完整版机械工程控制期末考试试题和标准答案及评分标准模板.docx
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完整版机械工程控制期末考试试题和标准答案及评分标准模板
《机械工程控制基础》试题(A卷)
(考试时间:
120分钟)
、单项选择题(共10分,每小题2分)
1.控制系统中,下列元件通常属于反馈元件的是
A.电压放大器;B.热电偶;C.液压马达;D•电动机;
A.比例环节;B.惯性环节;C.积分环节;D.—阶微分环节;
3.二阶系统的时域性能指标上升时间tr、峰值时间tp、调整时间ts、最大超调量Mp和振
荡次数N,反应系统稳定性的是。
A.tr、Mp;B.tp、ts;C.tr、N;D.Mp、N;
A.1;B.2;C.3;D.4;
5.PID校正是针对进行比例、积分和微分运算后形成的控制规律。
A.输入信号Xj(t);B.输出信号x0(t);C.误差信号e(t);D.偏差信号(t);
二、填空题(共20分,每空2分)
6.1954年,我国科学家发表了《工程控制论》,奠定了控制工程的理论基础。
7.对于受干扰的闭环系统,如果系统只受输入X't)作用时的输出是x01(t),系统只受干扰
n(t)作用时的输出是x°2(t),则系统同时受Xi(t)和n(t)作用时的输出
X0(t)。
8.如图所示的信号流图,前向通道的传递函数为,反馈通道有条,系统
的传递函数为。
s(2s1)
入时的稳态误差分别为、。
10.某系统未校正前和已校正后的Bode图如图所示,则系统的稳态性能,系统的快
题10图
速性,稳定性(填“提高”“不变”或“减弱”)。
三、计算、分析和作图题(共70分)
11.(10分)求下图所示的电气系统的传递函数。
O•——O
宀
CR
ui(t)UUo(t)
Q«——O
题11图
12.(10分)画出题11电气系统的系统框图和信号流图。
13.(10分)简化框图求传递函数。
14.
15.
16.
H2
Xi(s)
H3
(10分)已知单位反馈系统的开环传递函数是
(1)求该系统的单位阶跃响应。
(2)输入信号为Xi(t)2sin(t45
号和反三角函数的式子表示)
(10分)具有特征方程s42s3
s22s
(10分)已知系统的开环传递函数
G(s)
近线。
17.(10分)
(1)(6分)系统的开环传递函数为
定性。
X°(s)
题13图
4
G(s)KTT),
求系统的稳态响应。
(计算结果用含有根
0的反馈系统判断其稳定性。
20(5s9,试绘出其对数幅频特性图的渐
1)
s2(10s
G(s)
(2)(4分)系统开环右极点数q=2,开环
K
—,判断系统的稳定性。
s
Nyquist图如图所示,判断系统的稳
题17
(2)图
《机械工程控制基础》试题(B卷)
(考试时间:
120分钟)
一、选择题(共10分,每小题2分)(每个小题只有一个合理的答案)
1.控制系统的三个基本要求中主要反映稳态性能的是。
A.稳定性;B.精确性;C.快速性;D.不确定;
2.某系统的传递函数是G(s)(3s20.5),其中没有环节。
s(2s1)(s3s2)
A.比例环节;B.惯性环节;C.积分环节;D.振荡环节;
5
3.已知单位反馈系统的开环传递函数为G(s),则在信号2t作用下的
s(s1)(0.1s1)
稳态误差为。
A.0;B.0.2;C.0.4;D.无穷大;
12
4.某放大器的传递函数G(s),输入正弦信号的1rad/s,幅值为1,则其频
(s1)
率响应的幅值为。
A.1;B.12;C.12、2;D.62;
5.PID校正是针对进行比例、积分和微分运算后形成的控制规律。
A.输入信号Xi(t);B•输出信号x°(t);C.误差信号e(t);D.偏差信号(t);
二、填空题(共20分,每空2分)
6•闭环系统的组成元件中,检测输出信号产生反馈信号的是、操纵控制对象
的元件是。
7.系统的信号流图如图所示,其传递函数为。
题7图
8.二阶系统的阻尼比越大,系统的响应速度越。
9.某系统未校正和已校正的Bode图如图所示,则系统的稳态性能,系统的快速性
稳定性(填“提高”“不变”或“减弱”)。
L()
10.已知某单位反馈系统未校正时的开环传递函数G(s)和校正装置的传递函数Gc(s)的对
数幅频特性图渐近线如图所示,则G(S),Gc(S),校
正后系统的开环传递函数为。
三、计算、分析和作图题(共70分)
11.(10分)求下图所示系统的传递函数。
fi(t)
*
m
J
K:
bdC1xo(t)
题11图
LU0(t)
C
o
12.(10分)绘出下图所示系统的系统框图和信号流图。
0
L
Ui(t)
0
题12图
13.(10分)如图所示,求Gc(s)的表达式满足什么条件时可以消除干扰信号对输出的影
响。
题13图
1
脉冲响应。
(L(teat)2)
(sa)
试用Routh判据判断系统的稳定性。
16.(10分)已知系统的开环传递函数
G(s)10(s0.2),试概略绘出其Bode图(只画s(s0.1)
对数幅频特性图)。
17.(10分)试用Nyqusit判据和Bode判据判断下列曲线所对应系统的稳定性,简要写出判
定缘由,对应的开环传递函数和系统开环特征方程右根数已经给出。
Re
(1)G(s)
K仃,s1)
~2
s(T2s1)
(2)G(s)
K
s(Ts1)
(4)开环特征方程右根数q=2
《机械工程控制基础》(A卷)试题标准答案及评分标准、选择题
评分标准:
(每小题2分,共10分)
1.B2.C3.D4.A5.D
二、填空题
评分标准:
(每空2分,共20分)
1十、
10.不变
5
6•钱学森7.X°!
(t)X°2(t)8.abc5
abc
9.0
1abcdgbfchbce
提高提高
三、计算、分析和作图题
11.(10分)根据基尔霍夫定律,有:
1
UiidtUo;u0iR
C
消去中间变量i(t),整理可得电气系统的微分方程为:
duodUi
CR-u0CR-dtdt
零初始状态下,两边求Laplace变换为:
CRsU。
UoCRsUj
(电气系统用复阻抗的概念计算也正确)
12.(10分)根据基尔霍夫定律,有:
1.
uiidtuo;u0iR
C
零初始状态下,两边求Laplace变换为:
I
UiUo;UoIR
Cs
Ui
Uo(s)
则系统框图为:
(3分,错1点扣1分)
则信号流图为:
(3分,错1点扣1分)
13.(10分)
X°(S)
X7S)
GQ2G
1G1G2H1
G2G3H2G1G2G3H3
14.(10分)系统的闭环传递函数为:
4
G(s)s(s5)
)1G(s)14
s(s5)
4
s25s4
(1)当单位阶跃信号输入时,Xi(t)
1
1(t),Xi(s)-,
s
则系统在单位阶跃信号作用下输出的
Laplace变换为
(简化过程1步2分,正确给
8分,结果正确给
Xo(s)
(s)Xi(s)
1
s(s25s4)
14
s3
1
s1
(1分)
(1分)
(2分,式子1分,结果1分)
一一一1一一一一
1纭
3
14t
X01(t)
L
X°(s)
e
3
(2)
(s)
4
4
1
s25s
4(s
1)(s4)
(s1)(s41)
对上式进行Laplace反变换,得出系统的单位阶跃响应为:
(1分)
(1分)
A
(1)——
1
1
234
2
11;
17
1
l1(4)1
(1分)
⑴
arctan
arctan—
arctan1arctan^
45arctan1
4
4
4
(1分)
系统的稳态响应x0(t)A2sin(t45
4、34
17
sin(t
arctan-)
4
(2分)
(2分)
Routh阵列为:
4s
1
1
1
3s
2
2
0
2s
0
1
0
1s
22
0
0
s
1
0
15.(10分)各项系数大于零,
(6分,第1,2行1分,第3行2分,第4行2分,第5行1分)
由于第一列出现0项,故用一个趋近于0的正数代替,由Routh阵列可以看出,
2
lim20,故系统不稳定。
0
(2分)
16.(10分)该系统的开环传递函数由下列典型环节组成:
比例环节:
1
20;2个积分环节:
';
s
一阶微分环节:
5s+1转折频率0.2rad/s;
(3分,错1个扣1分)
1
惯性环节:
转折频率0.1rad/s;
10s1
该系统的近似对数幅频特性图为:
(7分,斜率、点错1个扣1分)
17.(10分)
(1)该开环传递函数的Nyquist图如图所示,
Imi
i
I
0
j
J
Re
(3分,起点终点各1分,趋势1分)
N=-1,q=0,N丰q/2,故系统不稳定;
(3分,N、q值各1分,结论1分)
(2)N2,N
1,NN12,故系统稳定;(4分,N值各1分,结论1分)
《机械工程控制基础》(B卷)试题标准答案及评分标准
、选择题
评分标准:
(每小题2分,共10分)
1.B2.D3.C4.D5.D
二、填空题
评分标准:
(每空2分,共20分)
6•反馈元件执行元件
7.
abc
1abcdgbfchbce
8.
9.提咼减弱提咼
10.
G(s)
20
s(0.1s1)
Gc(s)
s1
10s1
Gc(s)G(s)
20(s1)
s(10s1)(0.1s1)
三、计算、分析和作图题
11.(10分)
(1)根据牛顿第二定律,有:
d2
(2分)
fi(t)fc(t)加⑴mrx°(t)
dt2
由阻尼器和弹簧的特性,可写出:
d
(2分,1个式子1分)
fc(t)c—X0(t);fK(t)Kx0(t)
dt
由以上3个式子可得机械系统的微分方程为:
m—2
dt2
x°(t)
-J
Cdtx0(t)Kx0(t)fi(t)
(2分)
(2分)
零初始状态下,两边求Laplace变换为:
2
msX°(s)CsX°(s)KX°(s)Fi(s)
故机械系统的传递函数为:
X°(s)
2
Fi(s)msCs
12.(10分)根据基尔霍夫定律,有:
Ui
Ui
dt
Uo;U0
idt
零初始状态下,两边求
LsIIRUo;Uo
则系统框图为:
Laplace变换为:
Cs
Ui(弘
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