机械工程控制基础期末试卷+答案1.doc

机械工程控制基础122005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。 0.5，1，43。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n为（ ）ABCD4. 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1C、 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）/5SC 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 BC D8. 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。 当阻尼比大于0小于1时，系统称为系统，当阻尼比=0时,系统称为系统,当阻尼比=1时， 系统称为系统，当阻尼比大于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tp4.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:G1G2 G3H2H1/G3Xi(s)Xo(s)_+H1/G3Xi(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。912.323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:k0,30k00k30