最新电大《机电控制工程基础》期未考试题库及答案.docx
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最新电大《机电控制工程基础》期未考试题库及答案
2020年电大《机电控制工程基础》期未考试题库及答案
一、选择题
1.PI校正为(
A.滞后
)校正
B.超前
C滞后超前
2.一阶系统的传递函数为
D超前滞后
—,则其时间常数为(D
S1
A.0.5
B.4
C.2
3.系统的根轨迹(
D.1
A
A.起始于开环极点.
终于开环零点
B起始于闭环极点,终于闭环零点
C.起始于闭环零点.
终于开环极点
D起始于开环零点・终于开环极点
3
——,则其时间常数为(4s2
B.4
D.1
%
C.2
5.二阶系统的超调量
A,只与有关
C.与n和无关
・(A)
B.与无关
C.与。
和都有关
劳斯稳定判据能判断(
A)的稳定性.
A.线性定常系统
C非线性系统
B.线性时变系统
D任何系统
7.
己知F[s]
―-—,其原函数的终值(Ds(s2)
B.8
A.0
8.
9、
D0.5
C0.75
己知线性系统的输入x(t),输出y(t).传递函数
Ay(t)X(t)L,[G(S)]:
B
CX(s)Y(s)G(s):
D
设有一弹簧'质量、阻尼器机械系统.
G(s).则正确的关系是B
Y(S)G(S)
y(t)X(t)
X(S):
G(s)・
如图所示,以外力
为输入量.位移y(t)为输出址的运动微分方程式可以对图中系统进行
描述.那么这个微分方程的阶次是:
(B)
10、二阶系统的传递函数为
:
则其无阻尼振荡频率
4s4s1
n和阻尼比为(D
11、
传递函数Gs\
z\
eTs表示了一个(A
12、
13、
A时滞环节:
B
一阶系统的传递函数为
振荡环节:
c
微分环节:
惯性环节
—?
一:
其单位阶跃响应为(
5s1
33e5
55e
某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数.
A.单调衰减
B.单调上升
则系统的单位阶跃响应曲线表现为(
C等幅振荡
D振荡衰减
14、
己知道系统输出的拉氏变换为
Y(s)
y,那么系统处于(
15、
16、
17、
18、
20、
A欠明尼:
过阿尼:
临界阻尼:
无阻尼
某一系统的速度误差为零.则该系统的开环传递函数可能是(
AJ<_
Ts1
Bs0CKs(sa)(sb)s(sa)
根据下列几个系统的特征方程.
aas3bs2csd
可以判断肯定不检定的系统为(
dse0:
其中a、b、
下列开环传递函数所表示的系统,
属于最小相位系统的是(
bs2
c、d、
a)
csd
0:
e均为不等于零的正数.
AS1
(5s1)(2s1)
s1
(2s1)(3s1)
己知系统频率特性为
a5e,t93
C5
\92
题图中
)>8'3
5
i~~j3
1Ts(T>0):
s2
s(s3)(s2)
.刷该系统可表示为(C
、'921
5eJ,9
R-C电路的幅频特性为(
A
ViT
Vi(T)
1_.
Asin(2ttg15):
B
csin(2ttg15):
d
■]sin(2ttg‘5):
、’1
sin(2ttg‘5)
<251
23、理想微分环节对数幅频特性曲线是一条斜率为(
A20dB/•通过3=1点的宜线:
/dec
2°dB£c,通过3=。
点的直线:
20dB/,通过3=0点的宜线/dec
C)装置.实现起来比较简单。
A串联校正:
B
C混合校正:
D
25、二阶系统的传递函数为\
s20.5s1
A1.1:
B2,1;
并联校正:
正反馈校正。
:
副其无RI尼振荡频率n和阻尼比为(c)
12
C1.0.25:
D-.-
233
二、判断题
1、一个线性定常系统是稳定的.则其开环极点位于S平面左半边。
(-)
2、劳氏程定判据能判断线性定常系统的税定性。
(+)
3、I型系统和开环增益为10.系统在单位斜输入作用下的毯态误差为8.(-)
4、一个动态环节的传递函数乘以
5、二阶系统的超调量:
越大.则系统的秘定性越差。
(-)
6、系统的传递函数和系统结构及外输入有关。
(-)
7、系统的称态误差不仅与系统的结构参数有关.与输入无关.(-)
8、若二阶系统的阻尼比为0.866则系统的阶跃响应上定不是等幅振荡。
(+>
9、反馈控制系统、是指正反馈。
(-)
10、某环节的输出量与输入it的关系为y(t=Kx(t)).K是一常数.则称其为比例环节.(+)
11、己知系统频率特性为5.则该系统可表示为
12、一阶微分环节的传递函数为G(S)1
S.其频率特性可表示为
G(j)1j
15、
18、适合于应用传递函数描述的系统可以是线性系统,也可以是非线性系统.
19.某二阶系统的特征根为两个共貌纯虚根,则该系统的单位阶跃响位曲线表现为衰耗振荡(
三、填空题
系统输出全部或部分地返回到输入端.就叫做
定值的要求。
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榆定系统.
9、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.这样的系统称为_孩定_系统.否则为__丕
稳定系统.任何一个反馈控制系统能正常工作.系统必须是税定的.
10、对于函数f(t),它的拉氏变换的表达式为_of(t)estdt.
11、单位阶跃信号对时间求导的结果是单位脉冲函数・
1
12、单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是_—_。
S―
13、单位脉冲函数的拉普拉斯变换为_A.
14、et的拉氏变换为.
—S1
15、F[s]—-—的原函数的初值f(0)=o,终值f()=_1
s(s1)
16、己知f(t)的拉氏变换为s则初值f(0)=.
(s2)24
17、f(t)e2,sin2t的拉氏变换为5・
(s2)24
18、若Lf(t)F(S)・则UeMf(t)JF(s+a)。
19、若L(f(t)]=F(s),则L(f(t・b)}=
20、描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式,・
21、在初条件为零时.输出量的拉氏变换.与输入宝的拉氏变换之比称为线性系统(或元件)的传递函数.
23、数学模型是描述系统输入变蛰、输出变ift之间关系的数学表达式•或者说是描述系统内部变量之间关系的数学表达式。
24、如果系统的数学模型,方程是线性的,这种系统叫线性系统.
25、传递函数反映系统本身的瞬态特性.与本身参数,结构有关,与输入无关:
不同的物理系统.可以有相同
的传递函数•传递函数与初始条件有关°
26、惯性环节的传递函数是reYsK・
GS
2
27、二阶系统的标准型式为n.
s22ns:
A
28、I型系统开环增益为10.系统在单位斜坡输入作用下的毯态误差e(8)为
―10
29、时间响应由瞬态响应和程态响疵两部分组成.
30、a()瓦)|G(j)|为系统的
Xg
幅频特性,它描述系统对不同频率输入信号的总态响应幅值衰减
.它描述系统对不同频率输入信号的稔态响应,相位迟后(
(或放大)的特性.
()
G(j)为系统的相频特性
0)或超前(
0)的
特性。
31、频率响应是
系统在正弦输入信号下的
响魔。
32、惯性环节的传递函数为.YsK.
XsTs1
33、当输入信号的角频率3在某一范困内改变时所得到的一系列频率的响应称为这个系统的频率响应
34、控制系统的时间响应.可以划分为瞬态和检态两个过程.瞬态过程是指系统从初始状态
到接近最终状态的响应过程:
稳态过程是指时间t趋干无穷时系统的输出状态。
35、若系统输入为Asint,其检态输出相应为Bsin(t),则该系统的频率特性可表示为—bi_.
A©
36、2型系统的对数幅频特性低频渐近线斜率为
-40dB/dec
37、对于一阶系统.当3由0-8时.矢量D(j3)
顺时针
方向旋转_,则系统是检定的.否则系统不稳定。
2
四、分析、计算综合类型题
1.
设单位反馈系统的开环传递函数为:
G(S)=1试求阶跃响应的性能指标%及“
s(4s1)
答案:
025
系统闭环传递函数为:
W(s)
s20.25s025_相比较.可知:
2n=0.25.
与二阶传递函数的标准形式
=44.5%
2n=0.25.所以n0.5-
-"jrr=0.484arccos76°所以.单位阶跃响应的性能指标为:
%e
0.25.系统为欠阻尼状态.K1:
ts=3.5/n=28s
2.己知系统的开环传递函救为:
g(S)
20
试:
1).绘出对数渐近幅频特性曲线L(
2).用对数频率稳定判据判别系统闭环秘定性。
S(0.2S1)(0.04S1)
)以及相频特性曲线G:
答案:
1).
(1)
(2)
1
(3)在
该系统是由积分、放大和两个惯性环节串联构成的:
K=2020lgK=26分贝
1511
0.22L0.04
低频为枳分放大环节.在
5处作-40dB/10倍频线.在
25
1.K=26分贝处作-20dB/10倍频线
25处作-60dB/10倍频线
ZO
20lg|G|dB
2).判断检定性
由图上可知L()>0的部分.()对无穿越,所以系统闭环程定.
3.单位反馈系统的开环传递函数为:
Gk(s)1°■,试求在输入信号为x(t)5t作用下的稳态误差.
s(s1)
解:
系统是【型系统
当x(t)=5时.
位置误差系数
K晚G⑥晚矗
当x(t)=t时,
速度误差系数
10
阶G冏晚s—10
故系统的稳态误差:
e()e()以)00.10.1
4.设系统的传递函数G(s)K_5_.求输入信号为正弦信号,频率为f=iHz.振幅为Xo=5.初相为。
时,系统的隐态输出.
Ts10.5s1
5
答案:
由G(S)—-—可以看出G(s)是由放大环节和惯性环节串联组成•放大环节只影响输出量的幅值・而惯性环节对输出量的幅值0.5s1
和相位都有影响。
1)输出蛰的频率与输入量的频率相同
2f6.28(rad/s)
2)输出量与输入量的相位差
3)
输出量的蝠值
4)
稳态输出
5.己知单位负反馈系统开环传递函数为g(S)4,计算系统的阻尼比C・无阻尼振荡角频率3d的及调节时间ts(5%).
s(s1)
答;系统闭环传递函数数g(S)亍仝一与标准传递函数相比较得出
SS4
=0.253d=2ts(5%)=6(s)
公式:
1、L[f(t-a)]=_e33F(S)
2、F(t)的拉氏变换F(s)=0f(t)e51dt
G(s)=K
G(s)=K/(Ts+1)
G(s)=K/s
K
T2S22Ts1
3、放大环节传递函数:
4、惯性环节传递函数:
4、积分环节传递函数:
5、振荡环节传递函数:
重点题:
1.Nyquist图
2.Bode图。
3.稳定性分析及劳斯判据
4.检态误差
5.时域性能指标,频率性能指标求取(稳定裕虽的指标求取(wc.r))
第一章习题答案
一、简答
1.什么是自动控制?
就是在没有人直接参与的情况下,利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量:
(输出最)准确地按照给定的规律
(输入量)运行或变化。
2.控制系统的基木要求有哪些?
控制系统的基木要求可归结为稳定性:
准确性和快速性。
3.什么是自动控制系统?
指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。
它一般由控制装置和被控制对象组成
4.反馈控制系统是指什么反馈?
反馈控制系统是指负反馈。
5.什么是反馈?
什么是正反馈?
什么是负反馈?
反馈信号(或称反馈):
从系统(或元件)输出端取出信号,经过变换后加到系统(或元件)输入端,这就是反馈
信号。
当它与输入信号符号相同,即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。
反之,符号相反抵消输入信号作用时叫负反馈。
6.什么叫做反馈控制系统
系统输出全部或部分地返回到输入端.此类系统称为反馈控制系统(或闭环控制系统)。
7.控制系统按其结构可分为哪3类?
控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
8.举例说明什么是随动系统。
这种系统的控制作用是时间的未知函数,即给定最的变化规律是事先不能确定的,而输出最能够准确、迅速的复现给定量(即输入量)的变化,这样的系统称之为随动系统。
随动系统应用极广,如宙达自动跟踪系统,火炮自动瞄准系统,各种电信号笔记录仪等等。
9.自动控制技术具有什么优点?
<1)极大地提高了劳动生产率:
(2)提高了产品的质垦:
(3)减轻了人们的劳动强度.使人们从繁重的劳动中解放出
来,去从事更有效的劳动:
(4)由于近代科学技术的发展,许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的.
还有许多生产过程则因人的生理所限而不能由人工操作.如原子能生产,深水作业以及火箭或导弹的制导等等。
在这种情况下.自动控制更加显示出其巨大的作用
10.对于一般的控制系统,当给定量或扰动量:
突然增加某一给定值时,输出量的暂态过程可能有几种情况?
单调过程衰减振荡过程持续振荡过程发散振荡过程
二、判断
1.自动控制中的基本的控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。
正确
2.系统的动态性能指标主要有调节时间和超调量.稳态性能指标为趋态误差。
正确
3.如果系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路.输出最对系统的控制作用没有影响时,这样的系统就称为开环控
制系统。
正确
4.凡是系统的输出端与输入端间存在反馈回路,即输出量对控制作用能有直接影响的系统,叫做闭环系统。
正确
5.无静差系统的特点是当被控制量:
与给定值不相等时,系统才能检定。
错误
6.对于一个闭环自动控制系统,如果其暂态过程不稳定,系统可以工作。
错误
7.叠加性和齐次性是鉴别系统是否为线性系统的根据。
正确
8.线性微分方程的各项系数为常数时,称为定常系统。
正确
第二章习题答案
1.什么是数学模型?
描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式叫做系统的数学模型。
正确
2.建立控制系统数学模型的主要方法哪些?
建立控制系统数学模型的主要方法有解析法和实验法。
3.什么是系统的传递函数?
在零初始条件下,输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统(或元件)的传递函数。
4.单位负反馈系统的开环传递函数为G(s),则其闭环传递函数是什么?
单位负反馈系统的开环传递函数为G(s),则闭环传递函数为_2间_
1G(s)
5.二阶闭环系统传递函数标准型是什么?
其中的变量有什么含义?
二阶闭环系统传递函数标准型为:
/(S?
2nS:
),其中称为系统的阻尼比,n为无阻尼自振荡角频率。
6.微分环节和积分环节的传递函数表达式各是什么?
微分环节:
GsSo积分环节Gs-
S
7.振荡环节包含两种形式的储能元件,并且所储存的能量相互转换,输出量具有振荡的性质。
设振荡环节的输出量为
Xc,输入量为Xr,其运动方程式和传递函数是什么?
运动方程式为
/d&dxc
T—7-Tk
dtdt
其传递函数为
G(S)沽,
一、判断
1.
传递函数只与系统结构参数有关,与输出量、输入量无关。
正确
2.对于非线性函数的线性化方法有两种:
一种方法是在一定条件下,忽略非线性因素。
另一种方法就是切线法,或称微小偏差法。
正确
3,在自动控制系统中.用来描述系统内在规律的数学模型有许多不同的形式,在以单输入、单输出系统为研究目标的经典控制理论中,常用的模型有微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性等。
正确
4.控制系统的检态误差大小取决于系统结构参数和外输入。
正确
5.传递函数是复变量s的有理其分式,分母多项式的次数n高于分子多项式的次数m.而且其所有系数均为实数。
正
确
6.在复数平面内,一定的传递函数有一定的零,极点分布图与之相对应.正确
7.传递函数是物理系统的数学模型,但不能反映物理系统的性质,因而不同的物理系统不能有相同的传递函数。
(错误)
8.自然界中真正的线性系统是不存在的。
许多机电系统、液压系统、气动系统等,在变量之间都包含着非线性关系。
正确
9.实际的物理系统都是线性的系统。
(错误)
10.某环节的输出量与输入最的关系为ytKxt.K是一个常数,则称其为惯性环节。
错误
11.惯性环节的时间常数越大,则系统的快速性越好。
(错误)
12.系统的传递函数分母中的最高阶若为n,则称系统为n阶系统
13.已知线性系统的输入x(t),输出y(t),传递函数G⑥,则Y(s)G(S)X(s)°正确
14.线性化是相对某一额定工作点进行的。
工作点不同,得到线性化微分方程的系数也不同。
正确
15.若使线性化具有足够精度,调节过程中变最偏离工作点的偏差信号必须足够小。
正确
——
设某系统可用下列一阶微分方程
Tc⑴c(t)r(t)r(t)
近似描述,在零初始条件下,试确定该系统的传递函数。
C(s)s1
R(s)Ts1
四、如图所示为一具有弹簧、阻尼器的机械平移系统。
当外力作用于系统时,系统产生位移为Xoo求该系统以x.(t)为
输入量,Xo(t)为输出最的运动微分方程式。
取A、B两点分别进行受力分析。
AB
得k〔(X|xA)f(xAx0)k2x0
k
由kjxixA)kiXA解出Xax,—x0ki
k
代入B等式,得f(Xj—x0x0)k2x0
得
fJk2x0k1k2x0fkiX](
式中:
k1—弹簧1的弹性系数:
k2——弹簧2的弹性系数:
f—阻尼器的阻尼系数。
六、下图为一具有电阻一电感一电容的无源网络,求以电压U为输入,&为输出的系统微分方程式。
LR
flc
解根据基尔霍夫电路定律,有di-
u(t)L——iRucdt
而,C^'则上式可写成如下形式
d%duc.、
2亍区云时u(t)
七、如图所示的电网络系统,其中S为输入电压,U。
为输出电压,试写出此系统的微分方程和传递函数表达式。
(1)微分方程推导如下:
(2)传递函数可按下述方法快速求解:
R,那么就有:
八、在齿轮传动中,若忽略啮合间隙,则主动齿轮输入转速巾和从动齿轮输出转速n2
之间的关系为n2=Zi.m/Z2,求其传递函数。
G(s)=N2(s)/Ni(s)=Z1/Z2
式中Z,/Z2——主动齿轮齿数和从动齿轮齿数之比。
输入电压
10.简化下图所示系统的结构图,求系统的闭环传递函数
解这是一个多回路系统。
可以有多种解题方法.这里从内回路到外回路逐步化简。
第一步,将引出点a后移,比较点b后移,简化成图(a)所示结构。
组成反馈回路.进而简化成图(b)所示结构。
第三步,对图(b)中的回路再进行串联及反馈变换,成为如图(c)所示形式。
最后可得系统的闭环传递函数为
(S)丝
R(s)
Gi(s)G2(s)G3(s)G“s)
1G2(s)G3(s)H3(s)G(s)G4(s)H2(s)G(s)G2(s)G3(s)G」s)Hi(s)
外2C(s)
(c)
第三章习题答案
一、简答
1.单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是什么?
单位斜坡函数的拉氏变换结果是什么?
单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是--单位斜坡函数的拉氏变换结果是4°
SS
2.什么是极点和零点?
传递函数分母名项式的根被称为系统的极点,分子多项式的根被称为系统的零点
3.某二阶系统的特征极为两个互不相等的实数,则该系统的单位阶跃响应曲线有什么特点?
单调上升
4.什么叫做二阶系统的临界阻尼?
画图说明临界阻尼条件下二阶系统的输出曲线。
临界阻尼(C=1).c(t)为一无超调的单调上升曲线,
5.动态性能指标通常有哪几项?
如何理解这些指标?
延迟时间td阶跃响应第一次达到终值h()的50%所需的时间。
上升时间阶跃响应从终值的10%上升到终值的90%所需的时间:
对有振荡的系统,也可定义为从。
到第一次
达到终值所需的时间。
峰值时间tp
阶跃响应越过稳态值h(
)达到第一个峰值所需的时间。
调节时间ts
阶跃响到达并保持在终值
h()5%误差带内所需的最短时间:
有时也用终值的
2%误差带来定
义调节时间。
超调量%
峰值h(tp)超出终值h(
)的百分比,即
")h()J。
。
%
h()
6.劳斯稳定判据能判断什么系统的稳定性?
劳斯稳定判据能判断线性定常系统的稳定性。
7.一阶系统的阶跃响应有什么特点?
当时间t满足什么条件时响应值与稳态值之间的误差将小于5〜2%。
?
由于一阶系统的阶跃响应没有超调量,所有其性能指标主要是调节时间,它表征系统过渡过程的快慢。
当t=3T
或4T时,响应值与趋态值之间的误差将小于5-2%。
显然系统的时间常数T越小,调节时间越小,响应曲线很快就
能接近稳态值。
8.在欠阻尼的情况下,二阶系统的单位阶跃响应有什么特点?
在欠阻尼的情况下,二阶系统的单位阶跃响应为一振幅按指数规律衰减的简谐振荡时间函数。
9.阻尼比0时的二阶系统有什么特点?
10.已知系统闭环传递函数为: \°/2 0.25s0.707s1 则系统的&、3n及性能指标。 %、ts(5%)各是多少? &=0.707 <■>n=2 o%=4.3% ts(5%)=2.1(s) 二、判断: 1.线性系统桧定,其闭环极点均应在s平面的左半平面。 正确 2.用劳斯表判断连续系统的稳定性,当它的第一列系数全部为正数系统是稳定的。 正确 3.系统的稳定性取决于系统闭环极点的分布。 正确 4.闭环传递函数中积分环节的个数决定了系统的类型。 错误 5.若二阶系统的阻尼比大于1,则其阶跃响应不会出现超调,最佳工程常数为阻尼比等于0.707o正确 6.某二阶系统的特征根为两个具有负实部的共貌复根,则该系统的单位阶跃响应曲线表现为等幅振荡。 (错误) 7.
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