机械工程控制基础期末试卷+答案1.doc

机械工程控制基础
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2005年10月全国自考机械工程控制基础试卷

机械工程控制基础模拟卷
一、选择题
1。 控制工程主要研究并解决的问题之一是（ )
A、系统已定,输入不确定，求系统的输出
B、系统已定,输入已知，求系统的输出(响应）
C、系统已定,规定系统的输入
D、系统不定，输入已知,求系统的输出（响应）
2. 已知机械系统的传递函数为则系统的阻尼比、增益和放大系数是(）。
A。 0。25， 1， 1 B。 0。5,4,1 C。 0。25，4,4 D。 0.5，1，4
3。弹簧—质量—阻尼系统的传递函数为1/（ms2+cs+k）,则系统的无阻固有频率ωn为（ ）
  A   B  C   D
4. 对于定常控制系统来说（ ）
A、 表达系统的微分方程各项系数不随时间改变
B、 微分方程的各阶微分项的幂为1
C、 不能用微分方程表示
D、 系统总是稳定的
5。微分环节反映了输入的变化趋势，可以应用于( ）。
A. 增加系统阻尼
B. 减小系统阻尼
C. 减弱噪声的作用
D. 减小稳态误差
6。 系统方块图如图所示，其开环传递函数Gk（S）是（）
 A5S/（3S+1） B （3S+1）/5S
C 1/[5S(3S+1）］ D 5/［S（3S+1)]
7.系统的输出误差为e(t),其稳态误差为：（ )
A B
C D
8. 比例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
9。 所谓校正(又称补偿）是指（ ）
A、加入PID校正器 B、在系统中增加新的环节或改变某些参数
C、使系统稳定 D、使用劳斯判据
10. PI校正属于下面哪种校正方法:（ ）
A相位超前校正 B 相位滞后校正
C相位滞后超前校正 D无法确定
二、 填空题
1. 设计控制系统基于以下几个要求：、和.
2. 传递函数可定义为：在外界输入作用前，输入、输出的初始条件 为时,线性定常系统的与之比。
3。 当阻尼比ξ大于0小于1时，系统称为系统，当阻尼比ξ=0时,系统称为系统,当阻尼比ξ=1时， 系统称为系统，当阻尼比ξ大于1时系统称为系统。
三、计算题
1。 列出如右图所示的系统的微分方程，并推出传递函数。
2。 化简图示系统框图，并写出其传递函数
3。 已知传递函数如下图所示，求单位阶跃响应的最大超调量Mp和峰值时间tp
4.已知单位反馈系统的开环传递函数为：
，求单位阶跃和单位斜坡函数输入作用下的稳态误差
5。 已知某系统的特征方程为s4+s3+4s2+6s+9=0，试判别其系统的稳定性
6。 试绘制下列传递函数的Bode图.
一. 填空题（每小题2。5分，共25分）
1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 和 。
2． 按系统有无反馈,通常可将控制系统分为和。
3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有、 等。
4． 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度,它用来衡量系统的程度。
5． 一阶系统的单位阶跃响应的表达是。
6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和。
7． 频率响应是线性定常系统对输入的稳态响应。
8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与的类型有关.
9． 脉冲信号可以用来反映系统的。
10。 阶跃信号的拉氏变换是.
二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）
图1 炉温控制结构图
试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图,说明其工作原理.
三、如图2为电路.求输入电压与输出电压之间的微分方程, 并求该电路的传递函数(10分)
图2
四、求拉氏变换与反变换 （10分)
1． 求（5分）
2． 求（5分）
五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数(10分）
图3
六、图4示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统。图4(a）中是输出位移。当外力施加3牛顿阶跃力后（恒速信号),记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如图4(b）所示。试求:
1)该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5分）
2)该系统的自由频率、阻尼比;（2分）
3）该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k；（3分）
4)时间响应性能指标：上升时间、调整时间、稳态误差（5分)。
图4(a） 机械系统 图4(b)响应曲线
图4
七、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号(斜坡信号）作用下的稳态误差分别是多少？(10分)
八、设有如图5所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围（10分）。
图5
二. 填空题(每小题2分，共20分）
10． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性 和准确性。
11． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环控制系统 和 闭环控制系统 。
12． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数等.
13． 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度.
14． 一阶系统的单位阶跃响应的表达是。
15． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。
16． 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。
17． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。
18． 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。
10。 阶跃信号的拉氏变换是 1/s .
二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）
图1 炉温控制结构图
试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理.
解答：输出量：炉温。输入量:给定电压信号。被控对象:电炉。
系统包括：电位器、放大器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶.
原理方框图：
三．如图2为电路。求输入电压与输出电压之间的微分方程，并求出该电路的传递函数.（10分）
图2
解答：跟据电压定律得
四、求拉氏变换与反变换
3． 求
解答：
4． 求
解答:=
六、 化简框图，并求出闭环传递函数
图4
解:
G1
G2 G3
H2
H1/G3
Xi(s)
Xo(s)
_
_
+

H1/G3
Xi(s)
Xo(s)
_
_

Xi(s)
Xo(s)

七、图示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统.图(a）中是输出位移.当外力施加3牛顿阶跃力后,记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如（b）图所示.试求：
1)该系统的微分方程数学模型和传递函数；（4分）
2)该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k；(3分）
3)时间响应性能指标：上升时间、调整时间、振荡频数、稳态误差(5分）.
图(a) 机械系统 图（b)响应曲线
解答：
解：1）对于该系统有：
故
2）求k 由Laplace变换的终值定理可知：
而=1.0,因此k=3。
求m, 由得:
又由式求得=0。6
将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时)
3。40 (取=0。02时)
求
0。91
2.323
求N
取=0。05时，=0。64
取=0。02时， =0。85
求
当输入为阶跃信号时,系统的稳态误差为：
对于0型系统 ，代入式中求得：
=0。5
八、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是多少？(8分）
解答：该系统为单位负反馈且为0型系统，k=11, 所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是、¥。
在单位脉冲信号作用下的稳态误差为
九、设有如图所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围
解答：
系统的特征方程：
可展开为:
列出劳斯数列:
k〉0,30—k〉0
〈0k<30