02-機(jī)械工程控制試卷(共六套)

02-機(jī)械工程控制試卷(共六套)LtDPAGEPAGE42005年10月全國(guó)自考機(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（）A、系統(tǒng)已定，輸入不確定，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)的傳遞函數(shù)為則系統(tǒng)的阻尼比、增益和放大系數(shù)是（）。A.0.25,1,1B.0.5,4,1C.0.25,4,4D.0.5,1,43.彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為1/（ms2+cs+k）,則系統(tǒng)的無(wú)阻固有頻率ωn為（）

A

B

C

D4.對(duì)于定常控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)（）表達(dá)系統(tǒng)的微分方程各項(xiàng)系數(shù)不隨時(shí)間改變微分方程的各階微分項(xiàng)的冪為1不能用微分方程表示系統(tǒng)總是穩(wěn)定的5.微分環(huán)節(jié)反映了輸入的變化趨勢(shì)，可以應(yīng)用于()。增加系統(tǒng)阻尼減小系統(tǒng)阻尼減弱噪聲的作用減小穩(wěn)態(tài)誤差6.系統(tǒng)方塊圖如圖所示,其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gk(S)是（）

A5S/(3S+1)B(3S+1)/5S

C1/[5S(3S+1)]D5/[S(3S+1)]

7.系統(tǒng)的輸出誤差為e(t)，其穩(wěn)態(tài)誤差為：（）ABC D8.比例環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線是一條（）。A.水平線B.垂直線C.斜率為-20db/dec的直線D.斜率為-10db/dec的直線9.所謂校正（又稱補(bǔ)償）是指（）A、加入PID校正器B、在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)或改變某些參數(shù)C、使系統(tǒng)穩(wěn)定D、使用勞斯判據(jù)10.PI校正屬于下面哪種校正方法：（）A相位超前校正 B相位滯后校正C相位滯后超前校正 D無(wú)法確定填空題1.設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)基于以下幾個(gè)要求：、和。2.傳遞函數(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ξ大于0小于1時(shí)，系統(tǒng)稱為系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比ξ=0時(shí)，系統(tǒng)稱為系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比ξ=1時(shí)，系統(tǒng)稱為系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比ξ大于1時(shí)系統(tǒng)稱為系統(tǒng)。三、計(jì)算題1.列出如右圖所示的系統(tǒng)的微分方程，并推出傳遞函數(shù)。2.化簡(jiǎn)圖示系統(tǒng)框圖，并寫(xiě)出其傳遞函數(shù)3.已知傳遞函數(shù)如下圖所示，求單位階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量Mp和峰值時(shí)間tp4.已知單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:，求單位階躍和單位斜坡函數(shù)輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差5.已知某系統(tǒng)的特征方程為s4+s3+4s2+6s+9=0，試判別其系統(tǒng)的穩(wěn)定性6.試?yán)L制下列傳遞函數(shù)的Bode圖。

填空題(每小題2.5分，共25分)對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為穩(wěn)定性、和。按系統(tǒng)有無(wú)反饋，通?？蓪⒖刂葡到y(tǒng)分為和。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。反映出穩(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。一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的表達(dá)是。有系統(tǒng)的性能指標(biāo)按照其類型分為時(shí)域性能指標(biāo)和。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)。穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且與的類型有關(guān)。脈沖信號(hào)可以用來(lái)反映系統(tǒng)的。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饋系統(tǒng)（10分）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)各部分的組成，且畫(huà)出原理方框圖，說(shuō)明其工作原理。三、如圖2為電路。求輸入電壓與輸出電壓之間的微分方程，并求該電路的傳遞函數(shù)（10分）圖2四、求拉氏變換與反變換(10分)求（5分）求（5分）五、化簡(jiǎn)圖3所示的框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)（10分）圖3六、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和外力組成的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)。圖4(a)中是輸出位移。當(dāng)外力施加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)模型和傳遞函數(shù)；(5分)2）該系統(tǒng)的自由頻率、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)：上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差（5分）。圖4(a)機(jī)械系統(tǒng)圖4（b）響應(yīng)曲線圖4七、已知某系統(tǒng)是單位負(fù)反饋系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，則該系統(tǒng)在單位脈沖、單位階躍和單位恒速信號(hào)（斜坡信號(hào)）作用下的穩(wěn)態(tài)誤差分別是多少？（10分）八、設(shè)有如圖5所示的反饋控制系統(tǒng)，試求根據(jù)勞斯判據(jù)確定傳遞函數(shù)k值的取值范圍（10分）。圖5填空題(每小題2分，共20分)對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。按系統(tǒng)有無(wú)反饋，通?？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)。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、傳遞函數(shù)等。穩(wěn)態(tài)誤差反映出穩(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。一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的表達(dá)是。有系統(tǒng)的性能指標(biāo)按照其類型分為時(shí)域性能指標(biāo)和頻域性能指標(biāo)。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)。穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且與輸入信號(hào)的類型有關(guān)。脈沖信號(hào)可以用來(lái)反映系統(tǒng)的抗沖擊能力。10.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饋系統(tǒng)（10分）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)各部分的組成，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)包括：電位器、放大器、電機(jī)、減速器以及自藕調(diào)壓器、熱電偶。原理方框圖：三．如圖2為電路。求輸入電壓與輸出電壓之間的微分方程，并求出該電路的傳遞函數(shù)。（10分）圖2解答：跟據(jù)電壓定律得四、求拉氏變換與反變換求解答：求解答：=化簡(jiǎn)框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)圖4解：GG1G2G3H2H1/G3Xi(s)Xo(s)__+HH1/G3Xi(s)Xo(s)__XXi(s)Xo(s)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和外力組成的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)。圖(a)中是輸出位移。當(dāng)外力施加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)模型和傳遞函數(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、調(diào)整時(shí)間、振蕩頻數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差（5分）。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：故2）求k由Laplace變換的終值定理可知：而=1.0，因此k=3.求m，由得：又由式求得=0.6將0.6代入中，得=1.96。再由求得m=0.78。求c由，求得c=1.83.3）求2.55(取=0.05時(shí))3.40(取=0.02時(shí))求0.912.323求N取=0.05時(shí)，=0.64取=0.02時(shí)，=0.85求當(dāng)輸入為階躍信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：對(duì)于0型系統(tǒng)，代入式中求得：=0.5八、已知某系統(tǒng)是單位負(fù)反饋系