機械工程控制基礎考試題完整版

機械控制工程根底一、填空題1.線性控制系統最重要的特性是可以應用疊加原理，而非線性控制系統那么不能。2．反應控制系統是根據輸入量和反應量的偏差進行調節(jié)的控制系統。3.根據自動控制系統是否設有反應環(huán)節(jié)來分類，控制系統可分為__開環(huán)_控制系統、_閉環(huán)__控制系統。4.根據系統輸入量變化的規(guī)律，控制系統可分為恒值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統。5.如果在系統中只有離散信號而沒有連續(xù)信號，那么稱此系統為離散(數字)控制系統，其輸入、輸出關系常用差分方程來描述。6.根據控制系統元件的特性，控制系統可分為__線性__控制系統、非線性_控制系統。7.線性控制系統其輸出量與輸入量間的關系可以用線性微分方程來描述。8.對于一個自動控制系統的性能要求可以概括為三個方面：穩(wěn)定性、快速性和準確性。9.在控制工程根底課程中描述系統的數學模型有微分方程、傳遞函數等。10.傳遞函數的定義是對于線性定常系統,在零初始條件下，系統輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。11.傳遞函數的組成與輸入、輸出信號無關，僅僅決定于系統本身的結構和參數，并且只適于零初始條件下的線性定常系統。12.瞬態(tài)響應是系統受到外加作用鼓勵后，從初始狀態(tài)到最終穩(wěn)定狀態(tài)的響應過程。13.脈沖信號可以用來反映系統的抗沖擊能力。14.單位斜坡函數t的拉氏變換為。15.單位階躍信號的拉氏變換是1/s。16．在單位斜坡輸入信號作用下，0型系統的穩(wěn)態(tài)誤差ess=。17.I型系統在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為0，在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為∞。18.一階系統的單位階躍響應的表達是。19．決定二階系統動態(tài)性能的兩個重要參數是阻尼系數ξ和無阻尼固有頻率ωn。20.二階系統的典型傳遞函數是。21．二階衰減振蕩系統的阻尼比ξ的范圍為。22.二階系統的阻尼比ξ為0時，響應曲線為等幅振蕩。23.系統輸出量的實際值與輸出量的期望值之間的偏差稱為誤差。24.系統的穩(wěn)態(tài)誤差與輸入信號的形式及系統的結構和參數或系統的開環(huán)傳遞函數有關。25.分析穩(wěn)態(tài)誤差時，將系統分為0型系統、I型系統、II型系統…，這是按開環(huán)傳遞函數的積分環(huán)節(jié)數來分類的。26.用頻域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是正弦函數。27．線性定常系統在正弦信號輸入時，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位移隨頻率而變化的函數關系稱為相頻特性。28.頻率響應是系統對正弦輸入穩(wěn)態(tài)響應，頻率特性包括幅頻和相頻兩種特性。29.用頻率法研究控制系統時，采用的圖示法分為極坐標圖示法和__對數坐標_圖示法。30．積分環(huán)節(jié)的對數幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為－20dB／dec。31．0型系統對數幅頻特性低頻段漸近線的斜率為0dB/dec，高度為20lgKp。32.ω從0變化到+∞時，慣性環(huán)節(jié)的頻率特性極坐標圖在第四象限，形狀為半圓。33.G(s)=的環(huán)節(jié)稱為慣性環(huán)節(jié)。34．設系統的頻率特性為，那么稱為實頻特性。35.反應控制系統開環(huán)對數幅頻特性三頻段的劃分是以ωc〔截止頻率〕附近的區(qū)段為中頻段，該段著重反映系統階躍響應的穩(wěn)定性和快速性；而低頻段主要說明系統的穩(wěn)態(tài)性能。36.二階系統的阻尼系數ξ=__0.707____時，為最正確阻尼系數。這時系統的平穩(wěn)性與快速性都較理想。37.如果系統受擾動后偏離了原工作狀態(tài)，擾動消失后，系統能自動恢復到原來的工作狀態(tài)，這樣的系統是穩(wěn)定的系統。38.判別系統穩(wěn)定性的出發(fā)點是系統特征方程的根必須為負實根或負實部的復數根，即系統的特征根必須全部在復平面的左半平面是系統穩(wěn)定的充要條件。39.當且僅當閉環(huán)控制系統特征方程的所有根的實部都是負數時，系統是穩(wěn)定的。40.函數te-at的拉氏變換為。二、單項選擇題：1．一階系統G(s)=的時間常數T越小，那么系統的輸出響應到達穩(wěn)態(tài)值的時間[B]A．越長B．越短C．不變D．不定2.傳遞函數反映了系統的動態(tài)性能，它與以下哪項因素有關？[C]A.輸入信號B.初始條件C.系統的結構參數D.輸入信號和初始條件3．慣性環(huán)節(jié)的相頻特性，當時，其相位移為[C]A．-270°B．-180°C．-90°D．0°4．設積分環(huán)節(jié)的傳遞函數為G(s)=，那么其頻率特性幅值M()=[C]A.B.C.D.5.有一線性系統，其輸入分別為u1(t)和u2(t)時，輸出分別為y1(t)和y2(t)。當輸入為a1u1(t)+a2u2(t)時(a1,a2為常數)，輸出應為[B]A.a1y1(t)+y2(t) B.a1y1(t)+a2y2(t)C.a1y1(t)-a2y2(t)D.y1(t)+a2y2(t)6．拉氏變換將時間函數變換成[D]A．正弦函數B．單位階躍函數C．單位脈沖函數D．復變函數7．二階系統當0<<1時，如果減小，那么輸出響應的最大超調量將[A]A.增加B.減小C.不變D.不定8．余弦函數cos的拉氏變換是[C]A.B.C.D.9.微分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移θ(ω)=[A]A.90°B.-90°C.0°D.-180°10.II型系統開環(huán)對數幅頻漸近特性的低頻段斜率為[A]A.-40(dB/dec) B.-20(dB/dec)C.0(dB/dec) D.+20(dB/dec)11．令線性定常系統傳遞函數的分母多項式為零，那么可得到系統的[B]A．代數方程B．特征方程C．差分方程D．狀態(tài)方程12.主導極點的特點是[D]A.距離實軸很遠B.距離實軸很近C.距離虛軸很遠D.距離虛軸很近13．采用非單位負反應連接時，如前向通道的傳遞函數為G(s)，反應通道的傳遞函數為H(s)，那么其等效傳遞函數為[C]A．B．C．D．14.反應控制系統是指系統中有(A)A.反應回路 B.慣性環(huán)節(jié)C.積分環(huán)節(jié) D.PID調節(jié)器15.(A)=,(a為常數)。A.L［e－at］ B.L［eat］C.L［e－(t－a)］ D.L［e－(t+a)］16.L［t2e2t］=(B)A.B.C. D.17.假設F(s)=，那么=(B)

A.4B.2C.0 D.∞18.f(t)=eat,(a為實數)，那么L［］=(C)A. B.C. D.19.f(t)=，那么L［f(t)］=(C)A. B.C. D.20.某系統的微分方程為,它是(C)A.線性系統 B.線性定常系統C.非線性系統 D.非線性時變系統21.某環(huán)節(jié)的傳遞函數為G(s)=e－2s，它是(B)A.比例環(huán)節(jié)B.延時環(huán)節(jié)C.慣性環(huán)節(jié) D.微分環(huán)節(jié)22.圖示系統的傳遞函數為(B)A.B.解：跟據電壓定律得C.RCs+1D.23.二階系統的傳遞函數為G(s)=,其無阻尼固有頻率ωn是(B)A.10B.5 C.2.5 D.2524.一階系統的單位脈沖響應曲線在t=0處的斜率為(C)

A. B.KT C. D.25.某系統的傳遞函數G(s)=,那么其單位階躍響應函數為(C)A. B. C.K(1－e－t/T) D.(1－e－Kt/T)26.圖示系統稱為(B)型系統。A.0B.ⅠC.ⅡD.Ⅲ27.延時環(huán)節(jié)G(s)=e－τs的相頻特性∠G(jω)等于(B)A.τωB.–τωC.９０° D.１８０°28.對數幅頻特性的漸近線如下圖，它對應的傳遞函數G(s)為(D)A.1+Ts B.C.D.(1+Ts)229.圖示對應的環(huán)節(jié)為(C)A.TsB.C.1+TsD.30.設系統的特征方程為D(s)=s3+14s2+40s+40τ=0，那么此系統穩(wěn)定的τ值范圍為(B)A.τ>0B.0<τ<14 C.τ>14 D.τ<031.典型二階振蕩環(huán)節(jié)的峰值時間與(D)有關。A.增益 B.誤差帶C.增益和阻尼比D.阻尼比和無阻尼固有頻率32.假設系統的Bode圖在ω=5處出現轉折(如下圖)，這說明系統中有(D)環(huán)節(jié)。A.5s+1 B.(5s+1)2C.0.2s+1 D.33.某系統的傳遞函數為G(s)=,其零、極點是(D)A.零點s=－0.25,s=3;極點s=－7,s=2 B.零點s=7,s=－2;極點s=0.25,s=3C.零點s=－7,s=2;極點s=－1,s=3D.零點(分子為0)s=－7,s=2;極點(分母為0)s=－0.25,s=334.一系統的開環(huán)傳遞函數為,那么系統的開環(huán)增益和型次依次為(A)原式=，故K=6/15=0.4(注意多項式的常數項為1)A.0.4，Ⅰ B.0.4，Ⅱ C.3，Ⅰ D.3，Ⅱ35.系統的傳遞函數G(s)=，其幅頻特性｜G(jω)｜應為(D)A. B.C. D.36.二階系統的阻尼比ζ，等于(C)A.系統的粘性阻尼系數B.臨界阻尼系數與系統粘性阻尼系數之比C.系統粘性阻尼系數與臨界阻尼系數之比D.系統粘性阻尼系數的倒數37.設ωc為幅值穿越(交界)頻率，φ(ωc)為開環(huán)頻率特性幅值為1時的相位角，那么相位裕度為(C)A.180°－φ(ωc) B.φ(ωc)C.180°+φ(ωc) D.90°+φ(ωc)38.單位反應控制系統的開環(huán)傳遞函數為G(s)=，那么系統在r(t)=2t輸入作用下，其穩(wěn)態(tài)誤差為(A)A. B. C. D.039.二階系統的傳遞函數為G(s)=,在0＜ζ＜時，其無阻尼固有頻率ωn與諧振頻率ωr的關系為(C)A.ωn<ωr B.ωn=ωrC.ωn>ωr D.兩者無關40.串聯相位滯后校正通常用于(B)A.提高系統的快速性 B.提高系統的穩(wěn)態(tài)精度C.減少系統的阻尼 D.減少系統的固有頻率41.以下串聯校正裝置的傳遞函數中，能在頻率ωc=4處提供最大相位超前角的是(D)A. B. C. D.42.從某系統的Bode圖上，其剪切頻率ωc≈40，那么以下串聯校正裝置的傳遞函數中能在根本保持原系統穩(wěn)定性及頻帶寬的前提下，通過適當調整增益使穩(wěn)態(tài)誤差減至最小的是(B)A. B. C. D.三、簡答題1-1機械工程控制論的研究對象與任務是什么?答：1〕機械控制工程是研究控制論在機械工程中應用的學科，用于改良和完善機械系統。2〕有以下五個任務:(1)系統分析。(2)最優(yōu)控制。(3)最優(yōu)設計。(4)系統辨識。(5)濾波與預測。1.2什么是反應?什么是外反應和內反應?答：1〕將系統的輸出全部或局部地返送回系統的輸入端，并與輸入信號共同作用于系統的過程，稱為反應或信息反應。2〕外反應是指人們利用反應控制原理在機械系統或過程中加上一個人為的反應，構成一個自動控制系統。3內反應是指許多機械系統或過程中存在的相互藕合作用，形成非人為的“內在”反應，從而構成一個閉環(huán)系統。1.3反應控制的概念是什么?為什么要進行反應控制?答：1〕反應控制就是利用反應信號對系統進行控制。2〕為了提高控制系統的精度，增強系統抗干擾能力。1.4閉環(huán)控制系統的根本工作原理是什么?答：工作原理如下:(1)檢測被控制量或輸出量的實際值;(2)將實際值與給定值進行比擬得出偏差值;(3)用偏差值產生控制調節(jié)作用去消除偏差。通常閉環(huán)控制系統至少具備測量、比擬和執(zhí)行三個根本功能。1.5對控制系統的根本要求是什么?答：根本要求是穩(wěn)定性、準確性和快速性。1〕穩(wěn)定性是指系統振蕩傾向及其恢復平衡狀態(tài)的能力。是保證控制系統正常工作的首要條件。2〕準確性是指控制系統的控制精度，一般用穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。是衡量控制系統性能的重要指標。3〕快速性是指系統消除輸出量與輸入量之間產生偏差的快慢程度。3.1什么是時間響應？時間響應由那兩局部組成？答：1〕時間響應：在輸入信號作用下，系統的輸出隨時間變化的過程。2〕時間響應由瞬時響應和穩(wěn)態(tài)響應組成。3.2簡述脈沖響應函數和傳遞函數的關系。答：脈沖響應的拉氏變換等于傳遞函數乘以脈沖信號的拉氏變換，由于脈沖信號的拉氏變換為1，所以脈沖響應的拉氏變換等于傳遞函數。3.3簡述一階系統的階躍響應。答：一階系統的階躍響應為：3.4典型二階系統的傳遞函數，兩個重要參數是什么？對系統性能的影響如何？答：1〕典型二階系統：2〕阻尼比及系統的無阻尼固有頻率是系統的兩個重要參數。3〕它們決定著系統的時間響應特性。二階系統的阻尼比決定了其振蕩特性。3.5簡述二階系統的階躍響應，并分別畫出階躍響應曲線。答：1〕二階單位階躍響應：2〕圖3-9.3.6誤差和穩(wěn)態(tài)誤差的定義是什么？答：1〕系統實際輸出量與期望輸出量的偏差稱為系統誤差；2〕系統進入穩(wěn)態(tài)后其實際輸出量與期望輸出量之間的相差程度。3.7穩(wěn)態(tài)誤差和哪些因素有關？計算穩(wěn)態(tài)誤差的方法有哪幾種？答：1〕系統的穩(wěn)態(tài)誤差與系統開環(huán)傳遞函數的增益、型次和輸入信號有關。2〕方法有：〔1〕拉氏反變換法；〔2〕終值定理法；〔3〕靜態(tài)誤差系數法；〔4〕誤差級數法；〔5〕動態(tài)誤差系數法；〔6〕頻率特性法。5.1什么是系統的穩(wěn)定性?控制系統穩(wěn)定的充分必要條件是什么?答：1〕系統的穩(wěn)定性是指:系統受到擾動作用時，輸出偏離平衡狀態(tài)，當擾動消除后，假設系統在足夠長的時間內能恢復到其原來的平衡狀態(tài)或趨于一個給定的新平衡狀態(tài)，那么該系統是穩(wěn)定的。反之，系統是不穩(wěn)定的。2〕系統穩(wěn)定的充分必要條件是:系統的全部特征根都具有負實部，即系統閉環(huán)傳遞函數的全部極點均位于復平面的左半平面。四、程序題1.某閉環(huán)系統的傳遞函數為：求其單位階躍響應曲線，單位脈沖響應曲線，以及輸入信號為r(t)=1+t的響應曲線。解：程序如下：num=[1025];den=[0.161.961025];sys=tf(num,den)subplot(3,1,1);step(num,den);subplot(3,1,2);impulse(num,den)t=0:0.01:3;u=1+t;subplot(3,1,3);lsim(num,den,u,t)end2.典型二階系統的傳遞函數為；為自然頻率，為阻尼比，試繪出當=0.5，分別取2、4、6、8、10、12時該系統的單位階躍響應曲線。解：程序如下：kesi=0.5;wn=2;whilewn<13num=wn^2;den=[12*kesi*wnwn^2];step(num,den);holdon;wn=wn+2;endend3.單位反應系統前向通道的傳遞函數為：，試繪制該系統的Bode圖和Nyquist曲線。解：程序如下：num=[281282];den=[151010510];figure(1);bode(num,den);figure(2);nyquist(num,den);end2.設有一高階系統開環(huán)傳遞函數為：，試繪制該系統的零極點圖，求取該系統的特征根，判斷系統的穩(wěn)定性。解：程序如下：num=[0.0160.2181.4369.359];den=[0.060.2680.6356.271];pzmap(num,den);roots(de