機(jī)械工程控制基礎(chǔ)期末試卷1

1、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)12005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷22005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷32005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷42005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷52005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷62005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷72005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷82005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷92005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷102005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷112005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷122005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷132005年10月全國(guó)自

2、考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷機(jī)械工程控制基礎(chǔ)模擬卷一、選擇題1.控制工程主要研究并解決的問(wèn)題之一是（）、系統(tǒng)已定，輸入不確立，求系統(tǒng)的輸出B、系統(tǒng)已定，輸入已知，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，輸入已知，求系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)）2.已知機(jī)械系統(tǒng)的傳達(dá)函數(shù)為G(s)4,則系統(tǒng)的阻尼比、增益和放大系數(shù)是（）。ss24A.0.25,1,1B.0.5,4,1C.0.25,4,4D.0.5,1,4彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)的傳達(dá)函數(shù)為1/（ms2+cs+k）,則系統(tǒng)的無(wú)阻固有頻率n為（）AkBmCcDmmkmc4.對(duì)于定?？刂葡到y(tǒng)來(lái)說(shuō)（）A、表達(dá)系統(tǒng)的微分方程各項(xiàng)系數(shù)不隨時(shí)間改變B、微分方

3、程的各階微分項(xiàng)的冪為1C、不可以用微分方程表示D、系統(tǒng)總是穩(wěn)固的5.微分環(huán)節(jié)反響了輸入的變化趨向，可以應(yīng)用于()。增添系統(tǒng)阻尼減小系統(tǒng)阻尼減弱噪聲的作用142005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷減小穩(wěn)態(tài)偏差系統(tǒng)方塊圖以以下圖,其開(kāi)環(huán)傳達(dá)函數(shù)Gk(S)是（）A5S/(3S+1)B(3S+1)/5SC1/5S(3S+1)D5/S(3S+1)7.系統(tǒng)的輸出偏差為e(t)，其穩(wěn)態(tài)偏差為：（）AlimsE1(s)BlimE(s)s0s0ClimE(s)DlimsE1(s)ss8.比率環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特征曲線是一條（）。A.水平線B.垂直線C.斜率為-20db/dec的直線D.斜率為-10db/dec

4、的直線9.所謂校訂（又稱(chēng)賠償）是指（）A、加入PID校訂器B、在系統(tǒng)中增添新的環(huán)節(jié)或改變某些參數(shù)C、使系統(tǒng)穩(wěn)固D、使用勞斯判據(jù)PI校訂屬于下邊哪一種校訂方法：（）A相位超前校訂B相位滯后校訂C相位滯后超前校訂D沒(méi)法確立二、填空題1.設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)基于以下幾個(gè)要求：、和。傳達(dá)函數(shù)可定義為：在外界輸入作用前，輸入、輸出的初始條件為時(shí)，線性定常系統(tǒng)的與之比。3.當(dāng)阻尼比大于0小于1時(shí)，系統(tǒng)稱(chēng)為系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比=0時(shí)，系統(tǒng)稱(chēng)為系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比=1時(shí)，系統(tǒng)稱(chēng)為系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比大于1時(shí)系統(tǒng)稱(chēng)為152005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷系統(tǒng)。三、計(jì)算題列出如右圖所示的系統(tǒng)的微分方程，并推出傳達(dá)函數(shù)?；?jiǎn)圖示系

5、統(tǒng)框圖，并寫(xiě)出其傳達(dá)函數(shù)G3(s)+G(s)G(s)12-+H1(s)H(s)2圖4已知傳達(dá)函數(shù)以以下圖所示，求單位階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量Mp和峰值時(shí)間tp4.已知單位反響系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳達(dá)函數(shù)為:162005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷500GK(s)，求單位階躍和單位斜坡函數(shù)輸入作用下的穩(wěn)態(tài)偏差s(s1)(s5)已知某系統(tǒng)的特色方程為s4+s3+4s2+6s+9=0，試鑒識(shí)其系統(tǒng)的穩(wěn)固性試?yán)L制以下傳達(dá)函數(shù)的Bode圖。G(s)5(s2)s2(2s1)172005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷182005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷192005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)

6、試卷202005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷212005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷222005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷.填空題(每題2.5分，共25分)1對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為穩(wěn)固性、和。2按系統(tǒng)有無(wú)反響，平?？蓪⒖刂葡到y(tǒng)分為和。3在控制工程基礎(chǔ)課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有、等。4反響出穩(wěn)態(tài)響應(yīng)偏離系統(tǒng)希望值的程度，它用來(lái)衡量系統(tǒng)的程度。51的單位階躍響應(yīng)的表達(dá)是。一階系統(tǒng)Ts16有系統(tǒng)的性能指標(biāo)依據(jù)其種類(lèi)分為時(shí)域性能指標(biāo)和。7頻率響應(yīng)是線性定常系統(tǒng)對(duì)輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。8穩(wěn)態(tài)偏差不但取決于系統(tǒng)自己的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且與的種類(lèi)有關(guān)。9脈沖信號(hào)可以用來(lái)反響系統(tǒng)的。

7、10.階躍信號(hào)的拉氏變換是。二圖1為利用加熱器控制爐溫的反響系統(tǒng)（爐溫控制系統(tǒng)10分）-+電爐Ug-給定毫電壓功率減速器熱電偶Ue自偶調(diào)-伏信號(hào)放大放大壓器Uf+可逆加熱器電機(jī)220V圖1爐溫控制結(jié)構(gòu)圖試求系統(tǒng)的輸出量、輸入量、被控對(duì)象和系統(tǒng)各部分的構(gòu)成，且畫(huà)出原理方框圖，說(shuō)明其工作原理。232005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷三、如圖2為電路。求輸入電壓ui與輸出電壓u0之間的微分方程，并求該電路的傳達(dá)函數(shù)（10分）uiRu0uiCRu0(a)(b)圖2uiLCu0(c)四、求拉氏變換與反變換(10分)1求l0.5tet（5分）2求l13s（5分）(s1)(s2)242005年10月

8、全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷五、化簡(jiǎn)圖3所示的框圖，并求出閉環(huán)傳達(dá)函數(shù)（10分）H2(S)Xi(S)XO(S)G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)圖3252005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷六、圖4示機(jī)械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K和外力f(t)構(gòu)成的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)。圖4(a)中xo(t)是輸出位移。當(dāng)外力f(t)施加3牛頓階躍力后(恒速信號(hào))，記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時(shí)間響應(yīng)曲線如圖4（b）所示。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型和傳達(dá)函數(shù)；(5分)2）該系統(tǒng)的自由頻率n、阻尼比；(2分)3）該系統(tǒng)的彈簧剛度質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度k；（3分）4）時(shí)間響應(yīng)性能指標(biāo)：上升

9、時(shí)間ts、調(diào)整時(shí)間tr、穩(wěn)態(tài)偏差ess（5分）。x0(t)x00.095f(t)k1.0cmt024圖4(a)機(jī)械系統(tǒng)圖4（b）響應(yīng)曲線圖4262005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷10七、已知某系統(tǒng)是單位負(fù)反響系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳達(dá)函數(shù)Gk，則該系統(tǒng)在單位脈沖、單位階躍和單5s1位恒速信號(hào)（斜坡信號(hào)）作用下的穩(wěn)態(tài)偏差ess分別是多少？（10分）八、設(shè)猶如圖5所示的反響控制系統(tǒng)，試求依據(jù)勞斯判據(jù)確立傳達(dá)函數(shù)k值的取值范圍（10分）。272005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷Xi(s)1kX0(s)s(s1)(s5)X(s)-Ts1圖5.填空題(每題2分，共20分)10對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求

10、一般可以歸納為穩(wěn)固性、快速性和正確性。11按系統(tǒng)有無(wú)反響，平?？蓪⒖刂葡到y(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。12在控制工程基礎(chǔ)課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有微分方程、傳達(dá)函數(shù)等。13穩(wěn)態(tài)偏差反響出穩(wěn)態(tài)響應(yīng)偏離系統(tǒng)希望值的程度，它用來(lái)衡量系統(tǒng)控制精度的程度。14一階系統(tǒng)1的單位階躍響應(yīng)的表達(dá)是1et/T。Ts115有系統(tǒng)的性能指標(biāo)依據(jù)其種類(lèi)分為時(shí)域性能指標(biāo)和頻域性能指標(biāo)。16頻率響應(yīng)是線性定常系統(tǒng)對(duì)正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。17穩(wěn)態(tài)偏差不但取決于系統(tǒng)自己的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且與輸入信號(hào)的種類(lèi)有關(guān)。18脈沖信號(hào)可以用來(lái)反響系統(tǒng)的抗沖擊能力。階躍信號(hào)的拉氏變換是1/s。二圖1為利用加熱器控制爐溫的反響系統(tǒng)（爐溫10控

11、分制）系統(tǒng)-+電爐Ug-減速器給定毫電壓功率熱電偶自偶調(diào)-伏信號(hào)Ue放大放大壓器Uf+可逆加熱器電機(jī)220V圖1爐溫控制結(jié)構(gòu)圖試求系統(tǒng)的輸出量、輸入量、被控對(duì)象和系統(tǒng)各部分的構(gòu)成，且畫(huà)出原理方框圖，說(shuō)明其工作原理。解答：輸出量：爐溫。輸入量：給定電壓信號(hào)。被控對(duì)象：電爐。系統(tǒng)包含：電位器、放大器、電機(jī)、減速器以及自藕調(diào)壓器、熱電偶。282005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷原理方框圖：三如圖2為電路。求輸入電壓ui與輸出電壓u0之間的微分方程，并求出該電路的傳達(dá)函數(shù)。（10分）uiRu0uiCRu0(a)(b)圖2解答：跟據(jù)電壓定律得u1LuiudtCu0u0RC0i(c)1d2udud

12、2u00idt2RCdtdt2RCsG(s)RCs1四、求拉氏變換與反變換3求l0.5tet解答：1(s12s1)2求l13s4(s1)(s2)解答：=3et6te2t292005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷六、化簡(jiǎn)框圖，并求出閉環(huán)傳達(dá)函數(shù)H2(S)Xi(S)XO(S)G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)圖4解：H2Xi(s)+Xo(s)G1G2G3_H1/G3X(s)Xo(s)iG1G2G3_1G2G3H2H1/G3302005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷Xi(s)Xo(s)G1G2G31G2G3H2G1G2G3G1G2H1七、圖示機(jī)械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K

13、和外力f(t)構(gòu)成的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)。圖(a)中xo(t)是輸出位移。當(dāng)外力f(t)施加3牛頓階躍力后，記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時(shí)間響應(yīng)曲線如（b）圖所示。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型和傳達(dá)函數(shù)；(4分)2）該系統(tǒng)的彈簧剛度質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度k；（3分）3）時(shí)間響應(yīng)性能指標(biāo)：上升時(shí)間ts、調(diào)整時(shí)間tr、振蕩頻數(shù)N、穩(wěn)態(tài)偏差ess（5分）。x0(t)x0f(t)0.095k1.0cmt024圖(a)機(jī)械系統(tǒng)圖（b）響應(yīng)曲線解答：解：1）對(duì)于該系統(tǒng)有：mx0tcx0tkx0tft故Gs1cskms22）求k由Laplace變換的終值定理可知：x0limx0tlimsX0sts0lims

14、132cskss0ms312005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷3k而x0=1.0，所以k=3.求m，由Mpx0tpx0100%得：x0Mp0.095100%9.5%1.0又由式Mpe12100%求得=0.6將tp2,0.6代入tp中，得n=1.96。dn12再由kn2求得m=0.78。m求c由2cm，求得c=1.83.n3）求tsts3(取=0.05時(shí))2.55nts4(取=0.02時(shí))3.40n求tr21arctan0.91tr2.323d求N1.51取=0.05時(shí)，N21取=0.02時(shí)，N2=0.642=0.85求ess322005年10月全國(guó)自考機(jī)械工程控制基礎(chǔ)試卷當(dāng)輸入為階躍信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差為：ess11Kp對(duì)于0型系統(tǒng)KpK1，代入式中求得：ess=0.510八、已知某系統(tǒng)是單位負(fù)反響系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳達(dá)函數(shù)Gk，則該系統(tǒng)在單位脈沖、單位階躍和單5s1位恒速信號(hào)作用下的ess分別是多少？（8分）解答：該系統(tǒng)為單位負(fù)反響且為0型系統(tǒng)，k=11,所以該系統(tǒng)在單位階躍和單位恒速信號(hào)作用下的ess分別是1、。11在單位脈沖信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)偏差為esslims1Xi(s)