机械控制工程基础练习题考试题及其答案
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1４、(南航考试题）系统结构如图所示，,
定义误差.
试求：(1）若希望(a)图中，系统所有得特征根位于s平面s=—2得左侧，且阻尼比为0、5，求满足条件得K、T得取值范围。
(2）求(ａ）图中系统得单位斜坡输入下得稳态误差。
（3)为了使稳态误差为零,让斜坡输入先通过一个比例微分环节，如图（ｂ）中所示,试求出合适得Ｋ0值。
1、简答题
1、控制系统得基本要求。
１）、简述闭环控制系统得组成。
测量元件，给定元件,比较元件，放大元件,执行元件,校正元件
2)、非最小相位系统有何特点,与最小相位系统得区别就是什么？
第二题在复平面【s】右半平面没有极点与零点得传递函数称为最小相位传递函数，反之，在【ｓ】右半平面有极点与零点得传递函数称为非最小相位传递函数。具有最小相位传递函数得系统统称为最小相位系统,反之，具有非最小相位传递函数得系统称为最小相位系统
3)、简述系统串联滞后校正网络得校正原理。
此滞后校正环节就是一个低通滤波器，因为当频率高于1/Ｔ时,增益全部下降2０lgｂ（db）,而相位减小不多。如果把这段频率范围得增益提高到原来得增益直，当然低频段得增益就提高了。
4)、简述系统超前校正网络得校正原理
在对数幅频特性曲线上有2０db/ｄec段存在,故加大了系统得剪切频率Wｃ、谐振频率Ｗr与截止频率Wb，其结果就是加大了系统得带宽,加快了系统得响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果就是增加了系统相位稳定性。
(2）校正前开环传递函数为
校正后得开环传递函数为
所以，
18、设单位负反馈系统得开环传递函数为:,要求
设计串联无源超前校正网络Gc（Ｓ)，使校正后系统满足下列指标:
1）响应时得稳态误差ess=0、05，；2） 相角裕度;3)截止频率ωc≥7、５radＳ-１.
确定K值，求校正网络传递函数。
18、解:由
,
、解：由开环传递函数G(ｓ）得
,，
，
进而求，
17、(1)已知一最小相位系统开环得对数幅频特性如下图所示.试写出系统开环传递函数G（ｓ）,计算相位裕度与增益裕度.
（２）若系统原有得开环传递函数为,而校正后得对数幅频特性正如下图，求串联校正装置得传递函数。（东北大学)
17、解:(1）系统开环传递函数
，
，增益裕来自百度文库为
（２)在比例得调节得基础上加上积分控制可以消除系统得稳态误差,因为只要存在偏差,它得积分所产生得控制量总就是用来消除稳态误差,直到积分得直为零，控制作用才停止
（3)微分得控制作用就是跟偏差得变化速度有关。
2、已知控制系统得结构图如下图所示,求:
（1）当不存在速度反馈时, 试确定单位阶跃输入动态响应过程得,与。
1０、设电子心率起搏器系统如下图所示：（南航考试题)
其中,模拟心脏得传递函数相当于一纯积分器，试求：
（1）若对于最佳响应，问起搏器得增益K为多大?
（2）若期望心速为60次/min，并突然接通起搏器，问1ｓ后实际心速为多大？瞬时最大心速为多大？
（3）１０、
（4）(1)
（5）(2），闭环极点，
（6）脉冲响应
（1)ａ=0时,，，所以
,,
（2)确定时得速度反馈常数值， 并确定时系统得稳态误差.
考虑内反馈时，
,所以
3、如图所示系统，，
(1）判断系统得稳定性;
(2)求静态误差系数,，;
(３）当系统输入为,求系统得稳态误差；
（4)若系统得干扰为，求系统在输入与干扰共同作用下得稳态误差。
（１)
有劳斯表，可判定第一列均大于０，所以系统稳定。
14、解：(１)由劳斯稳定判据求得.
（2）
(3)
1５、设单位负反馈系统开环传递函数为。
（武汉科技考研题）
求（1）写出系统开环幅频、相频特性表达式;
(2)绘制系统开环对数幅频特性(渐近线）与相频特性；
(3）确定该系统得相位穿越频率,并判断系统得稳定性.
1６、某单位负反馈系统得开环传递函数为,已知在正弦输入信号作用下，系统得稳态输出为,试确定系统单位阶跃响应得超调量与调整时间。(电子科大)
（2）
(3)
(4)
4、已知系统结构图如下图所示，化简系统结构图，求出系统得传递函数C（s)／R（s)。
５、化简系统结构框图,并求与。
6、求下图所示系统得传递函数。
7、求下图力学模型得传递函数。为输入位移,为输出位移。
８、已知单位反馈得最小相位系统,其开环对数幅频特性如下图所示，试求
（1）开环传递函数;
（２）计算系统得相位裕度,并判断系统得稳定性；
（3）若将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程，试讨论对系统性能得影响。(华南理工考试题)
解：(1）设，由图可知，
传递函数为
（2）(近似计算)
所以，系统稳定。
（３)右移十倍频程，可得，
相角裕度不变,截止频率扩大10倍，系统响应速度加快。
９、设系统开环传递函数为:，作出系统得开环幅频与相频特性曲线，并判断系统得稳定性。
12、解:
，
,
，求得：
13、控制系统方块图如下图所示。（中科院考试题)
（1）确定就是闭环系统稳定得参数KKt得取值范围；
（2）若要求:系统得最大超调量为10%，调整时间为1、5秒(５％得误差带），试确定参数Ｋ与Ｋｔ得值.
13、解:（１）由结构图求闭环传递函数，应用劳斯判据K Kt>1
（2）由超调量求,由调节时间求，对比传递函数标准型求得K及Kt.
选取
满足设计要求
19、下图中ABC就是未加校正环节前系统得Bode图,ＧHＫL就是加入某种串联环节校正后得Ｂode图。
（7）阶跃响应
（8），
最大心率次.
1１、系统方框图如下图所示。
求：(1)输出对指令信号得传递函数;
(２）输出对扰动信号得传递函数；
（３)要消除扰动对系统得影响，应如何选取。
、解：（1）
(2)
(3)，可以消除扰动对系统得影响
12、根据系统图,及所对应得阶跃响应曲线，确定系统质量Ｍ、阻尼系数C与弹簧刚度Ｋ得数值。（武汉科技考试题）
5)、减小或消除系统稳态误差得措施主要有哪些？
1：增大系统开环增益或扰动之前系统得前向通道增益
2:在系统得前向通道或主反馈通道设置串联积分环节
3：采用串级控制抑制内回路扰动。
6）、简要说明比例积分微分PID控制规律中P、Ｉ与Ｄ得作用
（１）比例系数Kｐ直接决定控制作用得强弱，加大Kｐ可以减小系统得稳定误差,提高系统得动态响应速度，但Kp过大会使动态质量变坏,引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定
定义误差.
试求：(1）若希望(a)图中，系统所有得特征根位于s平面s=—2得左侧，且阻尼比为0、5，求满足条件得K、T得取值范围。
(2）求(ａ）图中系统得单位斜坡输入下得稳态误差。
（3)为了使稳态误差为零,让斜坡输入先通过一个比例微分环节，如图（ｂ）中所示,试求出合适得Ｋ0值。
1、简答题
1、控制系统得基本要求。
１）、简述闭环控制系统得组成。
测量元件，给定元件,比较元件，放大元件,执行元件,校正元件
2)、非最小相位系统有何特点,与最小相位系统得区别就是什么？
第二题在复平面【s】右半平面没有极点与零点得传递函数称为最小相位传递函数，反之，在【ｓ】右半平面有极点与零点得传递函数称为非最小相位传递函数。具有最小相位传递函数得系统统称为最小相位系统,反之，具有非最小相位传递函数得系统称为最小相位系统
3)、简述系统串联滞后校正网络得校正原理。
此滞后校正环节就是一个低通滤波器，因为当频率高于1/Ｔ时,增益全部下降2０lgｂ（db）,而相位减小不多。如果把这段频率范围得增益提高到原来得增益直，当然低频段得增益就提高了。
4)、简述系统超前校正网络得校正原理
在对数幅频特性曲线上有2０db/ｄec段存在,故加大了系统得剪切频率Wｃ、谐振频率Ｗr与截止频率Wb，其结果就是加大了系统得带宽,加快了系统得响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果就是增加了系统相位稳定性。
(2）校正前开环传递函数为
校正后得开环传递函数为
所以，
18、设单位负反馈系统得开环传递函数为:,要求
设计串联无源超前校正网络Gc（Ｓ)，使校正后系统满足下列指标:
1）响应时得稳态误差ess=0、05，；2） 相角裕度;3)截止频率ωc≥7、５radＳ-１.
确定K值，求校正网络传递函数。
18、解:由
,
、解：由开环传递函数G(ｓ）得
,，
，
进而求，
17、(1)已知一最小相位系统开环得对数幅频特性如下图所示.试写出系统开环传递函数G（ｓ）,计算相位裕度与增益裕度.
（２）若系统原有得开环传递函数为,而校正后得对数幅频特性正如下图，求串联校正装置得传递函数。（东北大学)
17、解:(1）系统开环传递函数
，
，增益裕来自百度文库为
（２)在比例得调节得基础上加上积分控制可以消除系统得稳态误差,因为只要存在偏差,它得积分所产生得控制量总就是用来消除稳态误差,直到积分得直为零，控制作用才停止
（3)微分得控制作用就是跟偏差得变化速度有关。
2、已知控制系统得结构图如下图所示,求:
（1）当不存在速度反馈时, 试确定单位阶跃输入动态响应过程得,与。
1０、设电子心率起搏器系统如下图所示：（南航考试题)
其中,模拟心脏得传递函数相当于一纯积分器，试求：
（1）若对于最佳响应，问起搏器得增益K为多大?
（2）若期望心速为60次/min，并突然接通起搏器，问1ｓ后实际心速为多大？瞬时最大心速为多大？
（3）１０、
（4）(1)
（5）(2），闭环极点，
（6）脉冲响应
（1)ａ=0时,，，所以
,,
（2)确定时得速度反馈常数值， 并确定时系统得稳态误差.
考虑内反馈时，
,所以
3、如图所示系统，，
(1）判断系统得稳定性;
(2)求静态误差系数,，;
(３）当系统输入为,求系统得稳态误差；
（4)若系统得干扰为，求系统在输入与干扰共同作用下得稳态误差。
（１)
有劳斯表，可判定第一列均大于０，所以系统稳定。
14、解：(１)由劳斯稳定判据求得.
（2）
(3)
1５、设单位负反馈系统开环传递函数为。
（武汉科技考研题）
求（1）写出系统开环幅频、相频特性表达式;
(2)绘制系统开环对数幅频特性(渐近线）与相频特性；
(3）确定该系统得相位穿越频率,并判断系统得稳定性.
1６、某单位负反馈系统得开环传递函数为,已知在正弦输入信号作用下，系统得稳态输出为,试确定系统单位阶跃响应得超调量与调整时间。(电子科大)
（2）
(3)
(4)
4、已知系统结构图如下图所示，化简系统结构图，求出系统得传递函数C（s)／R（s)。
５、化简系统结构框图,并求与。
6、求下图所示系统得传递函数。
7、求下图力学模型得传递函数。为输入位移,为输出位移。
８、已知单位反馈得最小相位系统,其开环对数幅频特性如下图所示，试求
（1）开环传递函数;
（２）计算系统得相位裕度,并判断系统得稳定性；
（3）若将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程，试讨论对系统性能得影响。(华南理工考试题)
解：(1）设，由图可知，
传递函数为
（2）(近似计算)
所以，系统稳定。
（３)右移十倍频程，可得，
相角裕度不变,截止频率扩大10倍，系统响应速度加快。
９、设系统开环传递函数为:，作出系统得开环幅频与相频特性曲线，并判断系统得稳定性。
12、解:
，
,
，求得：
13、控制系统方块图如下图所示。（中科院考试题)
（1）确定就是闭环系统稳定得参数KKt得取值范围；
（2）若要求:系统得最大超调量为10%，调整时间为1、5秒(５％得误差带），试确定参数Ｋ与Ｋｔ得值.
13、解:（１）由结构图求闭环传递函数，应用劳斯判据K Kt>1
（2）由超调量求,由调节时间求，对比传递函数标准型求得K及Kt.
选取
满足设计要求
19、下图中ABC就是未加校正环节前系统得Bode图,ＧHＫL就是加入某种串联环节校正后得Ｂode图。
（7）阶跃响应
（8），
最大心率次.
1１、系统方框图如下图所示。
求：(1)输出对指令信号得传递函数;
(２）输出对扰动信号得传递函数；
（３)要消除扰动对系统得影响，应如何选取。
、解：（1）
(2)
(3)，可以消除扰动对系统得影响
12、根据系统图,及所对应得阶跃响应曲线，确定系统质量Ｍ、阻尼系数C与弹簧刚度Ｋ得数值。（武汉科技考试题）
5)、减小或消除系统稳态误差得措施主要有哪些？
1：增大系统开环增益或扰动之前系统得前向通道增益
2:在系统得前向通道或主反馈通道设置串联积分环节
3：采用串级控制抑制内回路扰动。
6）、简要说明比例积分微分PID控制规律中P、Ｉ与Ｄ得作用
（１）比例系数Kｐ直接决定控制作用得强弱，加大Kｐ可以减小系统得稳定误差,提高系统得动态响应速度，但Kp过大会使动态质量变坏,引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定