机械工程控制基础期末试卷+答案1

机械工程控制基础

机械工程控制基础模拟卷

一、选择题

1. 控制工程主要研究并解决的问题之一是（ ）

A 、系统已定，输入不确定，求系统的输出

B 、系统已定，输入已知，求系统的输出（响应）

C 、系统已定，规定系统的输入

D 、系统不定，输入已知，求系统的输出（响应）

2. 已知机械系统的传递函数为,4

4)(2++=s s s G 则系统的阻尼比、增益和放大系数是（）。 A. , 1, 1 B. ,4,1 C. ,4,4 D. ,1,4

3. 弹簧-质量-阻尼系统的传递函数为1/（ms 2+cs+k ）,则系统的无阻固有频率ωn 为（ ）

A m k

B k m

C m c

D c m

4. 对于定常控制系统来说（ ）

A 、

表达系统的微分方程各项系数不随时间改变 B 、

微分方程的各阶微分项的幂为1 C 、 不能用微分方程表示

D 、 系统总是稳定的

5.微分环节反映了输入的变化趋势，可以应用于( )。

A. 增加系统阻尼

B. 减小系统阻尼

C. 减弱噪声的作用

D. 减小稳态误差

6. 系统方块图如图所示,其开环传递函数G k (S)是

（ ）

A 5S/(3S+1)

B (3S+1)/5S

C 1/[5S(3S+1)]

D 5/[S(3S+1)]

7.系统的输出误差为e(t)，其稳态误差为：（ ）

A )(lim 10s sE s →

B )(lim 0

s E s → C )(lim s E s ∞→ D )(lim 1s sE s ∞

→ 8. 比例环节的对数幅频特性曲线是一条（ ）。

A.水平线

B.垂直线

C.斜率为-20db/dec 的直线

D.斜率为-10db/dec 的直线

9. 所谓校正（又称补偿）是指（ ）

A 、加入PID 校正器

B 、在系统中增加新的环节或改变某些参数

C 、使系统稳定

D 、使用劳斯判据

10. PI 校正属于下面哪种校正方法：（ ）

A 相位超前校正

B 相位滞后校正

C 相位滞后超前校正

D 无法确定

二、 填空题

1. 设计控制系统基于以下几个要求： 、 和 。

2. 传递函数可定义为：在外界输入作用前，输入、输出的初始条件 为 时，线性定常系统的 与 之比。

3. 当阻尼比ξ大于0小于1时，系统称为 系统，当阻尼比ξ=0时，系统称为 系统，当阻尼比ξ=1时， 系统称为 系统，当阻尼比ξ大于1时系统称为 系统。

三、计算题

1. 列出如右图所示的系统的微分方程，并推出传递函数。

G 1(s)G 2

(s)

+-G 3(s)

++H 2(s)H 1(s)

+-图 4

2. 化简图示系统框图，并写出其传递函数

3. 已知传递函数如下图所示，求单位阶跃响应的最大超调量M p 和峰值时间t p

4.已知单位反馈系统的开环传递函数为:

)

5)(1(500)(++=s s s s G K ，求单位阶跃和单位斜坡函数输入作用下的稳态误差

5. 已知某系统的特征方程为s 4+s 3+4s 2+6s+9=0，试判别其系统的稳定性

6. 试绘制下列传递函数的Bode 图。

)

12()2(5)(2++=s s s s G

一.填空题(每小题分，共25分)

2．按系统有无反馈，通常可将控制系统分为和。

3．在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有、等。

4．反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统的程度。

5．一阶系统

1

1

Ts

的单位阶跃响应的表达是。

6．有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和。

7．频率响应是线性定常系统对输入的稳态响应。

8．稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与的类型有关。

9．脉冲信号可以用来反映系统的。

10. 阶跃信号的拉氏变换是。

二．图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）

炉温控制系统

图1 炉温控制结构图

试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。

三、如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分）

图2

四、求拉氏变换与反变换 (10分)

1． 求[0.5]t

te -l （5分）

2． 求1

3[](1)(2)

s

s s -++l （5分）

R

u 0

u i

L C

u 0

u i (a)

(b)

(c)

五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）

图3

六、图4示机械系统由质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度K 和外力)(t f 组成的机械动力系统。图4(a)中

)(t x o 是输出位移。当外力)(t f 施加3牛顿阶跃力后(恒速信号)，记录仪上记录质量m 物体的时间响应

曲线如图4（b ）所示。试求：

1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5分) 2）该系统的自由频率n ω、阻尼比ξ；(2分)

3）该系统的弹簧刚度质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度k ；（3分）

4）时间响应性能指标：上升时间s t 、调整时间r t 、稳态误差ss e （5分）。

1.0

x 0

图4(a) 机械系统 图4（b ）响应曲线

图4