機(jī)械控制工程基礎(chǔ)練習(xí)題考試題其

機(jī)械控制工程基礎(chǔ)練習(xí)題考試題其_文檔視界1、簡(jiǎn)答題

1、控制系統(tǒng)的基本要求。1）、簡(jiǎn)述閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成。

測(cè)量元件，給定元件，比較元件，放大元件，執(zhí)行元件，校正元件

2）、非最小相位系統(tǒng)有何特點(diǎn)，與最小相位系統(tǒng)的區(qū)別是什么？

第二題在復(fù)平面【s】右半平面沒(méi)有極點(diǎn)和零點(diǎn)的傳遞函數(shù)稱(chēng)為最小相位傳遞函數(shù)，反之，在【s】右半平面有極點(diǎn)和零點(diǎn)的傳遞函數(shù)稱(chēng)為非最小相位傳遞函數(shù)。具有最小相位傳遞函數(shù)的系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為最小相位系統(tǒng)，反之，具有非最小相位傳遞函數(shù)的系統(tǒng)稱(chēng)為最小相位系統(tǒng)

3）、簡(jiǎn)述系統(tǒng)串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)的校正原理。

此滯后校正環(huán)節(jié)是一個(gè)低通濾波器，因?yàn)楫?dāng)頻率高于1/T時(shí)，增益全部下降20lgb(db)，而相位減小不多。如果把這段頻率范圍的增益提高到原來(lái)的增益直，當(dāng)然低頻段的增益就提高了。

4）、簡(jiǎn)述系統(tǒng)超前校正網(wǎng)絡(luò)的校正原理

在對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)上有20db/dec段存在，故加大了系統(tǒng)的剪切頻率Wc、諧振頻率Wr與截止頻率Wb，其結(jié)果是加大了系統(tǒng)的帶寬，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；又由于相位超前，還可能加大相位裕度，結(jié)果是增加了系統(tǒng)相位穩(wěn)定性。

5）、減小或消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的措施主要有哪些？

1：增大系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益或擾動(dòng)之前系統(tǒng)的前向通道增益2：在系統(tǒng)的前向通道或主反饋通道設(shè)置串聯(lián)積分環(huán)節(jié)3：采用串級(jí)控制抑制內(nèi)回路擾動(dòng)。

6）、簡(jiǎn)要說(shuō)明比例積分微分PID控制規(guī)律中P、I和D的作用

(1)比例系數(shù)Kp直接決定控制作用的強(qiáng)弱，加大Kp可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但Kp過(guò)大會(huì)使動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起被控制量震蕩甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定

(2)在比例的調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加上積分控制可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，因?yàn)橹灰嬖谄?，它的積分所產(chǎn)生的控制量總是用來(lái)消除穩(wěn)態(tài)誤差，直到積分的直為零，控制作用才停止

(3)微分的控制作用是跟偏差的變化速度有關(guān)。2.已知控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，求：

（1）當(dāng)不存在速度反饋)0(=a時(shí)，試確定單位階躍輸入動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程的

rt，st和%σ。

（1）a=0時(shí)，()()42Gsss=+，()24

24

sssΦ=++，所以0.5,2nζω==

rt=

，p

t=

，

%e

σ=

（2）確定0.7ζ=時(shí)的速度反饋常數(shù)a值，并確定ttr=)

(時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

sse。

考慮內(nèi)反饋時(shí)，()()()()2

4

244

4244124ssasssasssas

++Φ==++++

++0.7ζ=，所以2440.2aaζ

+=∴=

()()

412.80.72.84

sspGsessK=

∴=

==+3.如圖所示系統(tǒng)，12

2

Gs=

+，()233Gss=+

（1）判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

（2）求靜態(tài)誤差系數(shù)pk，vk，ak；

（3）當(dāng)系統(tǒng)輸入為()()()30.21rttt=+g，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；

（4）若系統(tǒng)的干擾為()()0.11ntt=g，求系統(tǒng)在輸入和干擾共同作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。

（1）()()()()()1232

126

1566

GsGssGsGssssΦ==++++有勞斯表，可判定第一列均大于0，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。

（2）()()()()()()120

120

2

120

limlim1

lim0psv

sasKGsGsKsGsGsKsGsGs→→→==∞====

（3）120.200.2ss

ssssv

eeeK=+=+=

（4）

()()()()00

320.1

limlim0.1

236

ssssrssn

ssnnsseeesesEssssss→→=+-+===-+++ggg0.20.10.1ssssrssneee∴=+=-=

4.已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，化簡(jiǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。

5.化簡(jiǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并求()()CsRs和()()CsNs。

()

s

()

s

6、求下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)()()0iUsUs。

)

siU

)

siU

7、求下圖力學(xué)模型的傳遞函數(shù)()sΦ。()ixt為輸入位移，()oxt為輸出位移。

1

f2

f1

K2

Ki

xo

x

8、已知單位反饋的最小相位系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如下圖所示，試求

（1）開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；

（2）計(jì)算系統(tǒng)的相位裕度，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

（3）若將其對(duì)數(shù)頻率特性曲線(xiàn)向右平移十倍頻程，試討論對(duì)系統(tǒng)性能的影響。（華南理工考試題）

解：（1）設(shè)()()()

1211KGssTsTs=++，由圖可知，1210,0.05TT==

20lg

0,10=10k

dbkωω

==∴Q

傳遞函數(shù)為()()()

10

1010.051Gssss=++

（2）()2

210

1

110010.051

ccc

cωωωω=∴=++Q

gg（近似計(jì)算）

()()18018090arctan10arctan0.052.91cccGjγωωω=+∠=+---=oooo

所以，系統(tǒng)穩(wěn)定。

（3）右移十倍頻程，可得()()()

100

10.0051G

ssss=

++，

()()10,

18018090arctanarctan0.0052.91ccccGjωγωωω'=''''∴=+∠=+---=oooo

Q相角裕度不變，截止頻率擴(kuò)大10倍，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快。

9、設(shè)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：()()()

5

15KGssss=++，作出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅頻和

相頻特性曲線(xiàn)，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

10、設(shè)電子心率起搏器系統(tǒng)如下圖所示：（南航考試題）

其中，模擬心臟的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一純積分器，試求：（1）若0.5ζ=對(duì)于最佳響應(yīng)，問(wèn)起搏器的增益K為多大？

（2）若期望心速為60次/min,并突然接通起搏器，問(wèn)1s后實(shí)際心速為多大？瞬

時(shí)最大心速為多大？

（3）10、()()()2

20,0.0512020kK

G

ssssssK

=

Φ=+++

（4）（1）20.5,

220,20,20nnKKζζωω====

（5）（2）(

)2

400

20400

sssΦ

=

++，閉環(huán)極點(diǎn)，1,210

s=-

±（6）脈沖響應(yīng)()()10t

hte

j-=+

（7）階躍響應(yīng)()()()10060601t

tcthtdte-==+?()

160.0029/minc=次

（8）

()pt0.181

s=

=，%e

16.5%σ==

最大心率()60

116.5%69.9+=次。

11、系統(tǒng)方框圖如下圖所示。

求：（1）輸出對(duì)指令信號(hào)的傳遞函數(shù)()()

oi

XsXs；

（2）輸出對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的傳遞函數(shù)()()

o

XsNs；

（3）要消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，()

c

Gs應(yīng)如何選取。

、解：（1）

()

()

()()

()()()012

12

1

i

XsGsGs

XsGsGsHs

=

+

（2）

()

()

()()()()

()()()

21

12

1

nci

GsGsGsGsXs

NsGsGsHs

+

??

??=

+

g

gg

（3）()

()()1

n

cGs

Gs

Gs

=-，可以消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響

12、根據(jù)系統(tǒng)圖，及所對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，確定系統(tǒng)質(zhì)量M、阻尼系數(shù)C和彈簧剛度K的數(shù)值。（武漢科技考試題）

1.0

12、解：()()()2

Xs1

Fsmscsk

sΦ

=

=++

pMe

0.095==，0.6ζ=

()()()ts0

300

limctlimsCs1,K300K

c→∞→∞====∴=g

()pt0.2s=

=，19.6nω=

nωζ=

=c18.36,m0.78==

13、控制系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。（中科院考試題）

（1）確定是閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)KKt的取值范圍；

（2）若要求：系統(tǒng)的最大超調(diào)量為10%，調(diào)整時(shí)間為1.5秒（5%的誤差帶），

試確定參數(shù)K和Kt的值。

13、解：(1)由結(jié)構(gòu)圖求閉環(huán)傳遞函數(shù)，應(yīng)用勞斯判據(jù)KKt>1

(2)由超調(diào)量求ζ，由調(diào)節(jié)時(shí)間求nω，對(duì)比傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)型求得K及Kt。

14、（南航考試題）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，()(1)

K

GssTs=+，

定義誤差()()()etrtct=-。

試求：（1）若希望（a）圖中，系統(tǒng)所有的特征根位于s平面s=-2的左側(cè)，且阻尼比為0.5，求滿(mǎn)足條件的K、T的取值范圍。

（2）求（a）圖中系統(tǒng)的單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差。（3）為了使穩(wěn)態(tài)誤差為零，讓斜坡輸入先通過(guò)一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)，如圖（b）中所示，試求出合適的K0值。

14、解：（1）由勞斯穩(wěn)定判據(jù)求得。1ss2=+

（2）sse1K=

（3）()()()()

2

Ts1KKE

RsCssTssKs+-=-=

++()0

sss0

01KKelimsEs0K

K1K

→-==

=∴=

15、設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為()

2

10

()4100kGssss=

++。（武漢科技考研題）

求（1）寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)幅頻、相頻特性表達(dá)式；

（2）繪制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性（漸近線(xiàn)）和相頻特性；

（3）確定該系統(tǒng)的相位穿越頻率，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

16、某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為()()

1K

GssTs=+，已知在正弦輸入信

號(hào)()sin2rtt=作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為()sin22sscttπ?

?=-??

?，試確定系統(tǒng)

單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量與調(diào)整時(shí)間。（電子科大）

、解：由開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G（s）得

()2TK

sssK

Φ=

++，，()()j21,j22

π

Φ

=∠Φ=-

1,K4T0=-=，K=2,T=0.5,=0.5,2radnζω∴=

進(jìn)而求p

Me

16.3%==，()s3

t3sn

ζω=

=

17、（1）已知一最小相位系統(tǒng)開(kāi)環(huán)的對(duì)數(shù)幅頻特性如下圖所示。試寫(xiě)出系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s)，計(jì)算相位裕度γ和增益裕度h。

（2）若系統(tǒng)原有的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為()()2

10010.1sGss

+=，而校正后的對(duì)數(shù)幅頻特性正如下圖，求串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)。（東北大學(xué)）

ω

17、解：（1）系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)()()()()

12221Ks1KTs14Gs1sTs1ss1

100

??

+?

+??==

++

1

20lg40lg40,100KdBKωω

=-=∴=

2100

4()11

c

ccAωωω=

=g，25c

ω=

()18066.9cγ?ω=+=oo，增益裕量為∞

（2）校正前開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為()()2

10010.1sGss

+=前校正后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為()()

()

2

1000.2510.011sG

sss+=

+后

所以，()()()()

0.2510.0110.11c

sGGsGss+=

=++后前18、設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：k

()()(1)

GSHSss=

+，要求設(shè)計(jì)串聯(lián)無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)Gc(S)，使校正后系統(tǒng)滿(mǎn)足下列指標(biāo)：1)響應(yīng)ttr=)(時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差ess=0.05，；2)相角裕度45γ''≥?；3)截止頻率ωc≥7.5radS-1。

確定K值，求校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)。

18、解：由1

0.05,

20ssvv

eKKK==∴==

()()()

20

1GsHsss=

+，14.47c

radsω-'=g18090arctan12.61c

γω''∴=--=ooo選取18m

c

radsωω-''==g()()20lg10.110lg10.110.24

ccLGjdBadB

aωω''''==-∴=∴=

0.039T=

=

()()()()()

2000.4110.41

10.39110.391csaTssaGsGsTsssss+++''==∴=++++

()18062.445cGjγω''''=+∠=>ooo

滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求

19、下圖中ABC是未加校正環(huán)節(jié)前系統(tǒng)的Bode圖，GHKL是加入某種串聯(lián)環(huán)

節(jié)校正后的Bode圖。試求：（1）加入的是哪種校正方式，寫(xiě)出該校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；

（2）證明系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益是K=100。

19、（1）由于校正后高頻增益下降，因此是相位滯后校正，校正裝置傳遞函數(shù)為：

()11

50110.02

cssGss

s++==

++（2）這是一個(gè)I型系統(tǒng)，其低頻段對(duì)數(shù)幅頻特性()20lg

K

L

ωω

=，當(dāng)Kω=時(shí)，

()0dBLω=，所以K=100。

20、閉環(huán)離散系統(tǒng)如下圖所示，試求其閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)()zΦ。

()

Cs()

s*

()()()()()()()()()

()()()()

*1211*

*

1

1

1

2CsEsGsEsEsGsEsEsGsCsEsGsGs**

**

===∴=ggQggg

()()()()()()()()()*12EsRsHsCsRsEsGsGsHs*=-=-ggg()()()()()**12EsRsEsGsGHs***=-gg

()()()()

()()()()()()()()()

*12*

1

2

1

2

1211RsEsGsGHsRsGsGsCsEsGsGsGsGHs*

***

***

*

***=

+==

+gggggg

1、根據(jù)控制系統(tǒng)元件的特性，控制系統(tǒng)可分為（B）。

A、反饋控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng)

B、線(xiàn)性控制系統(tǒng)和非線(xiàn)性控制系統(tǒng)

C、定值控制系統(tǒng)和隨動(dòng)控制系統(tǒng)

D、連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)2、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)最本質(zhì)的區(qū)別是（A）。

A、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)無(wú)控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)有控制作用

B、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的輸入對(duì)系統(tǒng)無(wú)控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸入對(duì)系統(tǒng)有控制作用

C、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不一定有反饋回路，閉環(huán)系統(tǒng)有反饋回路

D、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不一定有反饋回路，閉環(huán)系統(tǒng)也不一定有反饋回路3、一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)（D）。

A、當(dāng)時(shí)間常數(shù)T較大時(shí)有超調(diào)

B、當(dāng)時(shí)間常數(shù)T較小時(shí)無(wú)超調(diào)

C、輸入信號(hào)幅度大時(shí)有超調(diào)

D、無(wú)超調(diào)

4、某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為()5

2

Gss=

+，則該系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)函數(shù)為（B）。A、5tB、25te-C、25t

eD、5t

5、一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為1

K

Ts+，則該系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的快速性（C）。

A、與K有關(guān)

B、與K和T有關(guān)

C、與T有關(guān)

D、與輸入信號(hào)大小有關(guān)

6、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)()2

2

21

GsKss=

++，當(dāng)K增大時(shí)，其（C）。A、固有頻率nω增大，阻尼比ζ增大B、固有頻率nω增大，阻尼比ζ減小C、固有頻率nω減小，阻尼比ζ減小D、固有頻率nω減小，阻尼比ζ增大7、二階系統(tǒng)的極點(diǎn)分別為120.5,4ss=-=-，系統(tǒng)增益為5，則其傳遞函數(shù)為（C）。A、

()50.5(4)ss--B、()2

0.5(4)ss++

C、

()100.5(4)ss++D、()5

0.5(4)

ss++

8、單位反饋開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

2

2

354

ss++，則其閉環(huán)系統(tǒng)的,nζω分別為（C）。

5455ABCD

6366、，

、，

、9、非最小相位放大環(huán)節(jié)的頻率特性相位移為（A）。A．-180°B．0°C．90°D．-90°

10、0型系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性的低頻段漸近線(xiàn)斜率為（D）

A．-60（dB/dec）

B．-40（dB/dec

C．-20（dB/dec）

D．0（dB/dec）11、閉環(huán)系統(tǒng)跟軌跡的條數(shù)是（D）

A.n.

B.m.

C.n-m

D.n、m中的大者12、系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為()0.1wtt=，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為（A）A、

20.1sB、0.1sC、21sD、1s

13、設(shè)一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

3

25

s+，則該系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)和放大增益為（C）

A、23

B、32

2C、23

55D、5322

14、一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為7

()2

Gss=+，若系統(tǒng)容許誤差為2%，則系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間為（B）

A、8

B、2

C、7

D、3.5

15、已知系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的Nyquist

A、0型

B、Ⅰ型

C、Ⅱ型

D無(wú)法確定

16、傳遞函數(shù)221

32

sss+++的零點(diǎn)和極點(diǎn)及比例系數(shù)分別是（D）

A、零點(diǎn)為0.5，極點(diǎn)為-1、-2，比例系數(shù)為1。

B、零點(diǎn)為0.5，極點(diǎn)為-1、-2，比例系數(shù)為2。

C、零點(diǎn)為-0.5，極點(diǎn)為-1、-2，比例系數(shù)為1。

D、零點(diǎn)為-0.5，極