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/s

4,什么叫校正（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 4

s3 6 3

s2 3 6

s1 -25/3

s0 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。（4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。

9，在系统校正中，常用的性能指标有哪些？答：（1）在系统校正中，常用的性能指标按其类型可分为：(1)时域性能指标，它包括瞬态性能指标（即上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间等）和稳态性能指标（即稳态误差）。（2）频域性能指标，它包括相位裕量、幅值裕量、频宽等。

10.求拉氏反变换的方法有哪些？

答：（1）查表法；（2）有理函数法；（3）部分分式法。

11.简述二阶欠阻尼系数a，w n与性能指标

M p(超调量)、t s(调整时间)的关系。

答：二阶欠阻尼系统若a不变，增大或减小w(n)，则超调量t(p)不变，调整时间t(s)

减小（或增大）;若t(n)不变，增大（或减小）a，则超调量M(p)减小（或增大），调整时间t(s)减小（增大）

12.简述串联超前校正环节的作用。答：串联超前校正环节的作用是：串联超前

校正环节增大了相位裕量，加大了宽带，这

就意味着提高了系统的相对稳定性，加快了

系统的响应速度，使过度过程得到显著改

善。但由于系统的增益和型次都未变化，所

以稳态精度变化不大。

13.传递函数的典型环节主要有哪几种？

答：（1）比例环节K；（2）积分环节1/s（3）

微分环节s（4）惯性环节1/（Ts+1）（5）

一阶微分环节Ts+1（6）震荡环节

1/(T2s2+2aTs+1)（7）二阶微分环节

T2s2+2aTs+1（8）延时环节e-ts

14.终值定理的应用条件是什么？

答：若函数f（t）及其一阶导数都是可拉氏

变换的，并且除在原点处唯一的极点外，sF

（s）在包括含jw轴的右半s平面内是解析

的，这就意味着当t趋近与无穷时f（t）趋

于一个确定的值，则函数f（t）的终值为

limf（t）=limF（s）。

15.什么叫系统分析？

答：当系统已定，并且输入知道时，求出系

统的输出（响应），并且通过输出来研究系

统本身的有关问题，即系统分析。

16.对数坐标图的主要优点有哪些？

答：（1）可以将幅值相乘转化为幅值相加，

便于绘制多个环节串联组成的系统的对数

频率特性图。（2）可采用渐近线近似的作用

方法绘制对数幅频图，简单方便，尤其是在

控制系统设计、校正及系统辨识等方面，优

点更为突出。（3）对数分度有效地扩展了频

率范围，尤其是低频段的扩展，对工程系统

设计具有重要意义。

17.简述拉氏反变换中部分分式法的步骤。

答：部分分式法是通过代数运算，先将一个

复杂的象限函数化为数个简单的部分分式

之和，再分别求出各个分式的原函数，总的

原函数即可求得。

18.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？

答：G c(s)=1/a乘aTs+1/(Ts+1),a>1可增加

相位裕量，调整频带宽度。

19.影响系统稳态误差的因素有哪些？

答：影响系统稳态误差的因素有系统的类

型、开环增益和输入信号。

20.已知系统的调节器为

G c(s)=(T1s+1)(T2s+1)/s,其中T1、T2>0，问

是否可以称其为PID调节器，请说明理由。

答：可以称其为PID调节器。

G c(s)=(T1+T2)+T1T2S+1/S .G c(s)由比例部分

(T1+T2) 、微分部分T1T2s及积分部分1/s相

加而成。

21.什么叫机械系统的动柔度和动刚度？

答：若机械系统的输入为力，输出为位移（变

形），则机械系统的频率特性就是机械系统

的动柔度；机械系统的频率特性的倒数就是

机械系统的动刚度。

22.什么叫机械系统的基本要求？

答：对控制系统的基本要求有系统的稳定

性、响应的快速性和响应的准确性等，其中

系统的稳定性是控制系统工作的首要条件。

在参数已知的情况下分析和评定系统的稳

定性、快速性和准确性。

23.设开环传递函数Gs=100/s+10s+50,试说

明开环系统频率特性极坐标图的起点和终

点。

答：G（s）=0.2/（0.1s+1）（0.02s+1）

G（jw）=0.2/(j0.1w+1)(j0.02w+1)

G(jw)极坐标图起点：（0.2.j0）

G(jw)极坐标图终点（0，j0）

29.什么是数学模型？

答：数学模型是系统动态特性的数学表达

式。建立数学模型是分析、研究一个动态特

性的前提。一个合理的数学模型应以最简化

的形式，准确地描述系统的动态特性。

30.线性系统的主要特征是什么？

答：若系统的数学模型表达式是线性的，则

这种系统就是线性系统。线性系统最重要的

特征是可以运用叠加原理。所谓叠加原理，

就是系统在几个外加作用下所产生的响应，

等于各个外加作用单独作用的响应之和。

31.简述系统时间响应的概念。

答：机械工程系统在外加作用激励下，其输

出量随时间变化的函数关系称之为系统的

时间响应，通过时间响应的分析可以揭示系

统本事的动态特性。

32.在频率特性的图形表示方法中，常用的

方法有哪几种？

答：（1）对数坐标图或称伯德图（2）极坐

标图或称乃奎斯特图（3）对数幅-相图。

33.判断定常系统是否稳定的方法有哪几

种？

答：劳斯判据；胡尔维茨判据；乃奎斯特稳

定性判据；根轨迹法。

34.反馈校正与串联校正相比，所具有的优

点是哪些？

答：反馈校正比串联校正更有其突出的优

点：利用反馈能有效地改变被包围环节的动

态结构参数，甚至在一定条件下能用反馈校

正完全取代包围环节，从而大大减弱这部分

环节由于特性参数变化及各种干扰给系统

带来的不利影响。

35.什么是反馈（包括正反馈和负反馈）？

答：所谓信息的反馈，就是把一个系统的输

出信号不断直接地或经过中间变换后全部

或部分地返回，再输入到系统中去。如果反

馈回去的讯号（或作用）与原系统的输入讯

号（或作用）的方向相反（或相位相差180

度）则称之为“负反馈”；如果方向或相位

相同，则称之为“正反馈”。

36.劳斯-胡尔维茨稳定性判据的根据是什

么？

答：利用特征方程式的根与系统的代数关

系，由特征方程中的已知系数间接判断出方

程的根是否具有负实部，从而判断系统是否

稳定。

37.采用何种方式可以同时减少或消除控制

输入和干扰作用下的稳态误差？

答：在干扰作用点至系统输入口的前通道

中，提高增益和设置积分环节。

38.简述拉氏变换的线性性质。

答：拉氏变换是一个线性变换，若有常数KK，

函数f(t1),f(t2),则

L[K1f1(t)+K2f2(t)]=K1L[f1(t)]+K2L[f2(t)]=

K1F1(s)+K2F2(s)

39．系统的频域性能指标有哪些？

答：相位裕量、幅值裕量、截止裕量及频宽、

谐振频率及谐振峰值。

40.频率特性和传递函数的关系是什么？

答：若系统的传递函数为G（s），则相应系

统的频率特性为G（jw），即将传递函数中得

s用jw代替

40.请写出滞后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？

答：G(s)=Ts+1/9aTs+1)，提高系统的稳态

精度。

41.什么是系统频率特性的截止频率？

答：是指系统闭环频率特性的幅值下降到其

零频率幅值以下3dB时的频率。

42.典型二阶系统（当0或=1时）

在单位阶跃输入信号作用下的输出响应的

特性是什么？

答：0

稳态值为1；

a=0时，为不衰减振荡过程；a>0或=1时，

为非周期过程。

43.系统时间响应的瞬态响应反映哪方面的

性能？而稳态响应反映哪方面的性能？

答：瞬态响应反映了系统的稳定性和响应的