机械控制工程基础练习题考试题及其答案.docx
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机械控制工程基础练习题考试题及其答案
1、简答题
1、控制系统的基本要求。
1)、简述闭环控制系统的组成。
测量元件,给定元件,比较元件,放大元件,执行元件,校正元件
2)、非最小相位系统有何特点,与最小相位系统的区别是什么?
第二题在复平面【s】右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数,反之,在【s】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数。
具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统,反之,具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统
3)、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。
此滞后校正环节是一个低通滤波器,因为当频率高于1/T时,增益全部下降20lgb(db),而相位减小不多。
如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直,当然低频段的增益就提高了。
4)、简述系统超前校正网络的校正原理
在对数幅频特性曲线上有20db/dec段存在,故加大了系统的剪切频率Wc、谐振频率Wr与截止频率Wb,其结果是加大了系统的带宽,加快了系统的响应速度;又由于相位超前,还可能加大相位裕度,结果是增加了系统相位稳定性。
5)、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些?
1:
增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益
2:
在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节
3:
采用串级控制抑制内回路扰动。
6)、简要说明比例积分微分PID控制规律中P、I和D的作用
(1)比例系数Kp直接决定控制作用的强弱,加大Kp可以减小系统的稳定误差,提高系统的动态响应速度,但Kp过大会使动态质量变坏,引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定
(2)在比例的调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差,因为只要存在偏差,它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差,直到积分的直为零,控制作用才停止
(3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。
2.已知控制系统的结构图如下图所示,求:
(1)当不存在速度反馈时,试确定单位阶跃输入动态响应过程的,和。
(1)a=0时,,,所以
,,
(2)确定时的速度反馈常数值,并确定时系统的稳态误差。
考虑内反馈时,
,所以
3.如图所示系统,,
(1)判断系统的稳定性;
(2)求静态误差系数,,;
(3)当系统输入为,求系统的稳态误差;
(4)若系统的干扰为,求系统在输入和干扰共同作用下的稳态误差。
(1)
有劳斯表,可判定第一列均大于0,所以系统稳定。
(2)
(3)
(4)
4.已知系统结构图如下图所示,化简系统结构图,求出系统的传递函数C(s)/R(s)。
5.化简系统结构框图,并求和。
6、求下图所示系统的传递函数。
7、求下图力学模型的传递函数。
为输入位移,为输出位移。
8、已知单位反馈的最小相位系统,其开环对数幅频特性如下图所示,试求
(1)开环传递函数;
(2)计算系统的相位裕度,并判断系统的稳定性;
(3)若将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程,试讨论对系统性能的影响。
(华南理工考试题)
解:
(1)设,由图可知,
传递函数为
(2)(近似计算)
所以,系统稳定。
(3)右移十倍频程,可得,
相角裕度不变,截止频率扩大10倍,系统响应速度加快。
9、设系统开环传递函数为:
,作出系统的开环幅频和相频特性曲线,并判断系统的稳定性。
10、设电子心率起搏器系统如下图所示:
(南航考试题)
其中,模拟心脏的传递函数相当于一纯积分器,试求:
(1)若对于最佳响应,问起搏器的增益K为多大?
(2)若期望心速为60次/min,并突然接通起搏器,问1s后实际心速为多大?
瞬时最大心速为多大?
(3)10、
(4)
(1)
(5)
(2),闭环极点,
(6)脉冲响应
(7)阶跃响应
(8),
最大心率次。
11、系统方框图如下图所示。
求:
(1)输出对指令信号的传递函数;
(2)输出对扰动信号的传递函数;
(3)要消除扰动对系统的影响,应如何选取。
、解:
(1)
(2)
(3),可以消除扰动对系统的影响
12、根据系统图,及所对应的阶跃响应曲线,确定系统质量M、阻尼系数C和弹簧刚度K的数值。
(武汉科技考试题)
12、解:
,
,
,求得:
13、控制系统方块图如下图所示。
(中科院考试题)
(1)确定是闭环系统稳定的参数KKt的取值范围;
(2)若要求:
系统的最大超调量为10%,调整时间为1.5秒(5%的误差带),试确定参数K和Kt的值。
13、解:
(1)由结构图求闭环传递函数,应用劳斯判据KKt>1
(2)由超调量求,由调节时间求,对比传递函数标准型求得K及Kt。
14、(南航考试题)系统结构如图所示,,
定义误差。
试求:
(1)若希望(a)图中,系统所有的特征根位于s平面s=-2的左侧,且阻尼比为0.5,求满足条件的K、T的取值范围。
(2)求(a)图中系统的单位斜坡输入下的稳态误差。
(3)为了使稳态误差为零,让斜坡输入先通过一个比例微分环节,如图(b)中所示,试求出合适的K0值。
14、解:
(1)由劳斯稳定判据求得。
(2)
(3)
15、设单位负反馈系统开环传递函数为。
(武汉科技考研题)
求
(1)写出系统开环幅频、相频特性表达式;
(2)绘制系统开环对数幅频特性(渐近线)和相频特性;
(3)确定该系统的相位穿越频率,并判断系统的稳定性。
16、某单位负反馈系统的开环传递函数为,已知在正弦输入信号作用下,系统的稳态输出为,试确定系统单位阶跃响应的超调量与调整时间。
(电子科大)
、解:
由开环传递函数G(s)得
,,
,
进而求,
17、
(1)已知一最小相位系统开环的对数幅频特性如下图所示。
试写出系统开环传递函数G(s),计算相位裕度和增益裕度。
(2)若系统原有的开环传递函数为,而校正后的对数幅频特性正如下图,求串联校正装置的传递函数。
(东北大学)
17、解:
(1)系统开环传递函数
,
,增益裕量为
(2)校正前开环传递函数为
校正后的开环传递函数为
所以,
18、设单位负反馈系统的开环传递函数为:
,要求
设计串联无源超前校正网络Gc(S),使校正后系统满足下列指标:
1)响应时的稳态误差ess=0.05,;2)相角裕度;3)截止频率ωc≥7.5radS-1。
确定K值,求校正网络传递函数。
18、解:
由
,
选取
满足设计要求
19、下图中ABC是未加校正环节前系统的Bode图,GHKL是加入某种串联环节校正后的Bode图。
试求:
(1)加入的是哪种校正方式,写出该校正环节的传递函数;
(2)证明系统的开环增益是K=100。
19、
(1)由于校正后高频增益下降,因此是相位滞后校正,校正装置传递函数为:
(2)这是一个I型系统,其低频段对数幅频特性,当时,
,所以K=100。
20、闭环离散系统如下图所示,试求其闭环脉冲传递函数。
1、根据控制系统元件的特性,控制系统可分为(B)。
A、反馈控制系统和前馈控制系统B、线性控制系统和非线性控制系统
C、定值控制系统和随动控制系统D、连续控制系统和离散控制系统
2、开环系统与闭环系统最本质的区别是(A)。
A、开环系统的输出对系统无控制作用,闭环系统的输出对系统有控制作用
B、开环系统的输入对系统无控制作用,闭环系统的输入对系统有控制作用
C、开环系统不一定有反馈回路,闭环系统有反馈回路
D、开环系统不一定有反馈回路,闭环系统也不一定有反馈回路
3、一阶系统的阶跃响应(D)。
A、当时间常数T较大时有超调B、当时间常数T较小时无超调
C、输入信号幅度大时有超调D、无超调
4、某系统的传递函数为,则该系统的单位脉冲响应函数为(B)。
A、5tB、C、D、
5、一系统的传递函数为,则该系统时间响应的快速性(C)。
A、与K有关B、与K和T有关C、与T有关D、与输入信号大小有关
6、二阶系统的传递函数,当K增大时,其(C)。
A、固有频率增大,阻尼比增大B、固有频率增大,阻尼比减小
C、固有频率减小,阻尼比减小D、固有频率减小,阻尼比增大
7、二阶系统的极点分别为,系统增益为5,则其传递函数为(C)。
A、B、
C、D、
8、单位反馈开环传递函数为,则其闭环系统的分别为(C)。
9、非最小相位放大环节的频率特性相位移为(A)。
A.-180°B.0°C.90°D.-90°
10、0型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为(D)
A.-60(dB/dec)B.-40(dB/dec
C.-20(dB/dec)D.0(dB/dec)
11、闭环系统跟轨迹的条数是(D)
A.n.B.m.C.n-mD.n、m中的大者
12、系统的单位脉冲响应为,则系统的传递函数为(A)
A、B、C、D、
13、设一阶系统的传递函数为,则该系统时间常数和放大增益为(C)
A、23B、C、D、
14、一阶系统的传递函数为,若系统容许误差为2%,则系统的调整时间为(B)
A、8B、2C、7D、3.5
15、已知系统开环频率特性的Nyquist图如左图,可判断系统型别是(C)
A、0型
B、Ⅰ型
C、Ⅱ型
D无法确定
16、传递函数的零点和极点及比例系数分别是(D)
A、零点为0.5,极点为-1、-2,比例系数为1。
B、零点为0.5,极点为-1、-2,比例系数为2。
C、零点为-0.5,极点为-1、-2,比例系数为1。
D、零点为-0.5,极点为-1、-2,比例系数为2。
17、关于频率特性与传递函数的描述,错误的是(D)
A、都是系统的数学模型B、都与系统的初始状态无关
C、与单位脉冲响应函数存在一定的数学关系D、与系统的微分方程无关
18、跟轨迹渐近线的条数为(C)
A、nB、mC、n-mD、n+m
19、下列系统或过程中,不存在反馈的有(C)
A、抽水马桶B、电饭煲C、并联的电灯D、教学过程
20、以下环节中可以作为相位超前环节的是(A)
A、B、
C、D、
21、已知系统的相位裕度为,则(C)
A、系统稳定B、系统不稳定
C、当其幅值裕度大于0分贝时系统稳定
D、当其幅值裕度小于或等于0分贝时系统不稳定
22、对于传递函数为和的两个系统,(A)
A、系统1的带宽宽,响应速度快B、系统1的带宽宽,响应速度慢
C、系统2的带宽宽,响应速度快D、系统2的带宽宽,响应速度慢
23、已知系统单位脉冲传递函数为,其单位脉冲响应为为:
(A)
A、
B、
C、
D、
24、若线性离散系统为三阶系统,其闭环极点投影到平面为,则系统(C)
A、稳定B、不稳定C、临界稳定D、稳定与否取决于采样周期
(注:
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