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1、机械工程控制基础期末考试题机械工程控制基础期末考试题一、填空题：一、填空题：（每题（每题 2 2 分，共分，共 2020 分分）1 在闭环控制系统中，通过检测元件将输出量转变成与给定信号进行比较的信号，这个信号称为_。2 若前向通道的传递函数为 G（s），反馈通道的传递函数为 H（s），则闭环传递函数为_。3 齿轮副中，以主动轮角速度_环节。4Bode 图中对数相频特性图上的180 线对应于奈奎斯特图中的_。5自动控制系统对输入信号的响应，一般都包含两个分量，即一个是_，另一个是_分量。在斜坡函数的输入作用下，_型系统的稳态误差为零。6惯性环节的传递函数o为输入，以被动轮转角为输出，则这个装置
2、为1，它的幅频特性的数学式是_,它的相频特性的数Ts 1学式是_。7 函数F(s)s 3的拉式反变换是_。s 1s 230，试求出系统在单位阶0.5s 10.04s 28 已知单位反馈系统的开环传递函数G(s)跃输入下的稳态误差_。9 已知系统的单位阶跃响应为x0(t)1 0.2e60t1.2e10t，此系统的闭环传递函数为_，系统的阻尼比是_闭环系统稳定的充要条件是所有的闭环极点均位于s 平面的_半平面。1对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、_和准确性。2反馈控制系统是根据输入量和_的偏差进行调节的控制系统。3当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是_时，系统是稳
3、定的。4方块图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和_连接。5线性定常系统的传递函数，是在_时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。6线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为_。7积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为_dBdec。8单位斜坡函数 t 的拉氏变换为_。9分析稳态误差时，将系统分为0 型系统、I 型系统、II 型系统，这是按系统开环传递函数所含_环节的数目来分类的。10二阶系统的阻尼系数=_时，为最佳阻尼系数，这时系统的平稳性与快速性都较理想。11在单位斜坡输入信号作用下，0 型系统的稳态误差 ess=_。12线性
4、系统的对数幅频特性，纵坐标取值为_，横坐标为_。13奈奎斯特稳定性判据是利用系统的_来判断闭环系统稳定性的准则。2.2.选择题选择题：（共计 15 题）1设系统的特征方程为Ds s4 8s317s216s 5 0，则此系统。（）A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定2引出点前移越过一个方块图单元时，应在引出线支路上。（）A.并联越过的方块图单元 B.并联越过的方块图单元的倒数C.串联越过的方块图单元 D.串联越过的方块图单元的倒数3时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是。（）A脉冲函数B斜坡函数D阶跃函数C抛物线函数4系统的传递函数Gs5，其系统的增益和型次为。（）2
5、s(s 1)(s 4)，2 4，2 C.5，4 4，45一阶微分环节G(s)1Ts，当频率1时，则G(j)为。（）T6采用负反馈连接时，如向前通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其闭环传递函数为。（）A.C.G(s)1 G(s)G(s)1G(s)H(s)B.D.11G(s)H(s)G(s)1G(s)H(s)s2 2s 37已知F(s)，其原函数的终值f(t)。（）2s(s 5s 4)t B.8梅逊公式主要用来。（A.判断稳定性 B.计算输入误差C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹9惯性环节和积分环节的频率特性在上相等。（A.幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率
6、 D.穿越频率10二阶系统的传递函数G(s)5s2 2s 5，则该系统是。（A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统11正弦函数 cost的拉氏变换是。（A.1s B.s2 2C.ss2 2D.1s2 212已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为。（A.0.6 B.0.707 C.013下列哪种措施对改善系统的精度没有效果。（A.增加积分环节 B.提高系统的开环增益KC.增加微分环节 D.引入扰动补偿14通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件为。（A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件15在系统对输入信号的时
7、域响应中，其调整时间的长短与指标密切相关。（A.允许的稳态误差 B.允许的超调量C.允许的上升时间 D.允许的峰值时间）16设一阶系统的传递函数为G(s)7，其阶跃响应曲线在t=0 处的切线斜率s 2为。（）B.2 C.7 D.12217、下列开环传递函数所表示的系统，属于最小相位系统的是（）。s1(A)5s12s11Ts(B)1Ts（T0）s1(C)2s13s1s2(D)ss3s218.对数幅频特性的渐近线如图所示，它对应的传递函数 G(s)为()A.1+Ts C.1Ts1B.1TsD.(1+Ts)210.若系统的 Bode 图在=5 处出现转折(如图所示)，这说明系统中有()环节。A.5s
8、+1 C.+1B.(5s+1)2D.1(0.2s1)220.已知系统的传递函数()KseG(s)=，其幅频特性 G(j)应为1TsKe A.1TK2 C.KeB.1TKD.1T 22e1T 22k21.已知系统的频率特性为 G(j)=，则频率特性的虚部为()。1 jTkA.1Tk B.1(T)2kTkTC.-D.-1(T)21(T)222.设系统开环传递函数为G(s)1 0.3s，其（）A幅相特性曲线是一条与虚轴平行的直线B幅相特性曲线是一条与实轴平行的直线C幅相特性曲线是一条 s 上半平面的半圆线D幅相特性曲线是一条 s 下半平面的半圆线23、已知系统频率特性为5j1，则该系统可表示为（）（
9、A）5e5ejarctg（B）521e jarctgjarctg5（C）jarctg（D）112e24、已知系统频率特性为5j1，当输入为xt sin2t时，系统的稳态输出为（）（A）sin2t arctg51（B）12sin2t arctg5（C）sin2t arctg512512（D）sin2t arctg525.微分环节的对数幅频特性曲线是一条（）。A.水平线 B.垂直线 C.斜率为 20dB/dec 的直线 D.斜率为 10db/dec 的直线26.已知最小相位系统的 Bode 图如图所示，则此系统包含的积分环节为：（）个个个C2 个27.比例环节的对数幅频特性曲线是一条（）。A.水平
10、线 B.垂直线 C.斜率为-20db/dec 的直线 D.斜率为-10db/dec 的直线T1s 1T T2 0)的系统，其相频特性为26.对于传递函数G(s)T2s 1，(1()A.()arctg(T1)arctg(T2)B.()C.()D.arctg(T1)arctg(T2)arctg(T1)arctg(T2)()arctg(T1)arctg(T2)29.设 反 馈 系 统 的 传 递 函 数 为1s 2，当 系 统 的 输 入rtsin2t 45时，求系统的稳态输出（）。1111sintsint D.sin2t C.sin2t B.A22 22 2230下列 Nyquist 图所对应的传
11、递函数中包含积分环节的是（）D.D.以上三项都不包含积分环节以上三项都不包含积分环节三、名词解释（每题三、名词解释（每题 5 5 分，共计分，共计 2 2 题题 1010 分）分）1.传递函数2.主导极点3.偶极子4.最小相位系统三、计算题（每题三、计算题（每题 1010 分，共计分，共计 5050 分）分）1.1.已知系统的开环传递函数如下：G(s)H(s)K(T1s 1)(T2s 1)(T3s 1)试绘制系统的开环 Nyquist 图。2.2.已知系统的开环传递函数如下：100G(s)H(s)(s 1)(s 2)(s 3)试绘制系统的开环 Nyquist 图。3.3.已知如下列传递函数的系
12、统：1G1(s)2s(T1s 1)(T2s 2)1G3(s)2s(T1s 1)(T2s 2)(T31)试绘制系统的开环 Nyquist 图。4.4.设开环系统的频率特性为103(1 j100)2GK(j)(j)2(1 j10)(1 j0.125)(1 j0.05)试绘制系统的对数幅频特性图5.设系统的传递函数为K，式中，时间常数 T0-5 秒，放大系数 K10。求在频率Ts 1f=1Hz，幅值 R10 的正弦输入信号作用下，系统稳态输出的幅值与相位。6.设单位负反馈系统开环传递函数。(1)G(s)x(t)oas 145o的值。试确定使相角裕量等于s28.若二阶系统的单位阶跃响应为h(t)1 0
13、.2e60t1.2e10tt 03）试求其闭环传递函数；(2)确定其阻尼比和无阻尼固有频率n。9.设单位反馈系统的开环传递函数G(s)100s(0.1s 1)试求当输入信号r(t)12t时，系统的稳态误差。10某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线L()如下图所示：写出该系统的开环传递函数G(s)，并求系统的相位裕量。（10 分）11已知某单位反馈闭环系统的开环传递函数为：G(s)H(s)1，当系统的输入信号为s 1xi(t)sin(2 t 30o)时，求系统的稳态输出。12某系统方块图如下图所示，试求其无阻尼自然频率n，阻尼比，最大超调量 Mp，峰值时间tp，调整时间ts(=。（10 分）13
14、、已知最小相位系统 Bode 图如下图所示（10 分）(必须有求解过程)（1）写出系统开环传递函数(8 分)；（2）利用相位裕量判断系统稳定性；（2 分）14、设某系统的特征方程式为s6 2s58s412s3 20s216s 16 0求其特征根，并判断系统的稳定性。（10 分）15.已知单位反馈系统的开环传递函数G(s)K试绘制奈奎斯特曲线，并利1T1s1T2s用奈氏判据判断其稳定性。（10 分）。注：绘出正确曲线得 5 分，判断正确得 5 分）16.已知某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=50000：s(s 10)(s 50)在下面半对数坐标纸上画出其渐近对数幅频特性；由图解求取其
15、幅值穿越频率c（近似值）；由公式求取相位裕量，并由此判断该系统的稳定性。17.已知某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=10(s 1)：(2s 1)(0.1s 1)(0.05s 1)在下面半对数坐标纸上画出其渐近对数幅频特性；由图解求取其幅值穿越频率c（近似值）；由公式求取相位裕量，并由此判断该系统的稳定性。18 某最小相位系统的开环对数幅频特性如图所示，要求：(1)写出系统开环传递函数；(2)利用相位裕量判断系统稳定性；(3)将其对数幅频特性向右平移十倍频，试讨论对系统性能的影响。解：（1）由图可以写出系统开环传递函数如下：G G(s s)1010s ss ss s(1 1)()(1
16、 1)0 0.1 12020（2）系统的开环相频特性为：()9090 arctanarctan 0 0.1 1 arctanarctan 2020截止频率：c c 0 0.1 1 1010 1 1相角裕度：180180 (c c)2 2.8585，故系统稳定。（3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程后，可得系统新的开环传递函数100100G G(s s)s ss s(s s 1 1)()(1 1)200200其截止频率：c c1 1 1010 c c 1010而相角裕度：1 1 180180 (c c1 1)2 2.8585 故系统稳定性不变。由时域指标估算公式可得：t ts s K K0 0
17、o oo o 0 0.1616 0 0.4 4(1 1 1 1)=1 1o oo osinsin c cK K0 0 0 0.1 1t ts s1 11010 c c1 1所以，系统的超调量不变，调节时间缩短，动态响应加快。9 单位反馈控制系统的开环传递函数G(s)统的稳态输出。(1)r(t)sin(t 30)(2)r(t)2cos(2t 45)(3)r(t)sin(t 30)2cos(2t 45)10，当下列信号作用在系统输入端时，求系s 1解：解：本题注意事项：一定要用闭环传递函数求模求角，计算角度一定要看象限（1）(s)1010，(j)，j11s 11(j1)10101tg1 0.905
18、5.19j 1111122css(t)0.905sin(t 305.19)0.905sin(t 24.8)(2)(j2)10 0.89410.3j211css(t)1.788cos(2t 55.3)（3）css 0.905sin(t 24.8)1.788cos(2t 55.3)20 设控制系统的开环传递函数如下，试绘制各系统的开环幅相频率特性曲线和开环对数频率特性曲线。(1)G(s)1000(s 1)75010s 1 (2)G(s)(3)解：解：G(s)2s(s 5)(s 15)s(s 8s 100)3s 110750，90；终点3，0270；交点G(j 75)0.5ss101000（2）起点，90；终点2，0180；ss（1）起点1000(s21)交点G(s)，32s(s 7s 92s 100)1000(21)，G(j 92)j13.03G(j)22j(7100)j(92)（3）起点 1；终点，与坐标轴无交点；曲线在第一象限