机械控制基础考试及答案

机械控制基础考试及答案
一、单项选择题（每题2分，共20分）
1. 机械控制基础中，以下哪个概念描述的是系统在受到干扰后能够自动恢复到平衡状态的能力？
A. 稳定性
B. 准确性
C. 快速性
D. 鲁棒性
答案：A
2. 在控制系统中，开环系统与闭环系统的主要区别在于：
A. 是否有反馈
B. 是否有控制器
C. 是否有执行器
D. 是否有传感器
答案：A
3. 以下哪个参数是描述系统动态性能的重要参数？
A. 稳态误差
B. 稳定性
C. 响应时间
D. 所有选项
答案：D
4. 机械控制系统中的“零点”指的是：
A. 系统输出为零的点
B. 系统输入为零的点
C. 系统增益为零的点
D. 系统传递函数为零的点
答案：C
5. 在控制系统中，阻尼比ζ的大小对系统性能的影响是：
A. 阻尼比越大，系统越稳定
B. 阻尼比越小，系统越稳定
C. 阻尼比越大，系统响应越快
D. 阻尼比越小，系统响应越快
答案：A
6. 以下哪个不是控制系统中的干扰因素？
A. 负载变化
B. 电源波动
C. 环境温度
D. 控制器设计
答案：D
7. 机械控制系统中的“超调量”是指：
A. 系统响应超过稳态值的最大值
B. 系统响应超过稳态值的最小值
C. 系统响应超过稳态值的百分比
D. 系统响应超过稳态值的时间
答案：C
8. 以下哪个是控制系统中的稳定性判据？
A. 劳斯-赫尔维茨判据
B. 奈奎斯特判据
C. 伯德图
D. 所有选项
答案：D
9. 机械控制系统中的“死区”是指：
A. 系统响应中的非线性区域
B. 系统响应中的延迟区域
C. 系统响应中的不稳定区域
D. 系统响应中的饱和区域
答案：A
10. 在控制系统中，以下哪个参数是描述系统稳态性能的？
A. 稳态误差
B. 响应时间
C. 峰值时间
D. 所有选项
答案：A
二、填空题（每题2分，共20分）
1. 机械控制系统中的________是指系统在没有输入信号的情况下，由于内部或外部干扰而产生的输出。

答案：零输入响应
2. 机械控制系统中的________是指系统在没有干扰的情况下，由于输入信号而产生的输出。

答案：零状态响应
3. 机械控制系统中的________是指系统在受到干扰后，输出能够自动恢复到平衡状态的能力。

答案：稳定性
4. 机械控制系统中的________是指系统在受到干扰后，输出能够快速且准确地恢复到平衡状态的能力。

答案：准确性
5. 机械控制系统中的________是指系统在受到干扰后，输出能够快速恢复到平衡状态的能力。

答案：快速性
6. 机械控制系统中的________是指系统在受到干扰后，输出能够抵抗干扰的能力。

答案：鲁棒性
7. 机械控制系统中的________是指系统在受到干扰后，输出能够保持在一定范围内的能力。

答案：稳定性
8. 机械控制系统中的________是指系统在受到干扰后，输出能够快速且准确地恢复到平衡状态的能力。

答案：准确性
9. 机械控制系统中的________是指系统在受到干扰后，输出能够抵抗干扰的能力。

答案：鲁棒性
10. 机械控制系统中的________是指系统在受到干扰后，输出能够保持在一定范围内的能力。

答案：稳定性
三、简答题（每题10分，共30分）
1. 简述机械控制系统中开环系统与闭环系统的区别。

答案：开环系统与闭环系统的主要区别在于是否有反馈。

开环系统没有反馈环节，系统的输出不会影响输入，而闭环系统有反馈环节，系统的输出会反馈到输入端，影响系统的控制过程。

闭环系统能够根据输出的变化自动调整输入，从而实现对系统的精确控制。

2. 描述机械控制系统中的稳定性判据，并举例说明。

答案：机械控制系统中的稳定性判据主要有劳斯-赫尔维茨判据和奈奎斯特判据。

劳斯-赫尔维茨判据是通过判断系统特征方程的根是否都在复平面的左半部分来判断系统的稳定性。

如果所有根都在左半部分，则系统是稳定的。

奈奎斯特判据是通过分析系统的频率响应来判断系统的稳定性。

如果系统的频率响应在复平面的右半部分没有环绕点(-1,0)，则系统是稳定的。

例如，对于一个简单的二阶系统，其传递函数为G(s)=1/(s^2+2ζωns+ωn^2)，通过计算可以判断系统的稳定性。

3. 简述机械控制系统中的超调量及其对系统性能的影响。

答案：机械控制系统中的超调量是指系统响应超过稳态值的百
分比。

超调量是描述系统动态性能的重要参数之一，它反映了系
统在受到干扰后，输出能够快速且准确地恢复到平衡状态的能力。

超调量越小，说明系统响应越接近稳态值，系统的性能越好。

但是，超调量过小可能会导致系统的响应时间变长，因此需要在超
调量和响应时间之间进行权衡。

四、计算题（每题15分，共30分）
1. 已知一个二阶系统的传递函数为G(s)=1/(s^2+2ζωns+ωn^2)，
其中ζ=0.5，ωn=10rad/s。

计算系统的阻尼比、自然频率和阻尼频率，并画出系统的阶跃响应曲线。

答案：系统的阻尼比ζ=0.5，自然频率ωn=10rad/s，阻尼频率
ωd=ωnsqrt(1-ζ^2)=8.66rad/s。

系统的阶跃响应曲线可以通过MATLAB等软件进行仿真，得到系统的响应曲线。

2. 已知一个一阶系统的传递函数为G(s)=K/(τs+1)，其中K=2，τ=1s。

计算系统的稳态误差，并画出系统的阶跃响应曲线。

答案：对于一阶系统，其稳态误差ess=0，因为一阶系统能够完全消除稳态误差。

系统的阶跃响应曲线可以通过MATLAB等软件进行仿真，得到系统的响应曲线。

五、论述题（每题10分，共10分）
1. 论述机械控制系统中PID控制器的设计方法及其优缺点。

答案：PID控制器是一种常用的控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。

比例部分能够快速响应系统的变化，积分部分能够消除稳态误差，微分部分能够预测系统的未来变化。

PID控制器的设计方法主要有Ziegler-Nichols法、Cohen-Coon法等。

Ziegler-Nichols法是通过实验得到系统的临界增益和临界频率，然后根据经验公式计算PID参数。

Cohen-Coon法是通过分析系统的频率响应，然后根据经验公式计算PID参数。

PID控制器的优点是结构简单、易于实现，适用于各种类型的系统。

但是，PID控制器也存在一些缺点，如参数调整困难、对系统模型的依赖性较强等。

在实际应用中，需要根据系统的特点和要求，合理选择PID控制器的设计方法和参数。