機械控制工程基礎

1、機械控制工程基礎（專科）一、選擇題：閉環(huán)控制系統(tǒng)中（B ）反饋作用。A不一定存在B必然存在 C 一定不存在閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)中存在（C ）。A執(zhí)行環(huán)節(jié) B運算放大環(huán)節(jié) C反饋環(huán)節(jié)閉環(huán)自動控制的工作過程是（C ）。A檢測系統(tǒng)輸出的過程B檢測系統(tǒng)偏差的過程C檢測偏差并消除偏差的過程某系統(tǒng)的微分方程是y（t） = 5 + x（t） + x（t）cos（ t），則該系統(tǒng)是（B ）。A 線性系統(tǒng) A 線性系統(tǒng) B非線性系統(tǒng)C非線性時變系統(tǒng)5.系統(tǒng)的單位脈沖響應函數(shù)為5.系統(tǒng)的單位脈沖響應函數(shù)為w（t） = 0.1t，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為（E ）。0.1（E ）。0.1A S 2關于線性系統(tǒng)0.1 B

2、 s說法正確的是（E 0.1S 2B ）。A只能用傳遞函數(shù)表示A只能用傳遞函數(shù)表示C都是穩(wěn)定的可以用不同的模型表示設系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G設系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G（s）=_， 3s + 7則其時間常數(shù)和增益分別是A ）。3 5, 5sAA ）。3 5, 5sA 7,7 B 3,3C 5,38.關于線性系統(tǒng)時間響應論述正確的是（3 75,5）。A時間響應由單位脈沖響應和單位階躍響應組成B 時間響應由自由響應和強迫響應組成C時間響應是系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)值關于線性系統(tǒng)頻率響應論述正確的是（BA頻率響應只能分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性B頻率響應能揭示系統(tǒng)的動態(tài)特性C頻率特性沒有量綱一個線性系統(tǒng)穩(wěn)定與否取決于（A ）。A系統(tǒng)的

3、結構和參數(shù)B系統(tǒng)的輸入態(tài)）。系統(tǒng)的初始狀二、對機械控制工程中的線性定常系統(tǒng)，請判斷下列命題的對錯只有穩(wěn)定的系統(tǒng)，才存在穩(wěn)態(tài)誤差。（T）振蕩環(huán)節(jié)一定是二階環(huán)節(jié)，但二階環(huán)節(jié)不一定是振蕩環(huán)節(jié)。（T）傳遞函數(shù)的分母反映了系統(tǒng)的固有特性，傳遞函數(shù)的分子反映了系統(tǒng)與外界的 TOC o 1-5 h z 關系。（F）系統(tǒng)的穩(wěn)定性與外界無關，但系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與外界有關。（T）線性系統(tǒng)傳遞函數(shù)的零點、極點和放大系數(shù)，決定了系統(tǒng)的瞬態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。（T）開環(huán)傳遞函數(shù)無量綱。（F）自由響應即是瞬態(tài)響應。（F） 臨界阻尼的二階系統(tǒng)，可分解為兩個一階環(huán)節(jié)的并聯(lián)。（T）穩(wěn)態(tài)偏差只與系統(tǒng)的特性有關，與系統(tǒng)的輸入信號無關。（

4、F） 頻率特性的量綱，等于傳遞函數(shù)的量綱。（F） 用頻率特性，可求出系統(tǒng)在諧波輸入作用下的瞬態(tài)響應。（T）非最小相位系統(tǒng)，必是不穩(wěn)定的系統(tǒng)。（F）開環(huán)不穩(wěn)定，閉環(huán)卻可穩(wěn)定；開環(huán)穩(wěn)定，閉環(huán)必穩(wěn)定。（F ）延時環(huán)節(jié)是線性環(huán)節(jié)，對穩(wěn)定性不利。（F ）對反饋控制系統(tǒng)而言，原則上，誤差不可避免。（T）三、某放大器的傳遞函數(shù)為G（s） = KT +1）,今測得其頻率響應，當3=1s-i時，幅頻a =12/互， 相頻 = 45。 問放大系數(shù)K和時間常數(shù)T各為多少？解：因為G （s） = K.Gs +1），所以中=90。 - arctan（T），A = 由題意得，o = 1rad /s 時， = 45。，A

5、= 12/、2，所以 T=1s, k = 12/ v2。四、試分析當反饋環(huán)節(jié)H（s）=1時，前向通道傳遞函數(shù)G（s）分別為慣性環(huán)節(jié)、微 分環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)時，輸入、輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)為什么？解：Ns）=業(yè)），而 H（s）=1,所以8（s）=旦八。1 + G（s）H（s）1 + G（s）1當為慣性環(huán)節(jié)時，Ns）=；1 + Ts當為微分環(huán)節(jié)時，8（s） = Ts ；1當為積分環(huán)節(jié)時，Ns）=-。Ts五、：系統(tǒng)如圖1所示& E(s) + *+ c(s) G準)f 冬 叩)一廠Y(e)H)圖1Y ( s ) 求G*巖=?解：R(s)單獨作用時，Ei(s) = R(s) - Y(s),E(s) - Gi

6、(s) - G2 (s) = Ci (s)，Ei(s) = R(s) - Y(s),CiCi(s)=R(s) i + Gjs)G2(s)H(s)E(s)i=；R(s) 1 + Gi(s)G2(s)H(s)F(s)單獨作用時，E2(s) = -Y(s)，E2(s) Gi(s) + F(s)-G (s) = C (s)，C (s) -H(s) = Y(s)，G (s)C (s)_ 2G (s)C (s)_ 22F(s)1 + Gi(s)G2(s)H(s)E (s) G (s)H(s)-4 =2 9F(s) i + Gi(s)G2(s)H(s)所以，C(s) 所以，C(s) = Ci(s) + C2

7、(s)E(s) = E、s) + E2(s)，G(s)=竺=C(s)H(s)，蝦=竺=+ C2(s)E(s)Ei(s) + E2(s)，R(s) R(s)R(s) - G2(s)H(s)敕理的 G(s) C(s)H(s)= Gi(s)G2(s)R(s) + G2(s)F(s)H(s) Ei(s) R(s) - G2(s)H(s)Ms)=Cs) + CJs)i R(s)2GMs)=Cs) + CJs)i R(s)21 + Gi(s)G2(s)H(s)R(s)六、：設單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=竺土1)-， s3 +a s2 +2s +1k(s +1)若系統(tǒng)以2rad/s頻率持續(xù)振蕩，試

8、確定相應的K和k(s +1)解由題意可得閉環(huán)傳函為質=a、2 +(2k)s + k +1，為了消去分子k(s +1)上的s+1，整理如下：k(s +1)(s + 1)s2 + x s + (k +1)由上述兩個式子的分母對應項相等，得，=1以=2。因為 o = 2rad/s，所以 k=4。七、：已知最小相位開環(huán)系統(tǒng)的漸進對數(shù)幅頻特性曲線如圖2所示，試:求取系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；4010利用穩(wěn)定裕度判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性4010k TOC o 1-5 h z 解：(1)由圖知，存在兩個交接頻率0.1和10，所以G(s)= ，s( +1)( +1)0.110而且20lg0i = 40，所以 k = 10，所

9、以系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)所以系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=s(_L+1)(蘭+1)0.11020lg1q 1003而6(0.1，10)，所以代入求得=1。所以 偵)=一90。- arctan - arctan ，0.110Y = 1 8 0+(o ) 0，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。八、：含PI控制器的I型系統(tǒng)方框圖如下圖3所示。試分析PI控制規(guī)律對該系 統(tǒng)穩(wěn)定性能的影響。解：由圖得該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是e(解：由圖得該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是e(s)=k k (1 + Ts)0 p iTTs3 + Ts2 + Tk k s + k kiii 0 p 0 p由勞斯判據(jù)得s3TTTk kii0ps2kksi

10、(T-T)k0ks。k k所以若系統(tǒng)穩(wěn)定，則Tkk均大于0,即PI控制規(guī)律決定該系統(tǒng)穩(wěn)定性能。 i 0 p設單位反饋系統(tǒng)的前向傳遞函數(shù)為G(s),且單位反饋系統(tǒng)的Nyquist圖如圖1所示。如果G(s)在右半s平面內(nèi)有一個極點，試問閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定？如果G(s)在右半s平面內(nèi)沒有極點，但在右半s平面內(nèi)有一個零點，試問閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定？Im-圖i解：(1)因為系統(tǒng)閉環(huán)特征方程式在s右半平面的根的個數(shù)Z=P-2R，由圖知，R=0；由題知，p=i；所以Z=1，該系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2)因為 Z=P-2R，1由圖知，R=0；由題知，P=0；所以Z=0，該系統(tǒng)穩(wěn)定。十、某系統(tǒng)如圖2所示，當開關K打開時，系統(tǒng)穩(wěn)定否？當開關閉合時，系統(tǒng)穩(wěn)定否?如果穩(wěn)定，當氣G=