機械控制工程基礎(chǔ)練習(xí)題考試題及其答案.doc

1、簡答題 1、控制系統(tǒng)的基本要求。1）、簡述閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成。測量元件，給定元件，比較元件，放大元件，執(zhí)行元件，校正元件2）、非最小相位系統(tǒng)有何特點，與最小相位系統(tǒng)的區(qū)別是什么？第二題 在復(fù)平面【s】右半平面沒有極點和零點的傳遞函數(shù)稱為最小相位傳遞函數(shù)，反之，在【s】右半平面有極點和零點的傳遞函數(shù)稱為非最小相位傳遞函數(shù)。具有最小相位傳遞函數(shù)的系統(tǒng)統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)，反之，具有非最小相位傳遞函數(shù)的系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)3）、簡述系統(tǒng)串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)的校正原理。 此滯后校正環(huán)節(jié)是一個低通濾波器，因為當(dāng)頻率高于1/T時，增益全部下降20lgb(db)，而相位減小不多。如果把這段頻率范圍的增益提高到原來的增益直，當(dāng)然低頻段的增益就提高了。4）、簡述系統(tǒng)超前校正網(wǎng)絡(luò)的校正原理在對數(shù)幅頻特性曲線上有20db/dec段存在，故加大了系統(tǒng)的剪切頻率Wc、諧振頻率Wr與截止頻率Wb，其結(jié)果是加大了系統(tǒng)的帶寬，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；又由于相位超前，還可能加大相位裕度，結(jié)果是增加了系統(tǒng)相位穩(wěn)定性。5）、減小或消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的措施主要有哪些？1：增大系統(tǒng)開環(huán)增益或擾動之前系統(tǒng)的前向通道增益2：在系統(tǒng)的前向通道或主反饋通道設(shè)置串聯(lián)積分環(huán)節(jié)3：采用串級控制抑制內(nèi)回路擾動。6）、簡要說明比例積分微分PID控制規(guī)律中P、I和D的作用 (1)比例系數(shù)Kp直接決定控制作用的強弱，加大Kp可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，但Kp過大會使動態(tài)質(zhì)量變壞，引起被控制量震蕩甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定(2)在比例的調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加上積分控制可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，因為只要存在偏差，它的積分所產(chǎn)生的控制量總是用來消除穩(wěn)態(tài)誤差，直到積分的直為零，控制作用才停止(3)微分的控制作用是跟偏差的變化速度有關(guān)。2.已知控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，求： a s-R(s)C(s)E(s)（1） 當(dāng)不存在速度反饋時， 試確定單位階躍輸入動態(tài)響應(yīng)過程的，和。（1）a=0時，所以 ，（2）確定時的速度反饋常數(shù)值， 并確定時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。考慮內(nèi)反饋時，所以3.如圖所示系統(tǒng)，（1）判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（2）求靜態(tài)誤差系數(shù)，；（3）當(dāng)系統(tǒng)輸入為，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；（4）若系統(tǒng)的干擾為，求系統(tǒng)在輸入和干擾共同作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。（1）有勞斯表，可判定第一列均大于0，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。（2）（3）（4） 4. 已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，化簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。5.化簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并求和。6、求下圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 7、求下圖力學(xué)模型的傳遞函數(shù)。為輸入位移，為輸出位移。8、已知單位反饋的最小相位系統(tǒng)，其開環(huán)對數(shù)幅頻特性如下圖所示，試求（1）開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）計算系統(tǒng)的相位裕度，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3）若將其對數(shù)頻率特性曲線向右平移十倍頻程，試討論對系統(tǒng)性能的影響。（華南理工考試題） 解：（1）設(shè)，由圖可知，傳遞函數(shù)為（2） （近似計算）所以，系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）右移十倍頻程，可得，相角裕度不變，截止頻率擴大10倍，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快。9、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：，作出系統(tǒng)的開環(huán)幅頻和相頻特性曲線，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。10、設(shè)電子心率起搏器系統(tǒng)如下圖所示：（南航考試題）其中，模擬心臟的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一純積分器，試求：（1） 若對于最佳響應(yīng)，問起搏器的增益K為多大？（2） 若期望心速為60次/min,并突然接通起搏器，問1s后實際心速為多大？瞬時最大心速為多大？（3） 10、（4） （1）（5） （2），閉環(huán)極點，（6） 脈沖響應(yīng)（7） 階躍響應(yīng) （8） ， 最大心率次。11、系統(tǒng)方框圖如下圖所示。求：（1）輸出對指令信號的傳遞函數(shù)；（2）輸出對擾動信號的傳遞函數(shù)； （3）要消除擾動對系統(tǒng)的影響，應(yīng)如何選取。 、解：（1） （2） （3），可以消除擾動對系統(tǒng)的影響12、根據(jù)系統(tǒng)圖，及所對應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線，確定系統(tǒng)質(zhì)量M、阻尼系數(shù)C和彈簧剛度K的數(shù)值。（武漢科技考試題）12、解：，求得：13、控制系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。（中科院考試題）（1） 確定是閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)KKt的取值范圍；（2） 若要求：系統(tǒng)的最大超調(diào)量為10%，調(diào)整時間為1.5秒（5%的誤差帶），試確定參數(shù)K和Kt的值。 13、解：(1)由結(jié)構(gòu)圖求閉環(huán)傳遞函數(shù)，應(yīng)用勞斯判據(jù)K Kt1 (2)由超調(diào)量求，由調(diào)節(jié)時間求，對比傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)型求得K及Kt。14、（南航考試題）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，定義誤差。試求：（1）若希望（a）圖中，系統(tǒng)所有的特征根位于s平面s=-2的左側(cè)，且阻尼比為0.5，求滿足條件的K、T的取值范圍。 （2）求（a）圖中系統(tǒng)的單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差。 （3）為了使穩(wěn)態(tài)誤差為零，讓斜坡輸入先通過一個比例微分環(huán)節(jié)，如圖（b）中所示，試求出合適的K0值。14、解：（1）由勞斯穩(wěn)定判據(jù)求得。（2）（3）15、設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為。（武漢科技考研題）求（1）寫出系統(tǒng)開環(huán)幅頻、相頻特性表達(dá)式； （2）繪制系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性（漸近線）和相頻特性；（3）確定該系統(tǒng)的相位穿越頻率，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。16、某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，已知在正弦輸入信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為，試確定系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量與調(diào)整時間。（電子科大）、解：由開環(huán)傳遞函數(shù)G（s）得，進(jìn)而求，17、（1）已知一最小相位系統(tǒng)開環(huán)的對數(shù)幅頻特性如下圖所示。試寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)，計算相位裕度和增益裕度。 （2）若系統(tǒng)原有的開環(huán)傳遞函數(shù)為，而校正后的對數(shù)幅頻特性正如下圖，求串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)。（東北大學(xué)）17、解：（1）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)， 增益裕量為（2）校正前開環(huán)傳遞函數(shù)為校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為所以，18、設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：，要求設(shè)計串聯(lián)無源超前校正網(wǎng)絡(luò)Gc(S)，使校正后系統(tǒng)滿足下列指標(biāo)：1) 響應(yīng)時的穩(wěn)態(tài)誤差ess=0.05，；2) 相角裕度；3) 截止頻率c7.5radS-1。 確定K值，求校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)。18、解：由，選取 滿足設(shè)計要求19、下圖中ABC是未加校正環(huán)節(jié)前系統(tǒng)的Bode圖，GHKL是加入某種串聯(lián)環(huán)節(jié)校正后的Bode圖。試求：（1）加入的是哪種校正方式，寫出該校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；（2）證明系統(tǒng)的開環(huán)增益是K=100。19、（1）由于校正后高頻增益下降，因此是相位滯后校正，校正裝置傳遞函數(shù)為：（2）這是一個I型系統(tǒng)，其低頻段對數(shù)幅頻特性，當(dāng)時，所以K=100。20、閉環(huán)離散系統(tǒng)如下圖所示，試求其閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。1、根據(jù)控制系統(tǒng)元件的特性，控制系統(tǒng)可分為（ B ）。A、反饋控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng) B、線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)C、定值控制系統(tǒng)和隨動控制系統(tǒng) D、連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng) 2、開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)最本質(zhì)的區(qū)別是（ A ）。 A、開環(huán)系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)無控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)有控制作用 B、開環(huán)系統(tǒng)的輸入對系統(tǒng)無控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸入對系統(tǒng)有控制作用 C、開環(huán)系統(tǒng)不一定有反饋回路，閉環(huán)系統(tǒng)有反饋回路 D、開環(huán)系統(tǒng)不一定有反饋回路，閉環(huán)系統(tǒng)也不一定有反饋回路3、一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)（ D ）。A、當(dāng)時間常數(shù)T較大時有超調(diào) B、當(dāng)時間常數(shù)T較小時無超調(diào)C、輸入信號幅度大時有超調(diào) D、無超調(diào) 4、某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)函數(shù)為（ B ）。 A、5t B、 C、 D、 5、一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)時間響應(yīng)的快速性（ C ）。 A、與K有關(guān) B、與K和T有關(guān) C、與T有關(guān) D、與輸入信號大小有關(guān) 6、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，當(dāng)K增大時，其（ C ）。 A、固有頻率增大，阻尼比增大 B、固有頻率增大，阻尼比減小 C、固有頻率減小，阻尼比減小 D、固有頻率減小，阻尼比增大 7、二階系統(tǒng)的極點分別為 ，系統(tǒng)增益為5，則其傳遞函數(shù)為（ C ）。 A、 B、 C、 D、 8、單位反饋開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，則其閉環(huán)系統(tǒng)的 分別為（ C ）。 9、非最小相位放大環(huán)節(jié)的頻率特性相位移為（ A ）。 A -180 B0 C90 D-9010、0型系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性的低頻段漸近線斜率為（ D ）A -60（dB/dec） B -40（dB/decC -20（dB/dec） D0（dB/dec）11、閉環(huán)系統(tǒng)跟軌跡的條數(shù)是（ D ） A. n. B. m. C. n-m D.n、m中的大者12、系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為（ A ）A、 B、 C、 D、13、設(shè)一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)時間常數(shù)和放大增益為（ C ）A、2 3 B、 C、 D、14、一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，若系統(tǒng)容許誤差為2% ，則系統(tǒng)的調(diào)整時間為（ B ）A、8 B、2 C、7 D、3.515、已知系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的Nyquist圖如左圖，可判斷系統(tǒng)型別是（ C ）A、0型 B、型 C、型 D無法確定16、傳遞函數(shù)的零點和極點及比例系數(shù)分別是（ D ）A、零點為0.5，極點為-1、-2，比例系數(shù)為1。 B、零點為0.5，極點為-1、-2，比例系數(shù)為2。C、零點為-0.5，極點為-1、-2，比例系數(shù)為1。 D、零點為-0.5，極點為-1、-2，比例系數(shù)為2。17、關(guān)于頻率特性與傳遞函數(shù)的描述，錯誤的是（ D ）A、都是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 B、都與系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)C、與單位脈沖響應(yīng)函數(shù)存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系 D、與系統(tǒng)的微分方程無關(guān)18、跟軌跡漸近線的條數(shù)為（ C ）A、n B、m C、n-m D、n+m 19、下列系統(tǒng)或過程中，不存在反饋的有（ C ） A、抽水馬桶 B、電飯煲 C、并聯(lián)的電燈 D、教學(xué)過程20、以下環(huán)節(jié)中可以作為相位超前環(huán)節(jié)的是（ A ）A、 B、 C、 D、21、已知系統(tǒng)的相位裕度為，則（ C ）A、系統(tǒng)穩(wěn)定 B、系統(tǒng)不穩(wěn)定 C、當(dāng)其幅值裕度大于0分貝時系統(tǒng)穩(wěn)定D、