机械工程控制基础考试题及答案.docx
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机械工程控制基础考试题及答案
填空题(每空1分,共20分)
1.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。
2.反馈控制系统是根据输入量和
反馈量的偏差进行调节的控制
系统。
3.在单位斜坡输入信号作用下,0型系统的稳态误差
ess=^—。
4.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。
5.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。
6.线性定常系统的传递函数,是在
初始条件为零
时,系统输出
信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。
7.函数te-at的拉氏变换为
1
(s+a)2
12.0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为
0dB/dec,高
8.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
9.积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线,直线的斜率为
20dB/dec。
10.二阶系统的阻尼比E为__Q_时,响应曲线为等幅振荡。
ess=—Q—。
11.在单位斜坡输入信号作用下,n型系统的稳态误差
度为20lgKp。
13.单位斜坡函数t的拉氏变换为
14.根据系统输入量变化的规律,控制系统可分为
恒值控制系
统、
随动控制系统和程序控制系统。
15.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。
16.系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定,与
输入量、扰
动量的形式无关。
17.决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数
然振荡频率
Wn。
18.设系统的频率特性G(j3
)=R(3)+jl(3),则幅频特性|G(j
3)1=JR2(W)+|2(w)。
19.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。
20.线性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。
21.
第四
3从0变化到+B时,惯性环节的频率特性极坐标图在
象限,形状为
圆。
22.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
23.二阶衰减振荡系统的阻尼比
E的范围为0<匕<1。
24.G(s)=^^的环节称为惯性—环节。
Ts+1
差。
26.线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用
线性微分
方程来描述。
27.稳定性、魅速宜和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。
2
Wn
28•二阶系统的典型传递函数是齐丽戸。
29.设系统的频率特性为Gj)=R3)+jg),则R(⑸称为实频特性。
30.根据控制系统元件的特性,控制系统可分为
线性控制系统、
非线性控制系统。
31.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
32.二阶振荡环节的谐振频率3
r与阻尼系数E的关系为3r=3
33.根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类,控制系统可分为
开环控制系统、闭环控制系统
34.用频率法研究控制系统时,米用的图示法分为极坐标图示法和
对数坐标图示法。
35.二阶系统的阻尼系数E=_0.707_时,为最佳阻尼系数。
这时
系统的平稳性与快速性都较理想。
1.传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下,
系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
2.瞬态响应是系统受到外加作用激励后,从初始状态到最终或稳定
状态的响应过程。
3.判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负
实部的复数根,即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是
系统稳定的充要条件。
4.1型系统G(s)专在单位阶跃输入下,稳态误差为A,在单位加
速度输入下,稳态误差为S。
5.频率响应是系统对正弦输入稳态响应,
频率特性包括幅频和相频
两种特性。
6.如果系统受扰动后偏离了原工作状态,
扰动消失后,系统能自动
恢复到原来的工作状态,这样的系统是
(渐进)稳定的系统。
7.传递函数的组成与输入、输出信号无关,仅仅决定于系统本身的
结构和参数,并且只适于零初始条件下的线性定常系统。
8.系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的
开环传递函数有关。
9.如果在系统中只有离散信号而没有连续信号,则称此系统为离散
(数字)控制系统,其输入、输出关系常用差分方程来描述。
10.反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以
3c
(截止频
率)附近的区段为中频段,该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性:
而低频段主要表明系统的稳态性能。
11.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、快速性性和精确或准确性。
单项选择题:
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
A.最优控制B.系统辩识
C.系统校正D.自适应控制
2.反馈控制系统是指系统中有
A.反馈回路B.惯性环节
C.积分环节D.PID调节器
3.()=+,(a为常数)0
s+a
A.L:
e"at:
B.L:
eat:
C.L:
e"(t-a):
D.L:
e"(t+a)]
4.L:
t2e2t]=()
A.-^-yB.
(s—2)3a(s+a)
C.-^^D.务
(s+2)3s3
5.若F(s)=*1,则巴f(t)=(
A.4B.2
C.0D.CO
6.已知f(t)=eat,(a为实数),贝y
A.—B.
s-a
C.
s(s-a)
7.f(t)={3
A.3
s
C.Oe-
s
8.某系统的微分方程为5X;(t)+2Xo(t)xo(t)=Xi(t),它是()
a(s+a)
D.
a(s-a)
t;2,则L:
f(t):
=(
B.
A.线性系统
系统
D.^e2s
s
B.线性定常
c.非线性系统
D.非线性时变系
9.某环节的传递函数为G(s)=e-2s,它是()
A.比例环节B.延时环节
C.惯性环节D.微分环节
10.图示系统的传递函数为()
A.
RCs+1
BRCs
■RCs+1
C.RCs+1
DRCs+1
■RCs
,其无阻尼固有频率
11.二阶系统的传递函数为G(s)=—
4s2+s+100
A.10B.5
C.2.5D.25
12.一阶系统K
1+TS
的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为(
C.
D.令
13.某系统的传递函数
G(s)=土,则其单位阶跃响应函数为
A1-Kt/T
.〒e
-Kt/T,
e)
-e'/T
C.K(1-e-t/T)
D.(1-
14.图示系统称为(统.
)型系
B.KT
A.0
B.I
c.n
D.m15.延时环节G(s)=e-Ts的相频特性/
A.
B.
TW
C.90°
D.
G(j3)等于()
180°16.对数幅频特性的渐近线如图所示,
它对应的传递函数G(s)为()
A.1+Ts
B.
C.Ts
1
1+Ts
D.(1+Ts)2
17.图示对应的环节为(
Im
I
A.Ts
B.
fee
C.1+Ts
D.Ts
18.设系统的特征方程为
D(s)=s3+14s2+40s+40t=0,则此系统稳定的
值范围为()
A.T>0B.0 T>14D.t<0 19.典型二阶振荡环节的峰值时间与()有关。 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 ()环节。 2 A.5s+1B.(5s+1)2 B.0.2s+1D.—L 21.某系统的传递函数为G(s)=覚忙、,其零、极点是() (0.2s+1) --(4s+1)(s-3) A.零点s=—0.25,s=3o极点s=—7,s=2B.零点s=7,s=—2。 极点 s=0.25,s=3 C.零点s=-7,s=2。 极点 s=—1,s=3D.零点s=—7,s=2。 极点 s=— 0.25,s=3 22.一系统的开环传递函数为 3(s+2) s(2s+3)(s+5) ,则系统的开环增益和型次依次 A. C.3,ID.3,n 其幅频特性 G(j3)丨应为() 0.4,IB.0.4,n 23.已知系统的传递函数G(s)=^e4 A.代宀需 C.1+;备eF 24.二阶系统的阻尼比Z,等于() A.系统的粘性阻尼系数 B.临界阻尼系数与系统粘性阻尼系数之比 C.系统粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比 D.系统粘性阻尼系数的倒数 为幅值穿越(交界)频率,$(3C)为开环频率特性幅值为1时的相位角,则相位裕度为() 25.设3C A.180°-$(3C) B.$ (3C) C.180°+$(3C) D.90°+$ (3C) 26.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=^L,则系统在r(t)=2t s(s+5) 输入作用下,其稳态误差为() A.10B.9 44 D.0 27.二阶系统的传递函数为G(s)=———2 s+2^anSPn ,在 0< Z<乎时,其无阻 尼固有频率3n与谐振频率3r的关系为() A.3n<3rB.3n=3rC.3n>3rD.两者无关28.串联相位滞后校正通常用于() A.提高系统的快速性B.提高系统的稳态精度 C. D.减少系统的固 减少系统的阻尼 有频率 29.下列串联校正装置的传递函数中,能在频率 3C=4处提供最大相位 超前角的是() A4s+lBs+lcO1s+1D0.625s+1 A.s+1B.4s+1C.0.625s+1D.01s+1 30.从某系统的Bode图上,已知其剪切频率3 40,则下列串联校正 装置的传递函数中能在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下, 通过适当调整增益使稳态误差减至最小的是 A0.004s+1B0.4s+1C4s+1D4s+1 ■0.04s+1■4s+1■10s+1■0.4s+1 单项选择题(每小题1分,共30分) 1.B2.A 3.A4.B5.B6.C 7.C 8.C9.B 10.B11.B 12.C 13.C14.B15.B 16.D 17.C18.B 19.D20.D 21.D 22.A23.D24.C25.C 26.A27.C28.B 29.D30.B 、填空题(每小题 2分,共10分) 1.系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、 关。 2.—个单位反馈系统的前向传递函数为 S3+5S2+4s ,则该闭环系统的特 征方程为 开环增益为 3.二阶系统在阶跃信号作用下,其调整时间 ts与阻尼比、 有关。 4.极坐标图(Nyquist图)与对数坐标图(Bode图)之间对应关系为: 极坐 标图上的单位圆对应于 Bode图上的 ;极坐标图上的负实轴 对应于Bode图上的 5.系统传递函数只与 有关,与 无关。 填空题(每小题2分,共10分) 1.型次输入信号2.s3+5s2+4s+K=0,^3.误差带无阻尼固有频率 4.0分贝线-180"线5.本身参数和结构输入 1.线性系统和 线性系统的根本区别在于 B.斜坡函数 D.阶跃函数 设控制系统的开环传递函数为 G(s)=s(s+1)(s+2) 10,该系统为 A.线性系统有外加输入,非线性系统无外加输入。 B.线性系统无外加输入,非线性系统有外加输入。 C.线性系统满足迭加原理,非线性系统不满足迭加原理。 D.线性系统不满足迭加原理,非线性系统满足迭加原理 2.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 A.代数方程B.特征方程 C.差分方程D.状态方程 时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 A.脉冲函数 C.抛物线函数 A.0型系统B.I型系统 C.II型系统D.111型系统 二阶振荡环节的相频特性知,当⑷T-时,其相位移日严)为(B) A.-270°B.-180° C.-90°D.0° 6.根据输入量变化的规律分类,控制系统可分为 A.恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统 B.反馈控制系统、前馈控制系统前馈一反馈复合控制系统 C.最优控制系统和模糊控制系统 D.连续控制系统和离散控制系统 7.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(C A.^(sLb.1 1+G(s)1+G(s)H(s) CG(s)DG(S) •1+G(s)H(s)•1-G(s)H(s) 8.一阶系统G(s)=4的时间常数T越大, \/Ts+1 则系统的输出响应达到稳 态值的时间 A.越长B.越短 C.不变D.不定 9.拉氏变换将时间函数变换成 A.正弦函数B.单位阶跃函数 C.单位脉冲函数D.复变函数 10.线性定常系统的传递函数, 是在零初始条件下 A.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 11.若某系统的传递函数为G(s)=』 Ts+1 则其频率特性的实部 (A) AKB-K •1十c2T2•1+o2T2 C•亠D•-亠 1+oT1+©T 12.微分环节的频率特性相位移e(3)= A.90° B.-90° C.0° D.-180° 13.积分环节的频率特性相位移e(3)= A.90° B.-90° C.0° D.-180° 14.传递函数反映了系统的动态性能,它与下列哪项因素有关? A.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 15.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 A.充分条件 B.必要条件C.充分必要条件 D.以上都不 16.有一线性系统,其输入分别为U1(t)和U2(t)时,输出分别为ydt)和 y2(t)o当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数),输出应为 B. A.aiyi(t)+y2(t) aiyi(t)+a2y2(t) C.aiyi(t)-a2y2(t) D.yi(t)+a2y2(t) 17. I型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 A.-40(dB/dec) B.-20(dB/dec) 18. D.+20(dB/dec) 设系统的传递函数为G(s)=—,则系统的阻尼比为 C.0(dB/dec) 2 s+5S+25 C) 1 A.25B.5C.-D.1 2 19.正弦函数sin^t的拉氏变换是 A.丄B.p S+©S C.-^D. s +时2 1 s2+时2 20.二阶系统当 0<匚<1时,如果增加J则输出响应的最大超调量b% A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 21.主导极点的特点是 A.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 22.余弦函数COSE的拉氏变换是 A.B-22 CsD12丄22丄2 S+©s 23.设积分环节的传递函数为 G(s)=〕,则其频率特性幅值 s Md)= (C) A.KB.K C.-D.^^ 24.比例环节的频率特性相位移 9(co)= A.90°B.-90°C.0° D.-180° 25.奈奎斯特稳定性判据是利用系统的(C)来判据闭环系统稳定性 的一个判别准则。 A.开环幅值频率特性 B.开环相角频率特性 C.开环幅相频率特性 D.闭环幅相频率特性 26.系统的传递函数 A.与输入信号有关 B.与输出信号有关 C.完全由系统的结构和参数决定 D.既由系统的结构和参数决定,也与输入信号有关 27.一阶系统的阶跃响应, A.当时间常数T较大时有振荡B.当时间常数T较小时有振荡 C.有振荡D.无振荡 28.二阶振荡环节的对数频率特性相位移e(o)在(D)之间。 A.0° 90°B.0° 和一90° C.0° 180°D.0 和—180° 29.某 系统阻 尼比为0.2,则系统阶跃响应为 A.发散振荡 B.单调衰减 C.衰减振荡 D.等幅振荡 .设有一个系统如图1所示,k1=1000N/m,k2=2000N/m, D=10N/(m/s),当系统受到输入信号Xi(t)=5sint的作用时,试求系统的 稳态输出Xo(t)0(15分) 解: Xob) K1 kiDs 0.01s Xi(^(kr^k2Ds+k1k20.015s+1 然后通过频率特性求出Xo(t)=0.025sinft+89.14") 个未知传递函数的被控系统,构成单位反馈闭环。 经过测试, 得知闭环系统的单位阶跃响应如图2所示。 (10分) 问: (1)系统的开环低频增益K是多少? (5分) (2)如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统,试写出其近似 闭环传递函数;(5分) Ko=7 解: (1)=? 1+K08 (2)Xq(s) '丿Xjs)0.025s+8 四.已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图 3所示。 (10分) 1.写出开环传递函数G(s)的表达式;(5分) 2.概略绘制系统的Nyquist图。 (5分) 彳~、K100 1.G(s)== s(s+1)(s+1)s(s+0.01)(s+100)0.01100 boIgK=80dB i”K=100 5.已知系统结构如图4所示,试求: (15分) 1.绘制系统的信号流图。 (5分) Xi(s)+ L^=—G2H1,L^=—G1G2H2 R=G1G2厶=1 Xo(s)G1G2 1+G2H1 (10分) 1.系统的阻尼比e和无阻尼自然频率 «n。 (5分) Xi(s)_1+G2H1+GGH2 P=1A,=1+G2H1 Xo(s)_ N(s)"1+G2H1+G1G2H2 6.系统如图5所示,r(t)=1(t)为单位阶跃函数,试求: 2.动态丿 性能指标: 超调量Mp和调节时间ts(A=5%)。 (5分) 1寫—4— •S(S+2) S(S+2恥n) TJ0.5 臣叫=2 2. -4i Mp~X100%=16.5% 七.如图 6所示系统,试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下 ess<2.25时, K的数值。 (10分) D(s)=s(s+3)2 3s 2s s 0s 由劳斯判据: 1 6 54-K 6 K OcK<54 第一列系数大于零,则系统稳定得 又有: ess=2<2.25 K 可得: K>4 4 八.已知单位反馈系统的闭环传递函数 ①(s)=—乙,试求系统的相位 S+3 裕量7o(10分) 解: 系统的开环传递函数为G(s)=W(s) 33”店=1,解得Z Y=180°+®gC)=180°-tg」BC=180°-60°=120 和3n的值。 解: •••b%=eJPx100%=5% --E=0.69 •••ts=2=2 •••3n=2.17rad/s 五、设单位负反馈系统的开环传递函数为 Gk(s)=25 s(s+6) 求 (1)系统的阻尼比Z和无阻尼自然频率 3n; (2)系统的峰值时间tp、 超调量 (T%、调整时间tS(△=0.02); 25 解: 系统闭环传递函数Gb(s)= s(s+6) 25 25 s(s+6)+25 S2+6s+25 s(s+6) 与标准形式对比,可知 w2=25 故Wn=5 匕=0.6 又wd=WnJ1-匕2=5XJ1一0.62=4 兀JI tp=—=4=0.785 Wd 六、某系统如下图所示,试求其无阻尼自然频率 wn,阻尼比Z,超 ■0.6兀 -4r 口2f2 b%9亠X100%=JiX100%=9.5% 调量b%,峰值时间tp,调整时间ts(△=0.02)。 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。 100 Xo(s)= 乔S+100忑-s50s+4)+2s50s+4) s(50s+4) 100 S2+0.08s+0.04 与标准形式对比,可知 2^Wn=0.08 w;=0.04 n=0.2rad/s) : =0.2 兀也2 b%=e戸=eJ"^22-52.7% t=a•=—— PBnj1-匚20.2J1-0.22 44 ts-——==100(s) su%0.2沢0.2 -16.03(s) 七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下: Gk(s)=100 s(s+2) 求: (1)试确定系统的型次v和开环增益K; (2)试求输入为r(t)=1+3t时,系统的稳态误差。 解: (1)将传递函数化成标准形式 Gk(s)=100 s(s+2)s(0.5s+1) 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, r(t)=1+3t,即A=1,B=3 根据表3—4,误差ess=—^+旦=丄+2=0+0.06=0.06 1+KpKv1+乂50 八、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下: Gk⑸"s2(s+0.1)(s+0.2) 求: (1)试确定系统的型次v和开环增益K; (2)试求输入为r(t)=5+2t+4t2时,系统的稳态误差。 解: (1)将传递函数
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