机械工程控制基础试题期末复习

1机械工程控制基础试题一、填空题1.对于一个控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、__快速性__和准确性。2.系统的数学模型静态模型和动态模型。3.当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是__负数__时，系统是稳定的。4.按系统有无反馈，通常可将控制系统分为开环控制系和闭环控制系统。5.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和综合性能指标。6.时域性能指标由瞬态性能指标和稳态性能指标。7.瞬态性能指标代表快速性，稳态性能指标代表准确性。8.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。9.系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的___左___部分。10.、频率特性的图示方法：Bode图和Nyquist图。11.反馈的类型：正反馈和负反馈。12.方框图的环节：给定环节测量环节比较环节放大运算环节执行环节被控对象。13.二阶性能指标trtpMpts(记住其定义)14.误差的分类：系统误差和随机误差。15.频率特性的分类：幅频特性和相频特性。二、选择题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2C.系统校正D.自适应控制2.A）方面的问题A.系统分析B.最优控制C.最优设计D.滤波与预测3.当系统已定、输出已知时，确定输入使得输出尽可能符合给定的最佳要求，属于控制工程的（B）方面的问题。A.系统辨识B.最优控制C.滤波与预测D.系统分析4.当系统已定、输出已知，要识别输入或输入中的有关信息，属于控制工程的（C）方面的问题。A.最优设计B.系统分析C.滤波与预测D.最优控制5.当输入、输出已知时，求出系统的结构参数（建立系统的数学模型），属于控制工程的（C）方面的问题。A.滤波与预测B.系统分析C.系统辨识D.最优控制6.典型二阶振荡环节的峰值时间与(D)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7.某系统的传递函数为G(s)=()()()()ssss72413,其零、极点是(D)A.零点s=－0.25,s=3;极点s=－7,s=2B.零点s=7,s=－2;极点s=0.25,s=3C.零点s=－7,s=2;极点s=－1,s=3D.零点s=－7,s=2;极点s=－0.25,s=38.时域分析的性能指标，哪个指标是反映相对稳定性的（D）A.上升时间B.峰值时间C.调整时间D.最大超调量10.若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn，则可以（B）A.提高上升时间和峰值时间B.减少上升时间和峰值时间C.提高上升时间和调整时间D.减少上升时间和超调量11.若已知某串联校正装置的传递函数为1101)(sssGc，则它是一种（D）A.反馈校正B.相位超前校正C.相位滞后—超前校正D.相位滞后校正12.在对控制系统稳态精度无明确要求时，为提高系统的稳定性，最方便的是（A）3A.减小增益B.超前校正C.滞后校正D.滞后-超前13.二阶欠阻尼系统瞬态响应指标中上升时间的定义为（B）。A.单位阶跃响应达到稳态值所需的时间B.单位阶跃响应从零到到第一次上升到稳态值时所需的时间C.单位阶跃响应达到其稳态值的50%所需的时间D.单位阶跃响应从稳态值的10%上升到90%所需的时间14.下面控制系统的参数中，能直接反应系统阻尼特性的是_____A______。A.最大超调量B.峰值时间C.调整时间D.上升时间15.闭环控制系统是指系统中有_A_____________。A.反馈环节B.惯性环节C.PID调节器D.积分环节三、简答题1.时间响应的组成？答：自由响应和强迫响应和零输入响应和零状态响应及瞬态响应和稳态响应。2判断其稳定性的方法？他们的的内容是什么？答：Bode判据Nyquist判据和Routh判据。Routh判据的内容：1.Routh表的第一列都必须大于零。Bode判据的内容：1.在Bode图上，当w由0到变化时，在开环对数幅频特性为正值的范围内，开环相频特性对-1800线正穿越与负穿越之差为p/2时，闭环系统稳定。Nyquist判据的内容：3.当w由（,）时，若[GH]平面上开环频率特性G(jw)H(jw)逆时针包围（-1，j0）p圈，则系统稳定。对于开环稳定系统有p=0,此时闭环系统稳定的必要条件是，系统的开环频率特性G(jw)H(jw)不包围（-1，j0）.2.实现校正的方式有哪几种？答：串联校正、顺馈校正和反馈校正及PID校正。3.PID校正的作用？答：1.比例系数Kp直接决定控制作用的强弱。2.在比例调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差。3.微分的控制的作用是跟偏差的变化速度有关。4..机械控制工程主要研究并解决的问题是什么？答：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题————即系统分析。当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给4定的最佳要求————系统的最佳控制。当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出符合给定的最佳要求，此即最优设计。当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此——————即系统识别或系统辨识。（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，————此即滤液与预测。5.在系统校正中，常用的性能指标有哪些？答：（1）在系统校正中，常用的性能指标按其类型可分为：(1)时域性能指标，它包括瞬态性能指标（即上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间等）和稳态性能指标（即稳态误差）。（2）频域性能指标，它包括相位裕量、幅值裕量、频宽等。3.简述串联超前校正环节的作用。答：串联超前校正环节的作用是：串联超前校正环节增大了相位裕量，加大了宽带，这就意味着提高了系统的相对稳定性，加快了系统的响应速度，使过度过程得到显著改善。但由于系统的增益和型次都未变化，所以稳态精度变化不大。6.传递函数的典型环节主要有哪几种？7.答：（1）比例环节K；（2）积分环节1/s（3）微分环节s（4）惯性环节1/（Ts+1）（5）一阶微分环节Ts+18.在频率特性的图形表示方法中，常用的方法有哪几种？答：（1）对数坐标图或称伯德图（2）极坐标图或称乃奎斯特图（3）对数幅-相图。9.判断定常系统是否稳定的方法有哪几种？答：劳斯判据；胡尔维茨判据；乃奎斯特稳定性判据；根轨迹法。10.系统的频域性能指标有哪些？11.答：相位裕量、幅值裕量、截止裕量及频宽、谐振频率及谐振峰值。12.判定系统是否稳定？答：相位裕量和幅值裕量大于零，则系统是稳定的，若相位裕量和幅值裕量为零，则系统为临界稳定，其他为系统不稳定。14.实现校正的方式有哪几种？答：串联校正、并联校正和PID校正。15.简述串联相位超前、相位滞后校正的优缺点是什么。答：相位超前校正：优点：加快系统响应速度；提高系统相对稳定性。缺点;问题精度变化不大。相位滞后校正;优点：提高系统稳态精度；提高系统相对稳定性。缺点：降低系统响应速度。5四．计算题1.已知m=1.c=3.k=2Xo(i)=4N求t=4时m的状态。解：由系统的受力之和等于外力，可以得出)()()(tkxkxtxctxmiooo两边拉斯变换得)()()(2skxsxkcsmsio代入数据3,2,1kcm得)2)(1(22232)(SSsSsGSSSiosxsGsX4)2)(1(2)()()(21)(sCsBsAsxissssA1)2)(1(80s=411)2)(1(8ssssB1s=-821)2)(1(8ssssC2s=4tteetX2484)(4)(X62.解：当时0)(sN05151)()(51)(.lim)(1.1441131)().()(1441131)()()(051)(lim)(114411)()()(14411)(11)(144)(00XeesXSXsSSsNsGsXSSsNsXsGsESiteSssXsGsEssGsGssGssoSBooBSiEkEk时）（当SN73．解：KCSmSsfsosGsfsokCSmStftototoxxkxxcxm221)()()()()()()()()()(代入数据得cjwwkjwGkcsssG221)(1)(2222)(1)(wcwkjwG2arctan)(wkcwjwG22sin2)(fwtt又)22sin(txoss2)(jwG21)(jwG8解得K=4,C=1.4.解：_)1)(1(1)1)(1()(2121STSTskSTSTsksGB25.01.0)1)(1()(21＝，Ｔ＝代入Ｔ２１kSTSTsksGB得0404014)(23kssssD列Routh表如下：S3140S21440KS114404014K0So40K0由Routh判据的稳定性判定得，第一列必须全部大于0.14004004014Kkk9（2）表如下：列）（则令thKZZZSRou027401511SD,1Z23S31S21140K-25S11127401511K0So40K-270由Routh判据的稳定性判定得，第一列必须全部大于0.8.4675.002740027401511Kkk5.超前校正＋１）．（＝已知ssksGK50)(要求)2()1(05005.0ress解：1）求K2005.01KKess2）求)(cjwG125.020)(2wwjwGC10)5.01(20055.0123.0117.424.01,1055.0123.0124.011)(055.023.01.6/940lg2.62.6lg10.524.0sin11.43851750.3)175.0arctan231.5220402lg2220lg2011100000sssskkkwjwjTwjjTwjwGsTsTTwsrad(s)G(s)GsGsinCKm）（数为校正后，系统的传递函故倍，使益要加大的幅值衰减，原开环增为了补偿超前校正造成的频率特性为有此得到相位超前校正求求11