机械工程控制基础部分习题答案
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e ss =∞___; 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2)(1a s +;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__－20__dB ／dec;10．二阶系统的阻尼比ξ为 _ 0_ 时,响应曲线为等幅振荡; 11．在单位斜坡输入信号作用下,Ⅱ型系统的稳态误差e ss =__0__; 12．0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为___0___dB/dec,高度为20lgKp;13．单位斜坡函数t 的拉氏变换为21s ;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ξ和_无阻尼自然振荡频率w n ;18. 设系统的频率特性Ｇj ω=R ω+jI ω,则幅频特性|Gj ω|=)()(22w I w R +;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．ω从0变化到+∞时,惯性环节的频率特性极坐标图在____第四____象限,形状为___半___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ξ的范围为10<<ξ; 24．Gs=1+Ts K的环节称为___惯性__环节;25．系统输出量的实际值与_输出量的希望值__之间的偏差称为误差;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 、 快速性 和准确性是对自动控制系统性能的基本要求;28．二阶系统的典型传递函数是2222nn nw s w s w ++ξ;29．设系统的频率特性为)(jI )j (R )j (G ω+ω=ω,则)(R ω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ωr 与阻尼系数ξ的关系为ωr =ωn122-ξ;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,采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ξ=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. I 型系统G s Ks s ()()=+2在单位阶跃输入下,稳态误差为 0 ,在单位加速度输入下,稳态误差为 ∞ ;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ωc 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 调节器3. =1s a+,a 为常数;A. Le －atB. Le atC. Le－t －aD. Le－t+at 2e 2t= A. 123()s - B. 1a s a ()+C.223()s + D. 23s5.若Fs=421s +,则Lim f t t →0()= A. 4 B. 2 C. 0 D. ∞ 6.已知ft=e at,a 为实数,则L f t dt t()0⎰=A. as a- B. 1a s a ()+ C.1s s a ()- D. 1a s a ()-t=3202t t ≥<⎧⎨⎩,则Lft=A. 3sB. 12s e s -C. 32s e s -D. 32se s 8.某系统的微分方程为52000 () ()()()x t x t x t x t i +⋅=,它是A.线性系统B.线性定常系统C.非线性系统D.非线性时变系统 9.某环节的传递函数为Gs=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. 11RCs + B. RCs RCs +1C. RCs+1D. RCs RCs+1 11.二阶系统的传递函数为Gs=341002s s ++,其无阻尼固有频率ωn 是A. 10B. 5C.D. 25 12.一阶系统K Ts 1+的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为 A. K T B. KT C. -K T2D. K T 213.某系统的传递函数Gs=KT s +1,则其单位阶跃响应函数为A. 1T e Kt T -/B. K Te t T -/ C. K1－e －t/TD. 1－e－Kt/T14.图示系统称为 型系统;A. 0B. ⅠC. ⅡD. Ⅲ15.延时环节Gs=e－τs的相频特性∠Gjω等于A. τωB. –τωC.９０°D.１８０°16.对数幅频特性的渐近线如图所示,它对应的传递函数Gs为A. 1+TsB. 11+TsD. 1+Ts2C. 1Ts17.图示对应的环节为A. TsB. 11+TsC. 1+TsD. 1Ts18.设系统的特征方程为Ds=s3+14s2+40s+40τ=0,则此系统稳定的τ值范围为A. τ>0B. 0<τ<14C. τ>14D. τ<019.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20.若系统的Bode 图在ω=5处出现转折如图所示,这说明系统中有环节; A. 5s+1 B. 5s+12C. +1D.10212(.)s +21.某系统的传递函数为Gs=()()()()s s s s +-+-72413,其零、极点是 A.零点s=－,s=3;极点s=－7,s=2 B.零点s=7,s=－2;极点s=,s=3C.零点s=－7,s=2;极点s=－1,s=3D.零点s=－7,s=2;极点s=－,s=3 22.一系统的开环传递函数为32235()()()s s s s +++,则系统的开环增益和型次依次为A. 0.4,ⅠB. ,ⅡC. 3,ⅠD. 3,Ⅱ23.已知系统的传递函数Gs=K Te sts 1+-,其幅频特性｜Gj ω｜应为A. K T e 1+-ωτB. KT e 1+-ωτωC.K T e 2221+-ωτω D.K T 122+ω24.二阶系统的阻尼比ζ,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25.设ωc 为幅值穿越交界频率,φωc 为开环频率特性幅值为1时的相位角,则相位裕度为A. 180°－φωcB. φωcC. 180°+φωcD. 90°+φωc 26.单位反馈控制系统的开环传递函数为Gs=45s s ()+,则系统在rt=2t 输入作用下,其稳态误差为A. 104B. 54C. 45D. 0 27.二阶系统的传递函数为Gs=1222s s n n++ζωω,在0＜ζ＜22时,其无阻尼固有频率ωn 与谐振频率ωr 的关系为A. ωn <ωrB. ωn =ωrC. ωn >ωrD. 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.减少系统的阻尼D.减少系统的固有频率29.下列串联校正装置的传递函数中,能在频率ωc =4处提供最大相位超前角的是A. 411s s ++B. s s ++141C. 01106251..s s ++ D. 06251011..s s ++30.从某系统的Bode 图上,已知其剪切频率ωc ≈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A. 000410041..s s ++B. 04141.s s ++C. 41101s s ++ D. 41041s s ++. 单项选择题每小题1分,共30分二、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、_______和_______有关;2.一个单位反馈系统的前向传递函数为K s s s3254++,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t s 与阻尼比、_______和_______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+5s 2+4s+K=0,K 43.误差带 无阻尼固有频率分贝线 －180°线5.本身参数和结构 输入1． 线性系统和非线性系统的根本区别在于CA ．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 BA ．代数方程B ．特征方程C ．差分方程D ．状态方程3． 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DA ．脉冲函数B ．斜坡函数C ．抛物线函数D ．阶跃函数 4．设控制系统的开环传递函数为Gs=)2s )(1s (s 10++,该系统为BA ．0型系统B ．I 型系统C ．II 型系统D ．III 型系统5．二阶振荡环节的相频特性)(ωθ,当∞→ω时,其相位移)(∞θ为 BA ．-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 AA.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—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Gs,反馈通道的传递函数为Hs,则其等效传递函数为 CA ．)s (G 1)s (G + B ．)s (H )s (G 11+C ．)s (H )s (G 1)s (G +D ．)s (H )s (G 1)s (G -8． 一阶系统Gs=1+Ts K 的时间常数T 越大,则系统的输出响应达到稳态值的时间AA ．越长B ．越短C ．不变D ．不定9．拉氏变换将时间函数变换成DA ．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DA ．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Gs=1Ts K+,则其频率特性的实部R ω是A A ．22T 1Kω+ B ．-22T1Kω+C ．T1K ω+D ．-T1K ω+12. 微分环节的频率特性相位移θω= AA. 90°B. -90°C. 0°D. -180°13. 积分环节的频率特性相位移θω= BA. 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 CA.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 CA.充分条件B.必要条件C.充分必要条件D.以上都不是16. 有一线性系统,其输入分别为u 1t 和u 2t 时,输出分别为y 1t 和y 2t;当输入为a 1u 1t+a 2u 2t 时a 1,a 2为常数,输出应为 BA. a 1y 1t+y 2tB. a 1y 1t+a 2y 2tC. a 1y 1t-a 2y 2tD. y 1t+a 2y 2t17. I 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 BA. -40dB/decB. -20dB/decC. 0dB/decD. +20dB/dec 18. 设系统的传递函数为Gs=255252++s s ,则系统的阻尼比为CA.25B. 5C. 21D. 119．正弦函数sintω的拉氏变换是BA.ω+s 1B.22s ω+ωC.22s s ω+ D.22s 1ω+20．二阶系统当0<ζ<1时,如果增加ζ,则输出响应的最大超调量%σ将 BA.增加B.减小C.不变D.不定 21．主导极点的特点是DA.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costω的拉氏变换是CA.ω+s 1B.22s ω+ωC.22s s ω+ D.22s 1ω+23．设积分环节的传递函数为Gs=s1,则其频率特性幅值M ω=CA.ωKB.2K ω C.ω1 D.21ω24. 比例环节的频率特性相位移θω= C° ° ° °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CA.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,DA.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θω在 D 之间;°和90° °和－90° °和180° °和－180° 29. 某二阶系统阻尼比为,则系统阶跃响应为 CA. 发散振荡B. 单调衰减C. 衰减振荡D. 等幅振荡 二．设有一个系统如图1所示,k 1=1000N/m, k 2=2000N/m, D=10N/m/s,当系统受到输入信号t t x i sin 5)(= 的作用时,试求系统的稳态输出)(t x o ;15分 解：()()()1015.001.021211+=++=s sk k Ds k k Ds k s X s X i o 然后通过频率特性求出 ()() 14.89sin 025.0+=t t x o三．一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 解：100718K K =+,07K =2 ()()8025.07+=s s X s X i o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Gs 的表达式；5分 2. 概略绘制系统的Nyquist 图;5分 1．)100s )(01.0s (s 100)1100s )(101.0s (s K)s (G ++=++=2．五．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 2. 求传递函数)()(s X s X i o 及)()(s N s X o ;10分六．系统如图5所示,)(1)(t t r =为单位阶跃函数,试求：10分 1. 系统的阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn ;5分2. 动态性能指标：超调量M p 和调节时间%)5(=∆s t ;5分1．)2s (s )2S (S 4n 2nξω+ω=+ 2．%5.16%100eM 21p =⨯=ξ-ξπ-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e ss ≤225.时,K的数值;10分由劳斯判据：第一列系数大于零,则系统稳定得54K 0<< 又有：K9e ss =≤可得：K ≥4 ∴ 4≤K ＜54八．已知单位反馈系统的闭环传递函数32)(+=Φs s ,试求系统的相位裕量γ;10分解：系统的开环传递函数为1s 2)s (W 1)s (W )s (G +=-=112|)j (G |2cc =+ω=ω,解得3c =ω三、设系统的闭环传递函数为Gcs=ωξωωnn ns s 2222++,试求最大超调量σ％=%、峰值时间tp=秒时的闭环传递函数的参数ξ和ωn 的值;解：∵%100%21⨯=--ξξπσe=%∴ξ= ∵t p =πωξn 12-＝∴ωn =πξt p 13140210622-=-=...s四、设一系统的闭环传递函数为G c s=ωξωωnn nss 2222++,试求最大超调量σ％=5%、调整时间t s =2秒△=时的闭环传递函数的参数ξ和ωn的值;解：∵%100%21⨯=--ξξπσe =5%∴ξ= ∵t s =ξωn 3＝2∴ωn = rad/s五、设单位负反馈系统的开环传递函数为 )6(25)(+=s s s G k 求1系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn ；2系统的峰值时间t p 、超调量σ％、 调整时间t S △=；解：系统闭环传递函数2562525)6(25)6(251)6(25)(2++=++=+++=s s s s s s s s s G B 与标准形式对比,可知 62=n w ξ ,252=n w故 5=n w , 6.0=ξ 又 46.015122=-⨯=-=ξnd w w六、某系统如下图所示,试求其无阻尼自然频率ωn ,阻尼比ζ,超调量σ％,峰值时间p t ,调整时间s t △=;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;与标准形式对比,可知 08.02=n w ξ ,04.02=n w 七、已知单位负反馈系统的开环传递函数如下： 求：1 试确定系统的型次v 和开环增益K ； 2试求输入为t t r 31)(+=时,系统的稳态误差; 解：1将传递函数化成标准形式 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,t t r 31)(+=,即A ＝1,B ＝3 根据表3—4,误差06.006.00503111=+=+∞+=++=V p ss K B K A e 八、 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下： 求：1 试确定系统的型次v 和开环增益K ； 2试求输入为2425)(t t t r ++=时,系统的稳态误差; 解：1将传递函数化成标准形式可见,v ＝2,这是一个II 型系统 开环增益K ＝100； 2讨论输入信号,2425)(t t t r ++=,即A ＝5,B ＝2, C=4根据表3—4,误差04.004.00010042151=++=+∞+∞+=+++=a V p ssK C K B K A e 九、 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下： 求：1 试确定系统的型次v 和开环增益K ； 2试求输入为2252)(t t t r ++=时,系统的稳态误差; 解：1该传递函数已经为标准形式 可见,v ＝0,这是一个0型系统 开环增益K ＝20；2讨论输入信号,2252)(t t t r ++=,即A ＝2,B ＝5,C=2 根据表3—4,误差∞=∞+∞+=+++=+++=212020520121Ka C K B K A e V p ss十、设系统特征方程为s 4+2s 3+3s 2+4s+5=0试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性;解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a 4=1,a 3=2,a 2=3,a 1=4,a 0=5均大于零,且有所以,此系统是不稳定的; 十一、设系统特征方程为试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性;解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a 4=1,a 3=6,a 2=12,a 1=10,a 0=3均大于零,且有 所以,此系统是稳定的; 十二、设系统特征方程为试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性;解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a 4=1,a 3=5,a 2=2,a 1=4,a 0=3均大于零, 且有所以,此系统是不稳定的; 十三、设系统特征方程为试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性;解：1用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别,a 3=2,a 2=4,a 1=6,a 0=1均大于零,且有所以,此系统是稳定的;十四、设系统开环传递函数如下,试绘制系统的对数幅频特性曲线;解：该系统开环增益K ＝30；有一个积分环节,即v ＝1；低频渐近线通过1,20lg30这点,斜率为－20dB/dec ；有一个惯性环节,对应转折频率为5002.011==w ,斜率增加－20dB/dec;系统对数幅频特性曲线如下所示;20lg30十五、设系统开环传递函数如下,试绘制系统的对数幅频特性曲线;解：该系统开环增益K ＝100；有一个积分环节,即v ＝1；低频渐近线通过1,20lg100这点,即通过1,40这点斜率为－20dB/dec ； 有两个惯性环节,对应转折频率为101.011==w ,10001.012==w ,斜率分别增加－20dB/dec系统对数幅频特性曲线如下所示;十六、设系统开环传递函数如下,试绘制系统的对数幅频特性曲线;解：该系统开环增益K ＝1；无积分、微分环节,即v ＝0,低频渐近线通过1,20lg1这点,即通过1,0这点斜率为0dB/dec ；有一个一阶微分环节,对应转折频率为101.011==w ,斜率增加20dB/dec;系统对数幅频特性曲线如下所示;dec十七、如下图所示,将方框图化简,并求出其传递函数;解：十八、如下图所示,将方框图化简,并求出其传递函数; 解：十九、如下图所示,将方框图化简,并求出其传递函数;L /dB20 dB / dec 10rad/s一一H 1G 1 G 2H 2 RSCS一 一H 1/G 2 G 1 G 2H 2RS CS一 H 1/G 2 G 1 RS CS G 2 1+ G 2H 2 一H 1/G 2RSCS G 1G 2 1+ G 2H 2 RSCSG 1G 2 1+ G 2H 2+G 1H 1解：三、简答题共16分1.4分已知系统的传递函数为2432s s ++,求系统的脉冲响应表达式;2.4分已知单位反馈系统的开环传递函数为K s s ()71+,试问该系统为几型系统系统的单位阶跃响应稳态值为多少3.4分已知二阶欠阻尼系统的单位阶跃响应如下,如果将阻尼比ζ增大但不超过1,请用文字和图形定性说明其单位阶跃响应的变化;4.4分已知各系统的零点o 、极点x 分布分别如图所示,请问各个系统是否有非主导极点,若有请在图上标出; 四、计算题本大题共6小题,共44分一 一 G 1G 3H 1 RSCSG 2H 1一 H 1 G 3 RSCSG 1G 2 1+ G 2H 1RSCSG 1G 2G 31+ G 2H 1+ G 1G 2H 1一一G 1G 3RSCSG 2H 11.7分用极坐标表示系统14212s s ++的频率特性要求在ω→∞、ω=0、ω=ωn 等点准确表示,其余定性画出;2.7分求如下系统Rs 对Cs 的传递函数,并在图上标出反馈通道、顺馈通道;3.6分已知系统的调节器为问是否可以称其为PID 调节器,请说明理由;4.8分求如图所示机械网络的传递函数,其中X 为输入位移,Y 为输出位移;5.10分已知单位反馈闭环系统的开环传递函数为40110011s s s (.)(.)++,请绘出频率特性对数坐标图Bode 图,并据图评价系统的稳定性、动态性能和静态性能要说明理由;6.6分请写出超前校正装置的传递函数,如果将它用于串联校正,可以改善系统什么性能 三、简答题共16分1.24311132s s s s ++=++-+ gt=e －t －e －3t ,t ≥0 2.Ⅰ型；稳态值等于13.上升时间变大；超调量减少；调节时间减小大体上；4.无非主导极点；非主导极点；非主导极点四、计算题共44分1.ω→∞点ω=0点ωn=点曲线大体对2.C sR s G G GG Gf() ()() =++13.6分G0s=T3+T4+T3T4s+1/sG 0s 由比例部分T 3+T 4、微分部分T 3T 4s 及积分部分1/s 相加而成 4.8分B ( )xy Ky --=0 Gs=Ts Ts +1,T=B/k 5.开环传递函数在复半平面无极点,据图相位裕度为正,幅值裕度分贝数为正,根据乃奎斯特判据,系统稳定;系统为Ⅰ型,具有良好的静态性能;相位裕度约为60度,具有良好的动态性能;s=K Ts Tsαα++≥111,可增加相位裕度,调整频带宽度;设系统的特征方程为DS ＝S 5+3S 4+4S 3+12S 2-5S-15 试用Routh 表判别系统的稳定性,并说明该系统具有正实部特征根的个数; 解：根据特征方程的系数,列Routh 表如下：S 5 1 4-5 0S 4 3 12 -15 0 S 3由第二行各元素得辅助方程2p=4,p=2FS= 3S 4+12S 2-15=0 取FS 对S 的导数,则得新方程12S3+24S＝0得如下的Routh表S5 1 4 -5 0S4 3 12 -15 0S312 24 0 0S2 6 -15 0S154 0S0-15 符号改变一次,系统不稳定该系统具有正实部特征根个数为1;。
机械工程控制基础试卷及答案
第1页（共9页）《机械工程控制基础》试卷（A 卷）一、填空题（每空1分, 共20分）1.对控制系统的基本要求是 系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 。
2.已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 1/s2+1/s 或者（1+s ）/s2 。
3.二阶系统的极点分别为s1=−0.5,s2=−4, 系统增益为2, 则其传递函数G(S)= 2/(s+0.5)(s+_4)4.零频幅值A(0)表示当频率 接近于零时, 闭 环系统输出的幅值与输入幅值之比。
5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题, 机械工程控制就是研究系统、输入、输出三者之间的动态关系。
6、系统的频率特性求取有三种方法: 根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s 换为 jw 来求取。
8、微分环节的控制作用主要有 使输出提前 、 增加系统的阻尼 、 强化噪声 。
9、二阶系统的传递函数为 , 其中 为系统的 无阻尼固有频率 , 当 时为 欠阻尼 系统。
在阻尼比ξ<0.707时, 幅频特性出现峰值, 称谐振峰值, 此时的频率称谐振频率ωr ＝ 。
10、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为相似系统。
11.对自动控制系统按照输出变化规律分为自动调节系统、随动系统、程序控制系统。
12.对积分环节而言, 其相频特性∠G(jw)=-900。
二、名词解释（每个4分, 共20分）1.闭环系统: 当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时, 称之为闭环系统。
2、系统稳定性：指系统在干扰作用下偏离平衡位置, 当干扰撤除后, 系统自动回到平衡位置的能力。
3.频率特性: 对于线性定常系统, 若输入为谐波信号, 那么稳态输出一定是同频率的谐波信号, 输出输入的幅值之比及输出输入相位业班级： 姓名： 学号：……………密………………………………封………………………………线…………………………第2页（共9页）之差统称为频率特性。
机械控制工程基础第二版课后答案
机械控制工程基础第二版课后答案【篇一：《控制工程基础》王积伟_第二版_课后习题解答(完整)】解：1)工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△u＝u1－u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制大门的开启。
当大门在打开位置，u2＝u上：如合上开门开关，u1＝u上，△u＝0，大门不动作；如合上关门开关，u1＝u下，△u0，大门逐渐关闭，直至完全关闭，使△u＝0。
当大门在关闭位置，u2＝u下：如合上开门开关，u1＝u上，△u0，大门执行开门指令，直至完全打开，使△u＝0；如合上关门开关，u1＝u下，△u＝0，大门不动作。
2)控制系统方框图4解：1)控制系统方框图2)工作原理：a)水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球顶杆的长度给定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。
当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小），进入水箱的水流量增加（减小），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），进水阀开度增大（减小）量减小，直至达到新的水位平衡。
此为连续控制系统。
b) 水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球拉杆的长度给定。
杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。
当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），到一定程度后，在浮球拉杆的带动下，电磁阀开关被闭合（断开），进水阀门完全打开（关闭），开始进水（断水），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），直至达到给定的水位高度。
随后水位进一步发生升高（降低），到一定程度后，电磁阀又发生一次打开（闭合）。
此系统是离散控制系统。
2-1解：（c）确定输入输出变量（u1，u2）u1?i1r1?i2r2u2?i2r2u1?u2?1c?(idt2?i1)dt得到：cr2du2?(1?r2r1)u2?cr2du1dt?r2r1u1一阶微分方程（e）确定输入输出变量（u1，u2）u1?ir1?ir2? i? u1?u2r1c?idt消去i得到：(r1?r2)一阶微分方程du2dt?u2c?r2du1dt?u1c第二章2-2解：1）确定输入、输出变量f(t)、x2f(t)?fk1(t)?fb1(t)?fb3(t)?m1fb3?f?f?m2dx2(t)dtdx1dt22dx1(t)dt222）对各元件列微分方程：k2b2fk1?k1x1;fb1?b1fb3?b3d(x1?x2)dt;fk2?k2x223）拉氏变换：f(s)?k1x1(s)?b1sx1(s)?b3s[x1(s)?x2(s)]?m1sx1(s)b3s[x1(s)?x2( s)]?k2x2(s)?b2sx2(s)?m2sx2(s)24）消去中间变量：f(s)?b3sx2(s)?(b1s?k1?b3s?m1s)2b3s?k2?b3s?m2sb3s2x2(s)5）拉氏反变换：m1m2dx2dt44?(b1m2?b2m1?bsm2?b3m1)dx2dtdx2dt33?(b1b3?b1b2?bsb2?k1m2?m1k2)dfdtdx2dt22?(k1b2?k1b3?k2b1?k2b3)?k1k2x2?b32-3 解：（2）2s?1?1s?22e?t?e?2t （4）199s?4e?4t?19119s?1?t?1123(s?1)?t?e?13te1(s?1)2（5）?2(s?2)?2(s?1)??2e?2t?2e?t?te?t （6）?0.25?2ss?42?0.5?2?2s?42?2s?1?2.5s?t?0.5cos2t?sin2t?2e?2.52-5解：1)d(s)=0,得到极点：0,0,-2,-5m(s)=0,得到零点：－1，??，??，?? 2) d(s)=0,得到极点：－2，－1，－2 m(s)=0,得到零点：0，0，－1 3) d(s)=0,得到极点：0， ?1?j3，?1?j32m(s)=0,得到零点：－2，??，??4) d(s)=0,得到极点：－1，－2，?? m(s)=0,得到零点：??2-8解：1）a）建立微分方程??mx(t)?f(t)?fk1(t)?fk2(t)f(t)?abfi(t)fk1(t)?k1x0(t)fk2(t)?k2(x0(t)?x(t))fk2(t)?fb(t)?bdx(t)dtb)拉氏变换msx0(s)?f(s)?ff(s)?abfi(s)2k1(s)?fk2(s)fk1(s)?k1x0(s)fk2(s)?k2(x0(s)?x(s))fk2(s)?bsx(s)c)画单元框图（略）d)画系统框图??mx0(t)?fk(t)?fb1(t)?fb2(t)fk(t)?k(xi(t)?x0(t))2)a)建立微分方程：fb1(t)?b1fb2(t)?b2d(xi(t)?xo(t))dtdxo(t)dtmsxo(s)?fk(s)?fb1(s)?fb2(s)2b)拉氏变换：fk(s)?k(xi(s)?xo(s))fb1(s)?b1s(xi(s)?xo(s))fb2(s)?b2sx0(s)c)绘制单元方框图（略）4)绘制系统框图【篇二：机械工程控制基础第二版答案】p> 234【篇三：2机械控制工程基础第二章答案】是线性系统?其最重要的特性是什么?下列用微分方程表示的系统中,xo表示系统输出,xi表示系统输入,哪些是线性系统? (1) ??o?2x (3) ??o?2x??2x?2x (2) ???2x??2tx?2x xxxoooioooi??2x?2x(4) ???2xx??2tx?2x xxooiooooi解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。
《机械工程控制基础》课后完整答案
封面作者：Pan Hongliang仅供个人学习目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。
第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。
图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。
图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。
试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。
解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，可保持液面高度稳定。
《机械工程控制基础》课后答案.pdf
第二节 拉普拉斯变换
第三节 拉普拉斯变换的基本定理
第四节 拉普拉斯逆变换
第四章 传递函数
第一节 传递函数的概念与性质
第二节 线性控制系统的典型环节
第三节 系统框图及其运算
第四节 多变量系统的传递函数
第五章 时间响应分析
第一节 概述
第二节 单位脉冲输入的时间响应
第三节 单位阶跃输入的时间响应
第四节 高阶系统时间响应
X(t)=0
其它
X(t)
一 AT
0
t
图8
脉冲函数的强度为 A，即图形面积。 单位脉冲函数（δ 函数）定义为 δ(t)= d 1(t)
dt
性质有: δ(t)=0 t≠0
δ(t)=∞ t＝0
且
(t)dt = 1
−
5
X(t)
δ(t)
0
t
图9
强度为 A 的脉冲函数 x(t)也可写为 x(
t)=Aδ(t) 必须指出，脉冲函数 δ(t)在现实中是不存在的，它只有数学上的意
第六章
频率响应分析
第一节 谐和输入系统的定态响应
第二节 频率特性极坐标图
第三节 频率特性的对数坐标图
第四节 由频率特性的实验曲线求系统传递函数
第七章
控制系统的稳定性
第一节 稳定性概念
第二节 劳斯判据
第三节 乃奎斯特判据
第四节 对数坐标图的稳定性判据
第八章
控制系统的偏差
第一节 控制系统的偏差概念
1
第二节 输入引起的定态偏差 第三节 输入引起的动态偏差 第九章 控制系统的设计和校正 第一节 综述 第二节 希望对数幅频特性曲线的绘制 第三节 校正方法与校正环节 第四节 控制系统的增益调整 第五节 控制系统的串联校正 第六节 控制系统的局部反馈校正 第七节 控制系统的顺馈校正
机械工程控制基础简答题答案（1）[1]
![机械工程控制基础简答题答案（1）[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/919e49b00129bd64783e0912a216147917117e0f.png)
机械⼯程控制基础简答题答案（1）[1]1.何谓控制系统，开环系统与闭环系统有哪些区别？答：控制系统是指系统的输出，能按照要求的参考输⼊或控制输⼊进⾏调节的。
开环系统构造简单，不存在不稳定问题、输出量不⽤测量；闭环系统有反馈、控制精度⾼、结构复杂、设计时需要校核稳定性。
2.什么叫相位裕量？什么叫幅值裕量？答：相位裕量是指在乃奎斯特图上，从原点到乃奎斯特图与单位圆的交点连⼀直线，该直线与负实轴的夹⾓。
幅值裕量是指在乃奎斯特图上，乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数。
3.试写出PID控制器的传递函数？答：G C(s)=K P+K Ds+K I/s4,什么叫校正（或补偿）？答：所谓校正（或称补偿），就是指在系统中增加新的环节或改变某些参数，以改善系统性能的⽅法。
5.请简述顺馈校正的特点答：顺馈校正的特点是在⼲扰引起误差之前就对它进⾏近似补偿，以便及时消除⼲扰的影响。
6.传函的主要特点有哪些？答：（1）传递函数反映系统本⾝的动态特性，只与本⾝参数和结构有关，与外界输⼊⽆关；（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶数必不少于分⼦中s的阶数；（3）传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理结构系统，只要他们的动态特性相同，其传递函数相同。
7.设系统的特征⽅程式为4s4+6s3+5s2+3s+6=0，试判断系统系统的稳定性。
答：各项系数为正，且不为零，满⾜稳定的必要条件。
列出劳斯数列：s4 4s3 6 3s2 3 6s1 -25/3s0 6所以第⼀列有符号变化，该系统不稳定。
8.机械控制⼯程主要研究并解决的问题是什么？答：（1）当系统已定，并且输⼊知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本⾝的有关问题，即系统分析。
（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输⼊应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。
（3）当输⼊已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出⾦肯符合给定的最佳要求，此即最优设计。
机械控制工程基础_习题集(含答案)
《机械控制工程基础》课程习题集一、单选题1. t e 2-的拉氏变换为（ ）。
A.s21； B. 15.0+s ； C. 21+s ；D.21se 2- 2. )(tf 的拉氏变换为)2(6][+=s s s F ，则)(t f 为（ ）。
A. te23-； B. te21--； C. )1(32t e --； D. te26-3. 脉冲函数的拉氏变换为（ ）。
A. 0 ；B. ∞；C. 常数；D. 变量4. ()t t f δ5)(=，则=)]([t f L （ ）。
A. 5 ；B. 1 ；C. 0 ；D.s55. 已知)52)(2(33)(22+++++=s s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ）。
A. ∞ ； B. 0 ； C. 0.6 ； D. 0.36. 已知)45(32)(22++++=s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ）。
A. 0 ；B. ∞ ；C. 0.75 ；D. 37. 已知sn e sa s F τ-=2)(其反变换f (t)为（ ）。
A.)(ττa t n a -⋅； B. )(τn t a -⋅； C. τn te a -⋅； D. )(1τn t a-⋅ 8. 已知)1(1)(+=s s s F ，其反变换f (t)为（ ）。
A. te -1； B. te -+1； C. te --1； D. 1--te9. 已知t e t f t 2sin )(-=的拉氏变换为（ ）。
A.se s 2242-+ ； B. 4)4(22++s ； C.4)1(2++s s； D.se s s 224-+ 10. 图示函数的拉氏变换为（ ）。
A.)1(12s e s a ττ--； B. )1(12s e s a ττ--； C. )1(1se s a ττ--；D. )1(12s e sa ττ- 11. 若)(∞f =0，则][s F 可能是以下（ ）。
机械工程控制基础练习题及答案
选择题.1. 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2. 系统的输出信号对控制作用的影响（）。
A. 开环有B. 闭环有C. 都有3. 若F(s)=421s+，则Lim f tt→0()=( )。
A. 4B. 2C. 04. 放大环节对数幅频特性为位于横轴上方与角频率ω无关且平行于横轴的直线，则其放大倍数K（）。
A. K 〉10B. K 〉1C. K 〉05. 对于系统的抗干扰能力（）。
A. 闭环强B. 开环强C. 两者一样6. 积分环节的频率特性与（）重合。
A. 负虚轴B.正虚轴C. 虚轴7. 放大环节对数幅频特性为位于横轴上方与角频率ω无关且平行于横轴的直线，则其放大倍数K（）。
A. K =1B. K 〉1C. K < 18. 传递函数是复变量s的有理真分式函数，分子的阶数m( )分母的阶数n 且所有系数均为实数。
A. 大于或等于B. 大于C. 小于或等于9. 线性系统稳定的充分必要条件是它的所有特征根具有（）的实数部分。
A. 负B. 正C. 零10. 系统的输出信号对控制作用的影响（）。
A. 开环有B. 闭环有C. 都有11.对于欠阻尼二阶系统,下列描述正确的的是（）。
A. 当ξ保持不变时，ωn 越大，系统的超调量σP越大B. 当ωn 不变时，阻尼比ξ越大，系统的调整时间ts越大C. 当ωn不变时，阻尼比ξ越大，系统的超调量σ越小12. 设单位反馈系统开环传递函数为G(s)=1/Ts,输入信号为r(t)=3t，则系统稳态误差ess等于（）。
A. TB. 3TC. 6T13. 惯性环节对数幅频特性曲线高频段的渐近线斜率为（）dB/dec。
A. 20B. -40C. -2014. 振荡环节对数幅频特性曲线高频段的渐近线斜率为（）dB/dec。
A. 20B. -40C. -2015. 下列校正环节的相位特征分别归类为相位超前校正的是（）。
A.P调节器B. PD调节器C. PID调节器16 当系统稳态性能不佳时，一般可采用以下措施改善（）。
机械控制工程基础_习题集(含答案)
《机械控制工程基础》课程习题集西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有习题【说明】：本课程《机械控制工程基础》（编号为09010）共有单选题,计算题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题]等试题类型未进入。
一、单选题1. t e 2-的拉氏变换为（ ）。
A.s21； B. 15.0+s ； C. 21+s ；D.21se 2- 2. )(tf 的拉氏变换为)2(6][+=s s s F ，则)(t f 为（ ）。
A. te23-； B. te21--； C. )1(32te--； D. t e 26-3. 脉冲函数的拉氏变换为（ ）。
A. 0 ；B. ∞；C. 常数；D. 变量4. ()t t f δ5)(=，则=)]([t f L （ ）。
A. 5 ；B. 1 ；C. 0 ；D.s55. 已知)52)(2(33)(22+++++=s s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ）。
A. ∞ ； B. 0 ； C. 0.6 ； D. 0.36. 已知)45(32)(22++++=s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ）。
A. 0 ；B. ∞ ；C. 0.75 ；D. 37. 已知sn e s a s F τ-=2)(其反变换f (t)为（ ）。
A.)(ττa t n a -⋅； B. )(τn t a -⋅； C. τn te a -⋅； D. )(1τn t a-⋅ 8. 已知)1(1)(+=s s s F ，其反变换f (t)为（ ）。
A. t e -1；B. t e -+1；C. t e --1；D. 1--t e9. 已知t e t f t 2sin )(-=的拉氏变换为（ ）。
A.ses 2242-+ ； B. 4)4(22++s ； C.4)1(2++s s； D.se s s 224-+ 10. 图示函数的拉氏变换为（ ）。
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色是能够应用___叠加__原理，而非线性控制系统则不能够。
2．反响控制系统是依照输入量和 __反响量 __的误差进行调治的控制系统。
3．在单位斜坡输入信号作用下，0 型系统的稳态误差e ss= ___。
4．当且仅当闭环控制系统特色方程的全部根的实部都是__负数__时，系统是牢固的。
5.方框图中环节的基本连接方式有串通连接、并联连接和__反响_连接。
6．线性定常系统的传达函数，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)28．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__相频特色 __。
9．积分环节的对数幅频特色曲线是一条直线，直线的斜率为__ －20__dB／ dec。
10．二阶系统的阻尼比ξ为_ 0_时，响应曲线为等幅振荡。
11．在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差e ss=__0__。
12．0型系统对数幅频特色低频段渐近线的斜率为___0___dB/dec ，高度为 20lgKp 。
13．单位斜坡函数 t 的拉氏变换为 1 。
s214.依照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能够概括为三个方面：稳定性、 __快速性 __和正确性。
16.系统的传达函数完好由系统的结构和参数决定，与__输入量、扰动量 __的形式没关。
17.决定二阶系统动向性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和_无阻尼自然振荡频率w n 。
18.设系统的频率特色Ｇ(j ω )=R( ω )+jI( ω ), 则幅频特色|G(jω )|=R2 (w)I 2 (w) 。
19.解析稳态误差时，将系统分为 0 型系统、I 型系统、II 型系统，这是按开环传达函数的 __积分 __环节数来分类的。
《机械工程控制基础》_李连进(习题解答)
G1G2G3
R(s)
1 G1G2H 1 G2G3 H2 G1G2G3
第 3 章 习题参考答案 3.1 略 3.2 tr，tp，td，ts 反映系统的快速性，即灵敏度，Mp 反映系统的相对稳定性。 3.3 T=4 3.4 T=0.256min；2.56℃
3.5（1）根据系统闭环传递函数标准形式可得：固有频率 n 2 ，阻尼比 1/ 2n 0.25 。
（2） c2 7.4s 1 ， 2 28.63
8.6
Gc (s)
1.25s 125s
1 1
，
c
பைடு நூலகம்
2
0.4s 1 ， 2
41.14
8.7
Gc (s)
s 1 s 5.7
8.8
Gc (s)
(0.14s 1)(0.1s 1) (s 1)( 1 s 1)
上升时间 tr 0.61s 、调整时间 ts 0.89s(2%) 、ts 0.70s(5%) ，最大超调量 M p 0.028 和
峰值时间 t p 0.79s
600 3.8 （1） s2 70s 600 3.9 （1） 0.952(1- e-105t )
（2） n 24.5rad / s ， 1.43 （2） 0.615(1- e-13t ) （3） 0.714(1- e-3.5t )
（2）根据最大超调量公式确定，计算出最大超调量 M p 0.47 。
调整时间 ts
3 n
6s
（允许误差为
5%）。
（3）开环放大倍数 K (1/ 2 )2 0.5 。
3.6 单位阶跃响应函数为：
机械工程控制基础 习题 带答案
e
2
0.2
1 0.22
52.7%
n 1
4
0.2 1 0.2
2
16.03 s
n
4 100 s 0.2 0.2
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
t T
1 T
1 1 Ts
令： t 1
得： T 0.256
0.98 1 e
再令：t 2 将 T 0.256 代入 xo 1 e 2分钟后，温度计的指示值： xo 1 e
t T
2 0.256
设单位负反馈系统的开环传递函数为 Gk ( s)
25 s( s 6)
s(s 1)(s 5) k 0
s3 6s2 5s k 0
s3 s2 s1 s0 1 6 30-k 6 k 5 k
当 k>0, 30-k>0
即要求： 30>k>0
系统闭环稳定
已知反馈系统的开环传递函数为
G( s) H ( s)
K s( s 1)
画出奈奎斯特轨迹，并判据判断系统的稳定性； 解：系统的开环频率特性为
（2）求闭环系统的阻尼比 和无阻尼自然频率 n ； 解： 系统闭环传递函数 GB ( s )
25 s 2 6s 25
n 2 对比二阶振荡环节的标准形式： 2 s 2n s n 2
可得：
n 5 0.6
机械工程控制基础答案
《机械工程控制基础》习题答案（1）生活中常见开环控制系统与闭环控制系统综合性能分析：如汽车空调的温度控制与冷库温度控制综合性能分析。
答：开环系统是指系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
其特点是结构简单，比较经济，但系统静特性差，控制精度不高，抗干扰能力差。
闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
其特点是结构复杂，但是控制精度高，动态性能好，抗干扰能力强。
同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。
在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。
因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
生活中闭环和开环控制的例子很多，比如汽车空调的温度控制，低端用手动开环控制，这种控制精度不高，而好一点的都用自动闭环控制，闭环控制更加节省能源，精度高，增加用户的舒适度（通过调节温度风门实现）。
又比如冷库温度控制，一般都是闭环PID，也比较容易实现，温度控制比较稳定，也就是制冷机组的控制，电加热器功率调节，如用开环控制则很明显温度调节不准，标定移植都不便。
（2）简单机械数学模型的建立，传递函数的推导：如建立脚踏自行车或电动自行车数学的模型。
答：工程中常用的数学模型有微分方程、传递函数、动态结构图和信号流图等。
微分方程是指系统中输入量和输出量以及它们各阶导数关系的数学表达式，传递函数是指在零初始条件下，具有线性特征的系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。
(完整word版)机械控制工程基础习题集
《机械控制工程基础》习题及解答目录第１章绪论第２章控制系统的数学模型第３章控制系统的时域分析第４章控制系统的频域分析第５章控制系统的性能分析第６章控制系统的综合校正第７章模拟考试题型及分值分布第1章绪论一、选择填空题1。
开环控制系统在其控制器和被控对象间只有（正向作用).P2A。
反馈作用 B.前馈作用 C.正向作用 D。
反向作用2.闭环控制系统的主反馈取自（被控对象输出端）。
P3A。
给定输入端 B.干扰输入端 C。
控制器输出端 D。
系统输出端3.闭环系统在其控制器和被控对象之间有(反向作用）。
P3A.反馈作用B.前馈作用C.正向作用D.反向作用A.输入量B.输出量 C。
反馈量 D。
干扰量4。
自动控制系统的控制调节过程是以偏差消除（偏差的过程)。
P2—3A.偏差的过程 B。
输入量的过程 C.干扰量的过程 D。
稳态量的过程5。
一般情况下开环控制系统是（稳定系统）。
P2A。
不稳定系统 B.稳定系统 C.时域系统 D。
频域系统6。
闭环控制系统除具有开环控制系统所有的环节外,还必须有(B)。
p5A.给定环节 B。
比较环节 C.放大环节 D。
执行环节7。
闭环控制系统必须通过(C）。
p3A.输入量前馈参与控制B.干扰量前馈参与控制C。
输出量反馈到输入端参与控制 D。
输出量局部反馈参与控制8。
随动系统要求系统的输出信号能跟随（C的变化)。
P6A。
反馈信号 B。
干扰信号 C.输入信号 D。
模拟信号9.若反馈信号与原系统输入信号的方向相反则为(负反馈）。
P3A。
局部反馈 B.主反馈 C.正反馈 D。
负反馈10．输出量对系统的控制作用没有影响的控制系统是（开环控制系统）。
P2A.开环控制系统B.闭环控制系统C.反馈控制系统 D。
非线性控制系统11.自动控制系统的反馈环节中一般具有（ B ）。
p5A.。
给定元件B.检测元件 C．放大元件 D．执行元件12. 控制系统的稳态误差反映了系统的〔B 〕p8A。
快速性 B.准确性 C。
最终版《机械工程控制基础》课后答案.doc
第三节电气系统的数学模型
1.阻容感网络系统
图20
由基尔霍夫第一定律（封闭系统）
Ui(t)-UR(t)-Uc(t)-UL(t)=0
Ui(t)-Ri(t)- -L =0
=L +R + 二阶微分方程
2．放大器网络系统
图21
1）比例运算放大器
由 ij(t)=0
i1(t)=i2(t)+i3(t)
3．斜坡函数（恒速信号）
x(t)=At t≥0
x(t)=0 t＜0
图10
在研究飞机系统时，常用恒速信号作为外作用来评价过渡过程。
4．恒加速信号
x(t)=At2/2 t≥0
x(t)=0 t＜0
图11
在研究卫星、航天技术的系统时，常用恒加速信号作为外作用来评价过渡过程。
5．正弦函数（谐波函数、谐和信号）
当xi(t)为任意函数时，可划分为n个具有强度Aj的脉冲函数的叠加，即
图25-2
图25-3
Xi（t）=
其中Aj=xi（jδt）. Δt =面积=强度
在某一个脉冲函数Ajδ(t-jδt)作用下，响应为Ajh(t-jδt)。
系统有n个脉冲函数，则响应为：
xo(t)= =
当n 时， ，nδt ，j. δt=τ，δt=dτ
第一章自动控制系统的基本原理
第一节控制系统的工作原理和基本要求
第二节控制系统的基本类型
第三节典型控制信号
第四节控制理论的内容和方法
第二章控制系统的数学模型
第一节机械系统的数学模型
第二节液压系统的数学模型
第三节电气系统的数学模型
第四节线性控制系统的卷积关系式
第三章拉氏变换
机械控制工程基础习题集
《机械控制工程基础》习题及解答目录第１章绪论第２章控制系统的数学模型第３章控制系统的时域分析第４章控制系统的频域分析第５章控制系统的性能分析第６章控制系统的综合校正第７章模拟考试题型及分值分布第1章绪论一、选择填空题1.开环控制系统在其控制器和被控对象间只有（正向作用）。
P2A.反馈作用B.前馈作用C.正向作用D.反向作用2.闭环控制系统的主反馈取自（被控对象输出端）。
P3A.给定输入端B.干扰输入端C.控制器输出端D.系统输出端3.闭环系统在其控制器和被控对象之间有（反向作用）。
P3A.反馈作用B.前馈作用C.正向作用D.反向作用A.输入量B.输出量C.反馈量D.干扰量4.自动控制系统的控制调节过程是以偏差消除（偏差的过程）。
P2-3A.偏差的过程B.输入量的过程C.干扰量的过程D.稳态量的过程5.一般情况下开环控制系统是（稳定系统）。
P2A.不稳定系统B.稳定系统C.时域系统D.频域系统6.闭环控制系统除具有开环控制系统所有的环节外，还必须有(B)。
p5A.给定环节B.比较环节C.放大环节D.执行环节7.闭环控制系统必须通过（C）。
p3A.输入量前馈参与控制B.干扰量前馈参与控制C.输出量反馈到输入端参与控制D.输出量局部反馈参与控制8.随动系统要求系统的输出信号能跟随（C的变化）。
P6A.反馈信号B.干扰信号C.输入信号D.模拟信号9.若反馈信号与原系统输入信号的方向相反则为（负反馈）。
P3A.局部反馈B.主反馈C.正反馈D.负反馈10．输出量对系统的控制作用没有影响的控制系统是（开环控制系统）。
P2A.开环控制系统B.闭环控制系统C.反馈控制系统D.非线性控制系统11.自动控制系统的反馈环节中一般具有（ B ）。
p5A..给定元件B.检测元件 C．放大元件 D．执行元件12. 控制系统的稳态误差反映了系统的〔 B 〕p8A. 快速性B.准确性C. 稳定性D.动态性13.输出量对系统的控制作用有直接影响的系统是（ B ）p3A.开环控制系统B.闭环控制系统C.线性控制系统D.非线性控制系统14.通过动态调节达到稳定后，被控量与期望值一致的控制系统为（无差系统）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.7习题与解答1-1工程控制论的研究对象和任务是什么？解: 工程控制理论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题。
具体地说，研究的是工程技术中的广义系统在一定的外界条件（即输入或激励，包括外加控制与外加干扰）作用下，从系统一定的初始状态出发，所经历的有其内部的固有特性（即系统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程：同时研究这一系统、输入和输出三者之间的动态关系。
工程控制理论的研究内容就系统、输入、输出三者之间的动态关系而言，工程控制论的研究内容大致可以归纳为如下五个方面：（1）当系统已定、输入已知时，求系统的输出，并且通过输出研究系统本身有关的问题，即系统分析问题。
（2）当系统已定时，求系统的输入，并且所确定的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即最优控制问题；（3）当输入已知时，确定系统，并且所确定的系统应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即最优设计问题；（4）当输出已知时，系统已定时，识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测问题；（5）当输入与输出均已知时，求系统的结构和参数，以建立系统的数学模型，即系统识别或者系统辨识问题。
1-2组成典型控制系统的主要环节有那些？它们各起到什么作用？典型反馈控制系统的基本组成：给定环节、测量环节、比较环节、放大运算环节、执行环节，组成了这一控制系统的控制部分，目的是对被控制对象实现控制。
给定环节：作用是给出输入信号的环节，用于确定被控制对象的“目标值”（或成为给定值），给定环节可以用各种形式（电量、非电量、数字量、模拟量等）发出信号。
测量环节：用于测量被控量，并把被控制量转换为便于传送的另外一个物理量。
如电位计将机械转角转换为电压信号。
比较环节：输入信号和测量环节测量的被控制量的反馈量相比较，得到偏差信号，其中比较包括幅值比较、相位比较和位移比较等。
放大运算环节：对偏差信号进行必要运算，然后进行功率的放大，推动执行环节。
常用的放大类型有电流放大、液压放大等。
执行环节：接收放大环节送来的控制信号，驱动被控制对象按照预期的规律运行。
执行环节一般是一个有源的功率放大装置，工作中要进行能量转换。
如把电能通过直流电机转化为机械能，驱动被控制对象进行机械运动。
1-3自动控制系统按照输出变化规律如何分类？按照反馈规律分为哪几类？1、按反馈情况分类（1）开环控制系统：是最简单的一种控制方式，特点是控制系统的控制量与被控制量之间只有前向通道，即只有从输入端到输出端的单方向通道，而无反向通道。
系统中只有输入信号对输出信号产生控制作用，输出信号不参与系统的控制。
（2）闭环控制系统：闭环控制系统不仅有一条从输入端到输出端的前向通道，还有一条从输出端到输入端的反馈通道。
参与系统控制的不只是系统的输入信号，还有输出信号，控制作用的传递路径是闭合的。
2．按输出变化规律分类（1）自动调节系统：在外界干扰下，系统的输出仍能保持为常量的系统，系统为闭环控制系统。
如恒温调节系统；（2）随动系统：在外界调节作用下，系统的输出能随着输入在广阔的范围内按任意规律变化的系统。
如炮瞄雷达系统；（3）程序控制系统：在外界条件的作用下，系统的输出按预先的程序产生变化的系统。
如全自动洗衣机系统。
1-4什么是反馈控制？日常生活中有许多闭环和开环系统，试举例说明。
反馈是工程控制论中的一个最基本、最重要的概念，是工程控制系统的一大特点。
所谓反馈，就是将系统的输出信号通过一定的检测元件变送返回到系统的输入端，并和系统的输入信号进行比较的过程。
家用空调系统、家用电冰箱系统是闭环控制系统；全自动洗衣机、电风扇、电动搅拌机等为开环系统1-5分析比较开环控制系统与闭环控制系统的特征、优缺点和应用场合的不同之处。
（1）开环控制系统：是最简单的一种控制方式，特点是控制系统的控制量与被控制量之间只有前向通道，即只有从输入端到输出端的单方向通道，而无反向通道。
系统中只有输入信号对输出信号产生控制作用，输出信号不参与系统的控制。
（2）闭环控制系统：闭环控制系统不仅有一条从输入端到输出端的前向通道，还有一条从输出端到输入端的反馈通道。
参与系统控制的不只是系统的输入信号，还有输出信号，控制作用的传递路径是闭合的。
开环控制系统结构简单，稳定性好，但抗干扰性能差，控制精度低。
一般用于对精度要求不高的场合；闭环控制系统具有反馈环节，抗干扰性能强，控制精度高，闭环系统稳定性差，成本高。
一般用于精度较高的场合 1-6对控制系统的基本要求是什么？对控制系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性，简称：稳、快、准。
（1）稳定性：动态过程中的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。
一个稳定系统在偏离平衡状态后，其输出信号应该随着时间而收敛，最后回到初始的平衡状态。
稳定性是系统工作的首要条件。
（2）快速性：当系统的输出信号与给定的输入信号之间产生偏差时，消除这种偏差的时间长短；（3）准确性：是指在调整过程结束后输出信号与给定的输入信号之间的偏差，或者称为静态精度，这也是衡量系统工作性能的重要指标。
第三章3-6已知系统的传递函数方框图如图 解：对干扰输入进行传递函数运算)(1})()]()()({[3421s X Ts k k s N s k k s X s G s N o o =+⋅⋅-⋅⋅-⋅ 得到：)()1()()(32143321s N sTs s k k k sk k k k k s G s X o ⋅++-=因此：要想干扰引起的输出为零，214)(k k sk s G =3-8分别求出所示的闭环系统以)(s R 、)(s N 为输入，以)(s C 、)(s B 、)(s E 、)(s Y 为输出的传递函数。
解:先求)(s R 为输入的传递函数，这时0)(=s NH G G s G s G s R s C 21211)()()()(+= H G G H G G s R s B 21211)()(+= H G G s R s E 2111)()(+= HG G G s R s Y 2111)()(+= 求以)(s N 为输入的函数，这时0)(=s RH G G s G s N s C 2121)()()(+= H G G H G s N s B 2121)()(+= H G G H G s N s E 2121)()(+-= HG G H G G s N s Y 21211)()(+-= 四章4-1什么是系统的时间响应？解：控制系统在外界作用的激励下，其输出量是随时间变化的函数。
通过对输出量的分析，可揭示系统本身的动态特性。
4-2什么是动态性能指标？动态性能指标有哪些？工程上为了定量评价系统性能的好坏，必须给出控制系统的性能指标的准确定义和定量计算方法。
稳定是控制系统正常运行的基本条件。
一个稳定系统的典型单位阶跃响应如图所示，由于响应过程分为动态过程和稳态过程，因此系统的动态性能指标和稳态性能指标就是分别针对这两个阶段而定义的。
系统的动态性能指标通常有如下几项：（1） 延迟时间(Deley Time) （2） 上升时间（Rise Time ）（3） 峰值时间（Peak Time ）p t （4） 调节时间（Setting Time ）s t （5） 超调量（Overshoot ）p M（6） 振荡次数N4-3什么是误差？什么是稳态误差？如何计算稳态误差？系统的误差按照定义方式的不同分为其输出端定义的误差和输入端定义的误差两种。
设)(t x or 是控制系统所希望的输出，)(t x o 是其实际的输出。
系统传递函数框图如图所示，则按照输出端定义的误差为)()()(1t x t x t e o or -=，拉氏变换记为)()()(01s X s X s E o r -=系统传递函数框图 按照输入端定义的误差（也称为偏差）为)(t e ，即)()()(t b t x t e i -=其拉氏变换式)(s E 为)()()()()()(s X s H s X s B s X s E o i i -=-=式中，)(s H 为反馈通道传递函数。
一般情况下，系统的偏差)(s E 与误差)(1s E 之间的关系为：)()()(1s E s H s E =或)()(1)(1s E s H s E =对于单位反馈系统，1)(=s H ，故)(s E 和)(1s E 相同。
一般以输入端定义的误差为准。
系统的稳态误差是指系统进入稳态后的误差。
稳态误差的定义为：)(lim t e e t ss ∞→=系统稳态误差的计算公式为)()(1)(lim )(lim )(lim )(lim 0s H s G s X s s sE s sE t e e i s s s t ss +⋅====→→→∞→4-8设单位反馈系统的开环传递函数为)5(4)(+=s s s G求这个系统的单位阶跃响应。
解：系统的闭环传递函数为4544)5(4)5(41)5(4)(1)()(2++=++=+++=+=s s s s s s s s s G s G s G B单位阶跃响应的拉氏变换为)1(13441311)4)(1(41)(+⋅-+⋅+=++⋅=s s s s s s s X o 故其时间响应为t t e e t x 431341)(--⋅+⋅-=4-9 设单位反馈控制系统的开环传递函数为)1(1)(+=s s s G试求系统单位阶跃响应的上升时间r t 、峰值时间p t 、超调量P M 和调整时间s t 。
解：系统的闭环传递函数为11)1(11)1(1)(1)()(2++=+++=+=s s s s s s s G s G s G B根据二阶系统的标准传递函数式，可知系统的固有频率1=n ω，12=n ξω，可知系统的5.0=ξ。
上升时间dr t ωβπ-=，其中0472.1)1(2=-=ξξβarctg ，8660.012=-=ξωωn d 。
故s t dr 42.2=-=ωβπ 峰值时间s t dp 6277.3==ωπ；超调量为%3.16%10021/=⨯=--ξξπe M p调整时间为：s t ns 85.044===ξω，)02.0(=∆ s t n s 65.033===ξω4-11如图4-24所示控制系统，已知)4)(12()2(8)(+++=s s s s s G ，当输入分别为t t x i 10)(=，2321)(t t t x i ++=时，求系统的稳态误差ss e解：系统的传递函数为)2(8)4)(12()2(8)4)(12()2(81)4)(12()2(8)(1)()(+++++=+++++++=+=s s s s s s s s s s s s s s G s G s G B根据公式)()(1)(lim )(lim )(lim )(lim 0s H s G s X s s sE s sE t e e i s s s t ss +⋅====→→→∞→已知输入的拉氏变换分别为210)(s s X i =，32621)(s s s s X i++= 系统的稳态误差分别为210)(ss X i =5.2)4)(12()2(81110lim )()(1)(lim )(lim )(lim )(lim 200=++++⋅⋅=+⋅====→→→→∞→s s s s ss s H s G s X s s sE s sE t e e s i s s s t ss 32621)(ss s s X i ++=∞=++++⋅++⋅=+⋅====→→→→∞→)4)(12()2(81162lim )()(1)(lim )(lim )(lim )(lim 320000s s s s s s s s s H s G s X s s sE s sE t e e s i s s s t ss6.6习题与解答6-1 什么叫频率响应，幅频特性，相频特性，实频特性，虚频特性？解：线性定常系统对谐波输入的稳态响应称为频率响应(Frequency response)。