3机械控制工程基础复习题及参考答案

一、单项选择题：1.某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为DA.发散振荡B.单调衰减C.衰减振荡D.等幅振荡2．一阶系统G(s)=1+TsK的时间常数T越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间BA．越长B．越短C．不变D．不定3.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？CA.输入信号B.初始条件C.系统的结构参数D.输入信号和初始条件4．惯性环节的相频特性)(，当时，其相位移)(为CA．-270°B．-180°C．-90°D．0°5．设积分环节的传递函数为G(s)=s1，则其频率特性幅值M()=CA.KB.2KC.1D.216.有一线性系统，其输入分别为u1(t)和u2(t)时，输出分别为y1(t)和y2(t)。当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数)，输出应为BA.a1y1(t)+y2(t)B.a1y1(t)+a2y2(t)C.a1y1(t)-a2y2(t)D.y1(t)+a2y2(t)7．拉氏变换将时间函数变换成DA．正弦函数B．单位阶跃函数C．单位脉冲函数D．复变函数8．二阶系统当01时，如果减小，则输出响应的最大超调量%将AA.增加B.减小C.不变D.不定9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下DA．系统输出信号与输入信号之比B．系统输入信号与输出信号之比C．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比10．余弦函数cost的拉氏变换是CA.s1B.22sC.22ssD.22s111.微分环节的频率特性相位移θ(ω)=AA.90°B.-90°C.0°D.-180°12.II型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为AA.-40(dB/dec)B.-20(dB/dec)C.0(dB/dec)D.+20(dB/dec)13．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的BA．代数方程B．特征方程C．差分方程D．状态方程14.主导极点的特点是DA.距离实轴很远B.距离实轴很近C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近15．采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其等效传递函数为CA．)s(G1)s(GB．)s(H)s(G11C．)s(H)s(G1)s(GD．)s(H)s(G1)s(G二、填空题：1．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__相频特性__。2．积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为__-20__dB／dec。3．对于一个自动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。。4．单位阶跃函数1（t）的拉氏变换为0s1。5．二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为10。6．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。7．系统输出量的实际值与_输出量的希望值__之间的偏差称为误差。8．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差ess=_____。9．设系统的频率特性为)(jI)j(R)j(G，则)(I称为虚频特性。10.用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是_正弦函数_。11.线性控制系统最重要的特性是可以应用___叠加__原理，而非线性控制系统则不能。12.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和__反馈_连接。13.分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I型系统、II型系统…，这是按开环传递函数的__积分__环节数来分类的。14.用频率法研究控制系统时，采用的图示法分为极坐标图示法和__对数坐标_图示法。15.决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和_无阻尼自然振荡频率wn。三、设单位负反馈系统的开环传递函数为)6(25)(sssGk求（1）系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn；（2）系统的峰值时间tp、超调量σ％、调整时间tS(△=；解：系统闭环传递函数2562525)6(25)6(251)6(25)(2sssssssssGB与标准形式对比，可知62nw，252nw故5nw，6.0又46.015122ndww785.04dpwt13%5.9%100%100%226.016.01nswtee四、设单位反馈系统的开环传递函数为（1）求系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn；（2）求系统的上升时间tp、超调量σ％、调整时间tS(△=；。解：系统闭环传递函数1641616)4(16)4(161)4(16)(2sssssssssGB与标准形式对比，可知42nw，162nw故4nw，5.0又464.35.014122ndww故91.0464.3dpwt24%3.16%100%100%225.015.01nswtee五、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率ωn，阻尼比ζ，超调量σ％，峰值时间pt，调整时间st(△=。解：对于上图所示系统，首先应求出其传递函数，化成标准形式，然后可用公式求出各项特征量及瞬态响应指标。04.008.02245010002.045010014501002sssssssssXsXio与标准形式对比，可知08.02nw，04.02nwststeesradnsnpn1002.02.04403.162.012.01%7.52%2.0/2.0222.012.0122六、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：)22)(2()1(20)(2ssssssGK求：(1)试确定系统的型次v和开环增益K；（2）试求输入为ttr21)(时，系统的稳态误差。解：（1）将传递函数化成标准形式)15.0)(15.0()1(5)22)(2()1(20)(22sssssssssssGK可见，v＝1，这是一个I型系统开环增益K＝5；（2）讨论输入信号，ttr21)(，即A＝1，B＝2根据表3—4，误差4.04.0052111VpssKBKAe七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：)2(100)(sssGK求：(1)试确定系统的型次v和开环增益K；（2）试求输入为2231)(tttr时，系统的稳态误差。解：（1）将传递函数化成标准形式)15.0(50)2(100)(sssssGK可见，v＝1，这是一个I型系统开环增益K＝50；（2）讨论输入信号，2231)(tttr，即A＝1，B＝3，C=2根据表3—4，误差06.0002503111KaCKBKAeVpss八、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下：)11.0)(12.0(20)(sssGK求：(1)试确定系统的型次v和开环增益K；（2）试求输入为2252)(tttr时，系统的稳态误差。解：（1）该传递函数已经为标准形式可见，v＝0，这是一个0型系统开环增益K＝20；（2）讨论输入信号，2252)(tttr，即A＝2，B＝5，C=2根据表3—4，误差212020520121KaCKBKAeVpss九、设系统特征方程为05432234ssss试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1，a3=2，a2=3，a1=4，a0=5均大于零，且有5310042005310042402102413220124145224323060)12(5534所以，此系统是不稳定的。十、设系统特征方程为0310126234ssss试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1，a3=6，a2=12，a1=10，a0=3均大于零，且有3121001060031210010640610621011262051210110366101263015365123334所以，此系统是稳定的。十一、设系统特征方程为0164223sss试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。解：（1）用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a3=2,a2=4,a1=6,a0=1均大于零，且有140062014306121044164022126404321所以，此系统是稳定的。十二、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。105.0101)(sssG解：该系统开环增益K＝101；有一个微分环节，即v＝－1；低频渐近线通过（1，20lg101）这点，即通过（1，－10）这点，斜率为20dB/dec；有一个惯性环节，对应转折频率为2005.011w，斜率增加－20dB/dec。系统对数幅频特性曲线如下所示。十三、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。)101.0)(11.0(100)(ssssG解：该系统开环增益K＝100；有一个积分环节，即v＝1；低频渐近线通过（1，20lg100）这点，即通过（1，40）这点斜率为－20dB/dec；有两个惯性环节，对应转折频率为101.011w，10001.012w，斜率分别增加－20dB/dec系统对数幅频特性曲线如下所示。十四、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。11.015.0102ssssG解：该系统开环增益K＝10；有两个积分环节，即v＝2，低频渐近线通过（1，20lg10）这点，即通过（1，20）这点斜率为-40dB/dec；-10120L()/dB­20dB/dec­40dB/dec10100­60dB/dec(rad/s)0140有一个一阶微分环节，对应转折频率为25.011w，斜率增加20dB/dec。有一个惯性环节，对应转折频率为101.012w，斜率增加－20dB/dec。系统对数幅频特性曲线如下所示。十五、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解：十六、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解：一一H1G1G2H2R(S)C(S)一一H1/G2G1G2H2R(S)C(S)一H1/G2G1R(S)C(S)G21+G2H2一H1/G2R(S)C(S)G1G21+G2H2R(S)C(S)G1G21+G2H2+G1H1十七、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解：十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。一十G4G1G2H2R(S)C(S)G3一一G1G3R(S)C(S)G2H1一H1G1R(S)C(S)G4+G2G3R(S)C(S)一H1G1(G4+G2G3)R(S)C(S)G1(G4+G2G3)1+G1H1(G4+G2G3)解：参考答案一、单项选择题：1.D6.B11.A二、填空题：1．相频特性2．－20__3．_0_4．s15．106．负数7．输出量的希望值8．9．虚频特性10.正弦函数11.___叠加__12.__反馈_13.__积分__14.__对数坐标_15.无阻尼自然振荡频率wn三、解：系统闭环传递函数2562525)6(25)6(251)6(25)(2sssssssssGB与标准形式对比，可知62nw，252nw一一G1G3H1R(S)C(S)G2H1一H1G3R(S)C(S)G1G21+G2H1R(S)C(S)G1G2G31+G2H1+G1G2H1故5nw，6.0又46.015122ndww785.04d