的增大意味著調(diào)整時(shí)間的減少，響應(yīng)速度

10、的加快，但使系統(tǒng)對(duì)噪聲信號(hào)更加敏感。相位滯后校正主要用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。這是由于滯后校正環(huán)節(jié)高頻段衰減快，即帶寬減小，從而改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。相位滯后 - 超前校正主要用于既要提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，又要改善系統(tǒng)的瞬態(tài)性能的系統(tǒng)。四、計(jì)算題 （本題共 4 小題，每小題10 分，共 40 分）1、解：系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為j1GK ( j )2令 GK ( j) c(c )21，有： c =1.1921c45180arctanc 1800.842、解：G( s)K2GB ( s)n2 s K n21 G(s)H ( s)s32n s2nD (s)s32n s2n2 sKn20其 Routh 表如下：

11、s312ns22K2nns123K n2n02ns0n2 K0根據(jù) Routh 判據(jù)的充要條件可知：若該系統(tǒng)穩(wěn)定，則Routh 表第一列元素均大于0。2 nK0K236則 0<K<36 為所求。即0解之得 0nK1s173、解：它屬于串聯(lián)校正中的相位超前校正，其傳遞函數(shù)為Gc (s)，校正的結(jié)果是擴(kuò)s1100展了系統(tǒng)的帶寬，提高了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到改善。4、解：經(jīng)整理化簡(jiǎn)，該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：GK (s)(0.5s)G ( s) (0.5s)212s2s12s1s(12s) s其開環(huán)頻率特性為G K ( j)12 j(2 j1)( j)作其對(duì)數(shù)幅頻，相頻特性曲

12、線如圖所示。由圖可以看出，該系統(tǒng)不穩(wěn)定，其相位裕度、幅值裕度分別為30K g6dB五、應(yīng)用題 （本題共 1 小題，每小題10 分，共10 分）1、解：其頻率特性為G K ( j)7(0.5 j1)(0.15 j1)j則 20 lg GK ( j )20lg 720 lg20lg10.52 220 lg 1 0.152 2()90arctan 0.5arctan 0.15據(jù)此作 GK(j ) 的 Bode 圖，如下圖中虛線所示。由其 Bode 可以看出，對(duì)于GK(s) 而言，其相位裕度和幅值裕度分別為454,K g1.85dB,c3.3s 1 ,g3.65s 1 ;K vlim sGK (s)lim7s7s 0s 0 s( 0.5s1)(0.15s 1)顯然， GK(s) 的相位裕度和幅值裕度都不能滿足要求，必須在系統(tǒng)中加入適當(dāng)?shù)南辔粶笮Ｕb置，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。設(shè)補(bǔ)償角為5°， 則要求校正后系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相位裕度5 4550 。即， 開環(huán)相頻特性的相位應(yīng)等于 -180 ° +50° =-130 °。由 Bode 圖確定其所對(duì)應(yīng)的頻率=1s-1 。選 =1s-1