历年机械工程控制基础试题及答案.doc

全国2002年10月自学考试机械工程控制基础试卷
一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号内。每小题1.5分，共30分)
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，求出系统的输出(响应)
2.f(t)如图所示 则L［f(t)］为( )
A.e-2t B. e-2s C. e-2s D. e-ts
3.已知F(s)=，则L-1［F(s)］为( )
4.已知F(s)=L［f(t)］，若F(s)=,则f(t)|t=?( )
A. B.1 C. D.0
5.下列系统中为线性系统的微分模型为：( )
A.
B.
C.
D.
6.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
7.系统方框图如图所示，则系统的闭环传递函数为( )
A. B.
C. 1+G(S)·H(S) D.
8.二阶系统的传递函数为,则系统增益为( )
A.10 B.0.5 C.4 D.5
9.若系统的单位脉冲响应为e-2t+2e-t，则系统的传递函数为：( )
A. B. C. D.
10.某系统的传递函数为系统的零极点为( )
A.极点s1=-1, s2=-2,零点s3=5
B.极点s1=1, s2=2
C.极点s1=-1, s2=-2
D.极点s1=1, s2=2,零点s3=-5
11.下列信号中，哪个用来定义二阶系统的瞬态响应指标( )
A.单位阶跃 B.单位脉冲 C.单位斜坡 D.单位正弦
12.系统如图 ，其稳态误差定义为( )
A.ess=SG(S) B.ess=te(t)
C.ess=e(t) D.ess=e(t)
13.某系统传函数为G(s)=，则转角频率为( )
A. B.τ C.k/τ D.kτ
14.控制系统中( )
A.系统型次越高，增益K越大，系统稳定误差越大
B.系统型次越高，增益K越大，系统稳定误差越小
C.系统阶次越高，增益K越大，系统稳定误差越小
D.系统阶次越高，稳态误差越大
15.在设计控制系统时，稳定性判断( )
A.不必判断 B.绝对必要 C.有时是必要的 D.根据系统而定
16.系统的正弦响应是指( )
A.不论输入为何种信号，输出都为正弦时的情况
B.对系统输入一系列不同频率正弦信号时，输出的响应变化情况
C.对系统输入一个固定的频率正弦信号时，输出的响应变化情况
D.对系统输入一系列幅值不同的正弦信号时，输出的响应变化情况
17.劳斯判据应用于控制系统稳定性判断时是针对( )
A.闭环系统的传递函数 B.开环系统的传递函数
C.闭环系统中的开环传递函数的特征方程 D.闭环系统的特征方程
18.为了增加系统的稳定性裕量，可以( )
A.减小系统的增益 B.增大系统的增益
C.减小输入信号 D.使用开环系统
19.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
20.二阶振荡环节G(s)=的幅频特性（ ）
A.ζ越大，谐振峰越高 B.ζ越小，谐振峰越高
C.ωn越小，谐振峰越高 D.ωn越大，谐振峰越高
二、填空题(每空0.5分，共10分)
21.闭环系统是指系统的________对系统有控制作用，或者说，系统中存在________的回路。
22.设计控制系统基于以下几个要求：________性、________性、________性和________性。
23.传递函数通过________与________之间信息的传递关系，来描述系统本身的动态特征。
24.系统在外加激励作用下，其________随________变化的函数关系称为系统的时间响应。
25.频率响应是系统对________输入的________。
26.若系统传递函数G(S)的所有________均在S平面的________，则系统称为最小相位系统。
27.一个系统稳定的必要和充分条件是，其特征方程的所有的根都必须为________或________。也即稳定系统的全部根Si均应在复平面的________。
28.PID校正器是能够实现P________，I 和D________控制作用的校正器。
三、简答题(每小题5分，共20分)
29.(5分)什么是反馈(包括正反馈和负反馈)?什么是闭环控制系统?
30.(5分)单位反馈系统的前向通道传递函数为Gk(s)=，a、b、c为大于0的常数。
(1)试写出静态误差系数Kp、Kv和Ka。
(2)当系统输入为单位斜坡函数时，系统有无稳态误差，若有为何值?
31.(5分)简述系统相对稳定性的概念?何为相位裕量?(画图说明)
32.(5分)串联相位超前校正时瞬态响应作了何种改善?简述原理。
四、计算题(共40分)
33.(6分)某系统方框图如下，求使系统稳定的f值范围。
34.(6分)写出图示系统的传递函数，并写出系统的ωn和ζ。
35.(6分)化简下列方框图，并写出传递函数。
36.(6分)某系统如图
试求该系统的峰值时间、最大超调量(单位阶跃输入)
37.(8分)设单位反馈系统的开环传递函数G(s)=
试求闭环的Mr,ωr 和ωd
38.(8分)已知系统开环传递函数为G(s)=
(1)试画出传递函数对应的渐近线幅频特性曲线；
(2)试画出相应的近似相频特性曲线；
(3)系统是否稳定，为什么?
全国2001年10月机械工程控制基础试题
课程代码：02240
第一部分 选择题
一、 单项选择题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
1. 开环系统与闭环系统最本质的区别是（ A ）
A.开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用
B.开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用
C.开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路
D.开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路
2. 若，则（ B ）
A. B.
C. D.
3. 已知其（ C ）
A. B.
C. D.
4. 下列函数既可用初值定理求其初始值又可用终值定理求其终值的为（ D ）
A. B.
C. D.
5. 若，则（ B ）
A. B.
C. D.
6. 线性系统与非线性系统的根本区别在于（ C ）
A.线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数
B.线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入
C.线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理
D.线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少
7. 系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数为（ B ）
A.
B.
C.
D.
8. 二阶系统的极点分别为，系统增益为5，则其传递函数为（ D ）
A. B.
C. D.
9. 某系统的传递函数为，则该系统的单位脉冲响应函数为（ A ）
A. B.
C. D.
10. 二阶欠阻尼系统的上升时间定义为（ C ）
A.单位阶跃响应达到稳态值所需的时间
B.单位阶跃响应从稳态值的10%上升到90%所需的时间
C.单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值时所需的时间
D.单位阶跃响应达到其稳态值的50%所需的时间
11. 系统类型、开环增益对系统稳态误差的影响为（ A ）
A.系统型次越高，开环增益K越大，系统稳态误差越小
B.系统型次越低，开环增益K越大，系统稳态误差越小
C.系统型次越高，开环增益K越小，系统稳态误差越小
D.系统型次越低，开环增益K越小，系统稳态误差越小
12. 一系统的传递函数为，则该系统时间响应的快速性（ C ）
A.与K有关 B.与K和T有关
C.与T有关 D.与输入信号大小有关
13. 一闭环系统的开环传递函数为，则该系统为（ C ）
A.0型系统，开环增益为8 B.I型系统，开环增益为8
C.I型系统，开环增益为4 D.0型系统，开环增益为4
14. 瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的（ B ）
A.单位脉冲函数 B.单位阶跃函数
C.单位正弦函数 D.单位斜坡函数
15.二阶系统的传递函数为 ，当K增大时，其（ C ）
A.无阻尼自然频率增大，阻尼比增大
B.无阻尼自然频率增大，阻尼比减小
C.无阻尼自然频率减小，阻尼比减小
D.无阻尼自然频率减小，阻尼比增大
16. 所谓最小相位系统是指（ B ）
A.系统传递函数的极点均在S平面左半平面
B.系统开环传递函数的所有零点和极点均在S平面左半平面
C.系统闭环传递函数的所有零点和极点均在S平面右半平面
D.系统开环传递函数的所有零点和极点均在S平面右半平面
17. 一系统的传递函数为，则其截止频率为（ A ）
A. 2 B.0.5
C.5 D.10
18. 一系统的传递函数为，则其相位角可表达为（ B ）
A. B.
C. D.
19. 一系统的传递函数为，当输入时，则其稳态输出的幅值为（ A ）
A. B.
C.2 D.4
20. 延时环节，其相频特性和幅频特性的变化规律是（ D ）
A. dB
B. dB
C. dB
D. dB
21. 一单位反馈系统的开环传递函数为，当K增大时，对系统性能能的影响是（ A ）
A.稳定性降低 B.频宽降低
C.阶跃输入误差增大 D.阶跃输入误差减小
22. 一单位反馈系统的开环Bode图已知，其幅频特性在低频段是一条斜率为的渐近直线，且延长线与0dB线的交点频率为，则当输入为时，其稳态误差为（ A ）
A.0.1 B.0.2
C.0 D.0.5
23. 利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，中的Z表示意义为（ D ）
A.开环传递函数零点在S左半平面的个数
B.开环传递函数零点在S右半平面的个数
C.闭环传递函数零点在S右半平面的个数
D.闭环特征方程的根在S右半平面的个数
24. 关于劳斯—胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据，以下叙述中正确的是（ B ）
A.劳斯—胡尔维茨判据属代数判据，是用来判断开环系统稳定性的
B.乃奎斯特判据属几何判据，是用来判断闭环系统稳定性的
C.乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的
D.以上叙述均不正确
25.以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是（ D ）
A.截止频率 B.谐振频率与谐振峰值
C.频带宽度 D.相位裕量与幅值裕量kg
26. 一单位反馈系统的开环传递函数为，则该系统稳定的K值范围为（ A ）
A.K＞0 B.K＞1
C.0＜K＜10 D. K＞－1
27. 对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系，以下叙述中不正确的有（ A ）
A.开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性
B.中频段表征了闭环系统的动态特性
C.高频段表征了闭环系统的抗干扰能力
D.低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求
28. 以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为（ D ）
A.上升时间 B.调整时间
C.幅值穿越频率 D.相位穿越频率
29. 当系统采用串联校正时，校正环节为，则该校正环节对系统性能的影响是（ D ）
A.增大开环幅值穿越频率
B.增大稳态误差
C.减小稳态误差
D.稳态误差不变，响应速度降低
30. 串联校正环节，关于A与B之间关系的正确描述为（ A ）
A.若Gc(s)为超前校正环节，则A＞B＞0
B.若Gc(s)为滞后校正环节，则A＞B＞0
C.若Gc(s)为超前—滞后校正环节，则A≠B
D.若Gc(s)为PID校正环节，则A=0，B＞0
第二部分 非选择题
二、填空题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）
31.传递函数的定义是对于线性定常系统,在 初始条件为零 的条件下，系统输出量的拉氏变换与 输入量的拉氏变换 之比。
32.瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态 状态到最终状态
状态的响应过程。
33.判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为 负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面 是系统稳定的充要条件。
34.0 34.I型系统在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态误差为 。
35.频率响应是系统对 正弦输入的稳态响应，频率特性包括幅频和相频 两种特性。
三、简答题（共16分）
36.二阶系统的传递函数为，试在左图中标出系统的特征根在S平面上的位置，在右图中标出单位阶跃曲线。
解：
37.时域动态性能指标有哪些？它们反映系统哪些方面的性能？
解：td 延迟时间
tr 上升时间
tp 峰值时间
Mp 超调量
ts 调节时间
td、tr、tp、ts反映系统的快速性
Mp反映系统的相对稳定性。
38.简述相位裕量的定义、计算公式，并在极坐标上表示出来。
解：定义：是开环频率特性幅值为1时对负实轴的相位差值。即从原点到奈氏图与单位圆交点的连线与负实轴的夹角。
计算公式：
在极坐标下表示为
39.简述串联相位超前校正的特点。
解：.相位超前校正特点：
① 增加相位余量，提高稳定性
② 增加幅值穿越频率，提高快速性
③ 增加高频增益（或高通滤波器），抗干扰能力下降。
四、计算题（本大题共6小题，共44分）
40.（7分）机械系统如图所示，其中，外力f(t)为系统的输入，位移x(t)为系统的输出，m为小车质量，k为弹簧的弹性系数，B为阻尼器的阻尼系数，试求系统的传递函数（忽略小车与地面的摩擦）。
解：系统的微分方程为
拉氏变换得：（零初始条件）
41.（7分）已知系统结构如图，试求传递函数及
解：.
42.（7分）系统如图所示，为单位阶跃函数，试求：
1. 系统的阻尼比和无阻尼自然频率
1．
2. 动态性能指标：超调量Mp和调节时间
2．
43.（8分）如图所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下时，K的数值。
.
由劳斯判据：
第一列系数大于零，则系统稳定得
又有：≤2.25
可得：K≥4
4≤K＜54
44.（7分）已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图所示。
1. 写出开环传递函数G(s)的表达式；
1．
2. 概略绘制系统的乃奈斯特图。
45.（8分）已知单位反馈系统的闭环传递函数，试求系统的相位裕量和幅值裕量kg
解：系统的开环传递函数为
，解得
又
2005年10月全国自考机械工程控制基础试卷

2005年10月自考机械工程控制基础答案
浙江省2002年1月机械工程控制基础试题
课程代码：02240
一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共30分)
1.当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为( B )
A.最优控制 B.系统辩识
C.系统校正 D.自适应控制
2.反馈控制系统是指系统中有( A )
A.反馈回路 B.惯性环节
C.积分环节 D.PID调节器
3.( A )=,(a为常数)。
A. L［e－at］ B. L［eat］
C. L［e－(t－a)］ D. L［e－(t+a)］
4.L［t2e2t］=( B )
A. B.
C. D.
5.若F(s)=，则=( B )
A. 4 B. 2
C. 0 D. ∞
6.已知f(t)=eat,(a为实数)，则L［］=( C )
A. B.
C. D.
7.f(t)= ，则L［f(t)］=( C )
A. B.
C. D.
8.某系统的微分方程为,它是( C )
A.线性系统 B.线性定常系统
C.非线性系统 D.非线性时变系统
9.某环节的传递函数为G(s)=e－2s，它是( B )
A.比例环节 B.延时环节
C.惯性环节 D.微分环节
10.图示系统的传递函数为( B )
A.
B.
C. RCs+1
D.
11.二阶系统的传递函数为G(s)=,其无阻尼固有频率ωn是( B )
A. 10 B. 5 C. 2.5 D. 25
12.一阶系统的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为( C )
A. B. KT C. D.
13.某系统的传递函数G(s)=,则其单位阶跃响应函数为( C )
A. B. C. K(1－e－t/T) D. (1－e－Kt/T)
14.图示系统称为( B )型系统。
A. 0
B. Ⅰ
C. Ⅱ
D. Ⅲ
15.延时环节G(s)=e－τs的相频特性∠G(jω)等于( B )
A. τω B. –τω
C.９０° D.１８０°
16.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( D )
A. 1+Ts B.
C. D. (1+Ts)2
17.图示对应的环节为( C )
A. Ts
B.
C. 1+Ts
D.
18.设系统的特征方程为D(s)=s3+14s2+40s+40τ=0，则此系统稳定的τ值范围为( B )
A. τ>0 B. 0<τ<14 C. τ>14 D. τ<0
19.典型二阶振荡环节的峰值时间与( D )有关。
A.增益 B.误差带
C.增益和阻尼比 D.阻尼比和无阻尼固有频率
20.若系统的Bode图在ω=5处出现
转折(如图所示)，这说明系统中有
( D )环节。
A. 5s+1 B. (5s+1)2
C. 0.2s+1 D.
21.某系统的传递函数为G(s)=,其零、极点是( D )
A.零点s=－0.25,s=3;极点s=－7,s=2 B.零点s=7,s=－2;极点s=0.25,s=3
C.零点s=－7,s=2;极点s=－1,s=3 D.零点s=－7,s=2;极点s=－0.25,s=3
22.一系统的开环传递函数为,则系统的开环增益和型次依次为( A )
A. 0.4，Ⅰ B. 0.4，Ⅱ C. 3，Ⅰ D. 3，Ⅱ
23.已知系统的传递函数G(s)=，其幅频特性｜G(jω)｜应为( D )
A. B.
C. D.
24.二阶系统的阻尼比ζ，等于( C )
A.系统的粘性阻尼系数
B.临界阻尼系数与系统粘性阻尼系数之比
C.系统粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比
D.系统粘性阻尼系数的倒数
25.设ωc为幅值穿越(交界)频率，φ(ωc)为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为( C )
A. 180°－φ(ωc) B. φ(ωc)
C. 180°+φ(ωc) D. 90°+φ(ωc)
26.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=，则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为( A )
A. B. C. D. 0
27.二阶系统的传递函数为G(s)=,在0＜ζ＜时，其无阻尼固有频率ωn与谐振频率ωr的关系为( C )
A. ωn<ωr B. ωn=ωr C. ωn>ωr D. 两者无关
28.串联相位滞后校正通常用于( B )
A.提高系统的快速性 B.提高系统的稳态精度
C.减少系统的阻尼 D.减少系统的固有频率
29.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率ωc=4处提供最大相位超前角的是( D )
A. B. C. D.
30.从某系统的Bode图上，已知其剪切频率ωc≈40，则下列串联校正装置的传递函数中能在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下，通过适当调整增益使稳态误差减至最小的是( B )
A. B. C. D.
二、填空题(每小题2分，共10分)
1.系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、_______和_______有关。
2.一个单位反馈系统的前向传递函数为，则该闭环系统的特征方程为_______开环增益为_______。
3.二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间ts与阻尼比、_______和_______有关。
4.极坐标图(Nyquist图)与对数坐标图(Bode图)之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的_______；极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的_______。
5.系统传递函数只与_______有关，与______无关。
三、简答题(共16分)
1.(4分)已知系统的传递函数为，求系统的脉冲响应表达式。
2.(4分)已知单位反馈系统的开环传递函数为，试问该系统为几型系统?系统的单位阶跃响应稳态值为多少?
3.(4分)已知二阶欠阻尼系统的单位阶跃响应如下，如果将阻尼比ζ增大(但不超过1)，请用文字和图形定性说明其单位阶跃响应的变化。
4.(4分)已知各系统的零点(o)、极点(x)分布分别如图所示，请问各个系统是否有非主导极点，若有请在图上标出。
四、计算题(本大题共6小题，共44分)
1.(7分)用极坐标表示系统的频率特性(要求在ω→∞、ω=0、ω=ωn等点准确表示，其余定性画出)。
2.(7分)求如下系统R(s)对C(s)的传递函数，并在图上标出反馈通道、顺馈通道。
3.(6分)已知系统的调节器为
问是否可以称其为PID调节器，请说明理由。
4.(8分)求如图所示机械网络的传递函数，其中X为输入位移，Y为输出位移。
5.(10分)已知单位反馈闭环系统的开环传递函数为，请绘出频率特性对数坐标图(Bode图)，并据图评价系统的稳定性、动态性能和静态性能(要说明理由)。
6.(6分)请写出超前校正装置的传递函数，如果将它用于串联校正，可以改善系统什么性能?
浙江省2002年1月机械工程控制基础试题参考答案
课程代码：02240
一、单项选择题(每小题1分，共30分)
1.B 2.A 3.A 4.B 5.B
6.C 7.C 8.C 9.B 10.B
11.B 12.C 13.C 14.B 15.B
16.D 17.C 18.B 19.D 20.D
21.D 22.A 23.D 24.C 25.C
26.A 27.C 28.B 29.D 30.B
二、填空题(每小题2分，共10分)
1.型次 输入信号
2.s3+5s2+4s+K=0，
3.误差带 无阻尼固有频率
4.0分贝线 －180°线
5.本身参数和结构 输入
三、简答题(共16分)
1.
g(t)=e－t－e－3t,t≥0
2.Ⅰ型；稳态值等于1
3.上升时间 变大；超调量减少；
调节时间减小(大体上)；
4.
无非主导极点； 非主导极点； 非主导极点
四、计算题(共44分)
1.ω→∞点
ω=0点
ωn=0.5点

曲线大体对

2.
3.(6分)
G0(s)=(T3+T4)+T3T4s+1/s
G0(s)由比例部分(T3+T4)、微分部分T3T4s及积分部分1/s相加而成
4.(8分)
B=0
G(s)=，T=B/k
5.
开环传递函数在复半平面无极点，据图相位裕度为正，幅值裕度分贝数为正，根据乃奎斯特判据，系统稳定。系统为Ⅰ型，具有良好的静态性能。相位裕度约为60度，具有良好的动态性能。
6.G0(s)=
可增加相位裕度，调整频带宽度。