西南交通大學全四套機械工程控制基礎試題試卷.doc

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西南交通大學2002－2003機械工程控制基礎試題 課程代碼：02240 一、單項選擇題(在每小題的四個備選答案中，選出一個正確答案，并將正確答案的序號填在題干的括號內(nèi)。每小題1分，共30分) 1.機械工程控制論是研究該領域中系統(tǒng)的( )問題。 A. 靜力學 B. 能量守恒 C. 動力學 D. 物理學 2.開環(huán)控制系統(tǒng)是指( )對系統(tǒng)沒有控制作用。 A. 系統(tǒng)輸入量 B. 系統(tǒng)輸出量 C. 系統(tǒng)的傳遞函數(shù) D. 系統(tǒng)的干擾 3.若L［f(t)］=F(s)，則L［f(at)］=( )。 A. F(s) B. F() C. F(as) D. F() 4.若L［f(t)］=，則f(t)=( )。 A. (t-4)5 B. (t+4)5 C. e4tt5 D. e-4tt5 5.若F(s)=，則 f(t)=( )。 A. 1 B. 4 C. ∞ D. 0 6.已知函數(shù)f(t)=u(t-4)+2u(t+3)，則L［f(t)］=( )。 A. e4s+e3s B. e-4s+e3s C. e4s+e-3s D. e-4s+2e3s 7.L［∫t0 e-3τsinτdτ］=( )。 A. B. C. D. 8.某系統(tǒng)的微分方程為(t)+t (t)+4x0(t)=3xi(t)，它是( )。 A. 線性時變系統(tǒng) B. 非線性系統(tǒng) C. 線性定常系統(tǒng) D. 非性線時變系統(tǒng) 9.某環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為G(s)=，它是( ) A. 延時環(huán)節(jié) B. 比例環(huán)節(jié) C. 慣性環(huán)節(jié) D. 積分環(huán)節(jié) 10.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=，其阻尼比ζ是( )。 A. B. C. 2 D. 11.圖示系統(tǒng)的微分方程為( )。 A. m(t)+(k1+k2)y(t)=f(t) B. m(t)+(k1-k2)y(t)=f(t) C. m(t)+()y(t)=f(t) D. m(t)+( )y(t)=f(t) 12.一階系統(tǒng)的單位脈沖響應曲線在t=0處的值為( )。 A. B. 12 C. - D. 13.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=，則其單位脈沖響應函數(shù)為( )。 A. e-t/8 B. e-t/8 C. 3(1-e-t/8) D. (1-e-t/8) 14.圖示系統(tǒng)稱為( )型系統(tǒng)。 A. 0 B. Ⅰ C. Ⅱ D. Ⅲ 15.若保持二階系統(tǒng)的ζ不變，提高ωn，則可以( )。 A. 減少上升時間和峰值時間 B. 提高上升時間和峰值時間 C. 提高上升時間和調(diào)整時間 D. 減少超調(diào)量 16.已知系統(tǒng)的頻率特性為G(jω)=，則頻率特性的虛部為( )。 A. B. C.- D. - 17.對數(shù)幅頻特性的漸近線如圖所示，它對應的傳遞函數(shù)G(s)為( )。 A. s B. C. D. 1+s 18.圖示對應的環(huán)節(jié)為( )。 A. 1+s B. C. s D. 19.設系統(tǒng)的特征方程為D(s)=3s4+10s3+5s2+s+2=0,則此系統(tǒng)( )。 A. 穩(wěn)定 B. 臨界穩(wěn)定 C. 不穩(wěn)定 D. 穩(wěn)定性不確定 20.二階系統(tǒng)的調(diào)整時間長，則說明( )。 A. 系統(tǒng)響應快 B. 系統(tǒng)響應慢 C. 無阻尼固有頻率大 D. 系統(tǒng)的精度差 21.若系統(tǒng)的Bode圖在ω=5處出現(xiàn)轉折(如圖所示)，這說明系統(tǒng)中有( )環(huán)節(jié)。 A. B. C. 0.2s+1 D. 5s+1 22.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=，其零、極點是( )。 A. 零點s=-6；極點s=-2,s=-5 B. 零點s=-2；極點s=-6,s=-5 C. 零點s=-2，s=-6；極點s=-5 D. 零點s=2；極點s=6,s=5 23.系統(tǒng)的靜態(tài)位置誤差系數(shù)kp定義為( )。 A. G(s)H(s) B. G(s)H(s) C. sG(s)H(s) D. s2G(s)H(s) 24.一個線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于( )。 A. 系統(tǒng)的輸入 B. 系統(tǒng)本身的結構和參數(shù) C. 系統(tǒng)的初始狀態(tài) D. 外界干擾 25.一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則系統(tǒng)的增益K和時間常數(shù)T依次為( )。 A. 3.75，1.25 B. 3，0.8 C. 0.8，3 D. 1.25，3.75 26.一階微分環(huán)節(jié)G(s)=1+Ts，當頻率ω=時，則相頻特性∠G(jω)為( )。 A. 45 B. -45 C. 90 D. -90 27.若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)在右半S平面上沒有零點和極點，則該系統(tǒng)稱作( )。 A. 非最小相位系統(tǒng) B. 最小相位系統(tǒng) C. 不穩(wěn)定系統(tǒng) D. 振蕩系統(tǒng) 28.若已知某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為，則它是一種( )。 A. 相位滯后校正 B. 相位超前校正 C. 相位滯后—超前校正 D. 相位超前—滯后校正 29.下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中，能在頻率ωc=2處提供最大相位超前角的是( )。 A. B. C. D. 30.從某系統(tǒng)的Bode圖上，已知其剪切頻率ωc≈10，則下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中能在基本保持原系統(tǒng)穩(wěn)定性及頻帶寬的前提下，通過適當調(diào)整增益使穩(wěn)態(tài)誤差減至最小的是( )。 A. B. C. D. 二、填空題(每小題2分，共10分) 1.頻率響應是_______________響應；頻率特性G(jω)與傳遞函數(shù)G(s)的關系為_______________。 2.開環(huán)穩(wěn)定，閉環(huán)_______；開環(huán)不穩(wěn)定，閉環(huán)_______。 3.系統(tǒng)的時域性能指標tr,tp,Mp和ts是根據(jù)系統(tǒng)在_______________時，對_______的響應得出的。 4.設函數(shù)f(t)，其拉氏變換為F(s)，則拉氏變換的表達式為_______；拉氏逆變換的表達式為________。 5.二階系統(tǒng)的諧振峰值Mr=_______，諧振頻率ωr=_______。 三、簡答題(每小題4分，共16分) 1.已知系統(tǒng)的脈沖響應為 g(t)=3e-2t+7e-6t，t≥0， 求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 2.已知系統(tǒng) 如果希望系統(tǒng)的阻尼比ζ=0.707，K0應取何值? 3.已知系統(tǒng) 請寫出R(s)與N(s)共同作用時C(s)的表達式。 4.已知系統(tǒng) 請分別計算當R(s) =1/s、N (s)=1/s時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 四、計算題(共44分) 1.(7分)用極坐標表示系統(tǒng) G(s)= 的頻率特性(要求在ω→∞、ω=0、ω=ωn等點準確表示，其余定性畫出)。 2.(7分)已知系統(tǒng) 求C(s)/N(s)及C(s)/R(s) 3.(7分)已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為，請用對數(shù)坐標圖(Bode圖)表示系統(tǒng)的頻率特性。 4.(8分)求如圖所示機械網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)，其中X為輸入位移，Y為輸出位移。 5.(8分)某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設計一個最簡單的串聯(lián)校正裝置使Kv=10、相位裕度γ≥30。 6.(7分)已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 G(s)=， 請用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 西南交通大學2003－2004機械工程控制基礎試題 課程代碼：02240 一、單項選擇題(在每小題的四個備選答案中選出一個正確答案，并將其號碼填在題干的括號內(nèi)。每小題1.5分，共30分) 1.控制工程主要研究并解決的問題之一是( ) A.系統(tǒng)已定，輸入不確定，求系統(tǒng)的輸出 B.系統(tǒng)已定，輸入已知，求系統(tǒng)的輸出(響應) C.系統(tǒng)已定，規(guī)定系統(tǒng)的輸入 D.系統(tǒng)不定，輸入已知，求出系統(tǒng)的輸出(響應) 2.f(t)如圖所示 則L［f(t)］為( ) A.e-2t B. e-2s C. e-2s D. e-ts 3.已知F(s)=，則L-1［F(s)］為( ) 4.已知F(s)=L［f(t)］，若F(s)=,則f(t)|t=?( ) A. B.1 C. D.0 5.下列系統(tǒng)中為線性系統(tǒng)的微分模型為：( ) A. B. C. D. 6.對于定?？刂葡到y(tǒng)來說，( ) A.表達系統(tǒng)的微分方程各項系數(shù)不隨時間改變 B.微分方程的各階微分項的冪為1 C.不能用微分方程表示 D.系統(tǒng)總是穩(wěn)定的 7.系統(tǒng)方框圖如圖所示，則系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為( ) A. B. C. 1+G(S)H(S) D. 8.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為,則系統(tǒng)增益為( ) A.10 B.0.5 C.4 D.5 9.若系統(tǒng)的單位脈沖響應為e-2t+2e-t，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：( ) A. B. C. D. 10.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的零極點為( ) A.極點s1=-1, s2=-2,零點s3=5 B.極點s1=1, s2=2 C.極點s1=-1, s2=-2 D.極點s1=1, s2=2,零點s3=-5 11.下列信號中，哪個用來定義二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應指標( ) A.單位階躍 B.單位脈沖 C.單位斜坡 D.單位正弦 12.系統(tǒng)如圖 ，其穩(wěn)態(tài)誤差定義為( ) A.ess=SG(S) B.ess=te(t) C.ess=e(t) D.ess=e(t) 13.某系統(tǒng)傳函數(shù)為G(s)=，則轉角頻率為( ) A. B.τ C.k/τ D.kτ 14.控制系統(tǒng)中( ) A.系統(tǒng)型次越高，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)定誤差越大 B.系統(tǒng)型次越高，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)定誤差越小 C.系統(tǒng)階次越高，增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)定誤差越小 D.系統(tǒng)階次越高，穩(wěn)態(tài)誤差越大 15.在設計控制系統(tǒng)時，穩(wěn)定性判斷( ) A.不必判斷 B.絕對必要 C.有時是必要的 D.根據(jù)系統(tǒng)而定 16.系統(tǒng)的正弦響應是指( ) A.不論輸入為何種信號，輸出都為正弦時的情況 B.對系統(tǒng)輸入一系列不同頻率正弦信號時，輸出的響應變化情況 C.對系統(tǒng)輸入一個固定的頻率正弦信號時，輸出的響應變化情況 D.對系統(tǒng)輸入一系列幅值不同的正弦信號時，輸出的響應變化情況 17.勞斯判據(jù)應用于控制系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷時是針對( ) A.閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) B.開環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) C.閉環(huán)系統(tǒng)中的開環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程 D.閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程 18.為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕量，可以( ) A.減小系統(tǒng)的增益 B.增大系統(tǒng)的增益 C.減小輸入信號 D.使用開環(huán)系統(tǒng) 19.所謂校正(又稱補償)是指( ) A.加入PID校正器 B.在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)或改變某些參數(shù) C.使系統(tǒng)穩(wěn)定 D.使用勞斯判據(jù) 20.二階振蕩環(huán)節(jié)G(s)=的幅頻特性（ ） A.ζ越大，諧振峰越高 B.ζ越小，諧振峰越高 C.ωn越小，諧振峰越高 D.ωn越大，諧振峰越高 二、填空題(每空0.5分，共10分) 21.閉環(huán)系統(tǒng)是指系統(tǒng)的________對系統(tǒng)有控制作用，或者說，系統(tǒng)中存在________的回路。 22.設計控制系統(tǒng)基于以下幾個要求：________性、________性、________性和________性。 23.傳遞函數(shù)通過________與________之間信息的傳遞關系，來描述系統(tǒng)本身的動態(tài)特征。 24.系統(tǒng)在外加激勵作用下，其________隨________變化的函數(shù)關系稱為系統(tǒng)的時間響應。 25.頻率響應是系統(tǒng)對________輸入的________。 26.若系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(S)的所有________均在S平面的________，則系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)。 27.一個系統(tǒng)穩(wěn)定的必要和充分條件是，其特征方程的所有的根都必須為________或________。也即穩(wěn)定系統(tǒng)的全部根Si均應在復平面的________。 28.PID校正器是能夠?qū)崿F(xiàn)P________，I 和D________控制作用的校正器。 三、簡答題(每小題5分，共20分) 29.(5分)什么是反饋(包括正反饋和負反饋)?什么是閉環(huán)控制系統(tǒng)? 30.(5分)單位反饋系統(tǒng)的前向通道傳遞函數(shù)為Gk(s)=，a、b、c為大于0的常數(shù)。 (1)試寫出靜態(tài)誤差系數(shù)Kp、Kv和Ka。 (2)當系統(tǒng)輸入為單位斜坡函數(shù)時，系統(tǒng)有無穩(wěn)態(tài)誤差，若有為何值? 31.(5分)簡述系統(tǒng)相對穩(wěn)定性的概念?何為相位裕量?(畫圖說明) 32.(5分)串聯(lián)相位超前校正時瞬態(tài)響應作了何種改善?簡述原理。 四、計算題(共40分) 33.(6分)某系統(tǒng)方框圖如下，求使系統(tǒng)穩(wěn)定的f值范圍。 34.(6分)寫出圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并寫出系統(tǒng)的ωn和ζ。 35.(6分)化簡下列方框圖，并寫出傳遞函數(shù)。 36.(6分)某系統(tǒng)如圖 試求該系統(tǒng)的峰值時間、最大超調(diào)量(單位階躍輸入) 37.(8分)設單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)= 試求閉環(huán)的Mr,ωr 和ωd 38.(8分)已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)= (1)試畫出傳遞函數(shù)對應的漸近線幅頻特性曲線； (2)試畫出相應的近似相頻特性曲線； (3)系統(tǒng)是否穩(wěn)定，為什么? 西南交通大學2004－2005年機械工程控制基礎 課程代碼：02240 第一部分 選擇題 一、 單項選擇題（本大題共30小題，每小題1分，共30分）在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的，請將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。 1. 開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)最本質(zhì)的區(qū)別是（ ） A.開環(huán)系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)無控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)有控制作用 B.開環(huán)系統(tǒng)的輸入對系統(tǒng)無控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸入對系統(tǒng)有控制作用 C.開環(huán)系統(tǒng)不一定有反饋回路，閉環(huán)系統(tǒng)有反饋回路 D.開環(huán)系統(tǒng)不一定有反饋回路，閉環(huán)系統(tǒng)也不一定有反饋回路 2. 若，則（ ） A. B. C. D. 3. 已知其（ ） A. B. C. D. 4. 下列函數(shù)既可用初值定理求其初始值又可用終值定理求其終值的為（ ） A. B. C. D. 5. 若，則（ ） A. B. C. D. 6. 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)的根本區(qū)別在于（ ） A.線性系統(tǒng)微分方程的系數(shù)為常數(shù)，而非線性系統(tǒng)微分方程的系數(shù)為時變函數(shù) B.線性系統(tǒng)只有一個外加輸入，而非線性系統(tǒng)有多個外加輸入 C.線性系統(tǒng)滿足迭加原理，非線性系統(tǒng)不滿足迭加原理 D.線性系統(tǒng)在實際系統(tǒng)中普遍存在，而非線性系統(tǒng)在實際中存在較少 7. 系統(tǒng)方框圖如圖示，則該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（ ） A. B. C. D. 8. 二階系統(tǒng)的極點分別為，系統(tǒng)增益為5，則其傳遞函數(shù)為（ ） A. B. C. D. 9. 某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)的單位脈沖響應函數(shù)為（ ） A. B. C. D. 10. 二階欠阻尼系統(tǒng)的上升時間定義為（ ） A.單位階躍響應達到穩(wěn)態(tài)值所需的時間 B.單位階躍響應從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時間 C.單位階躍響應從零第一次上升到穩(wěn)態(tài)值時所需的時間 D.單位階躍響應達到其穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時間 11. 系統(tǒng)類型、開環(huán)增益對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響為（ ） A.系統(tǒng)型次越高，開環(huán)增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小 B.系統(tǒng)型次越低，開環(huán)增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小 C.系統(tǒng)型次越高，開環(huán)增益K越小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小 D.系統(tǒng)型次越低，開環(huán)增益K越小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小 12. 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)時間響應的快速性（ ） A.與K有關 B.與K和T有關 C.與T有關 D.與輸入信號大小有關 13. 一閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)為（ ） A.0型系統(tǒng)，開環(huán)增益為8 B.I型系統(tǒng)，開環(huán)增益為8 C.I型系統(tǒng)，開環(huán)增益為4 D.0型系統(tǒng)，開環(huán)增益為4 14. 瞬態(tài)響應的性能指標是根據(jù)哪一種輸入信號作用下的瞬態(tài)響應定義的（ ） A.單位脈沖函數(shù) B.單位階躍函數(shù) C.單位正弦函數(shù) D.單位斜坡函數(shù) 15.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ，當K增大時，其（ ） A.無阻尼自然頻率增大，阻尼比增大 B.無阻尼自然頻率增大，阻尼比減小 C.無阻尼自然頻率減小，阻尼比減小 D.無阻尼自然頻率減小，阻尼比增大 16. 所謂最小相位系統(tǒng)是指（ ） A.系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點均在S平面左半平面 B.系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的所有零點和極點均在S平面左半平面 C.系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的所有零點和極點均在S平面右半平面 D.系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的所有零點和極點均在S平面右半平面 17. 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則其截止頻率為（ ） A. 2 B.0.5 C.5 D.10 18. 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，則其相位角可表達為（ ） A. B. C. D. 19. 一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，當輸入時，則其穩(wěn)態(tài)輸出的幅值為（ ） A. B. C.2 D.4 20. 延時環(huán)節(jié)，其相頻特性和幅頻特性的變化規(guī)律是（ ） A. dB B. dB C. dB D. dB 21. 一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，當K增大時，對系統(tǒng)性能能的影響是（ ） A.穩(wěn)定性降低 B.頻寬降低 C.階躍輸入誤差增大 D.階躍輸入誤差減小 22. 一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖已知，其幅頻特性在低頻段是一條斜率為的漸近直線，且延長線與0dB線的交點頻率為，則當輸入為時，其穩(wěn)態(tài)誤差為（ ） A.0.1 B.0.2 C.0 D.0.5 23. 利用乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性時，中的Z表示意義為（ ） A.開環(huán)傳遞函數(shù)零點在S左半平面的個數(shù) B.開環(huán)傳遞函數(shù)零點在S右半平面的個數(shù) C.閉環(huán)傳遞函數(shù)零點在S右半平面的個數(shù) D.閉環(huán)特征方程的根在S右半平面的個數(shù) 24. 關于勞斯—胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)和乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)，以下敘述中正確的是（ ） A.勞斯—胡爾維茨判據(jù)屬代數(shù)判據(jù)，是用來判斷開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的 B.乃奎斯特判據(jù)屬幾何判據(jù)，是用來判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的 C.乃奎斯特判據(jù)是用來判斷開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的 D.以上敘述均不正確 25.以下頻域性能指標中根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)來定義的是（ ） A.截止頻率 B.諧振頻率與諧振峰值 C.頻帶寬度 D.相位裕量與幅值裕量kg 26. 一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍為（ ） A.K＞0 B.K＞1 C.0＜K＜10 D. K＞－1 27. 對于開環(huán)頻率特性曲線與閉環(huán)系統(tǒng)性能之間的關系，以下敘述中不正確的有（ ） A.開環(huán)頻率特性的低頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 B.中頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)特性 C.高頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的抗干擾能力 D.低頻段的增益應充分大，以保證穩(wěn)態(tài)誤差的要求 28. 以下性能指標中不能反映系統(tǒng)響應速度的指標為（ ） A.上升時間 B.調(diào)整時間 C.幅值穿越頻率 D.相位穿越頻率 29. 當系統(tǒng)采用串聯(lián)校正時，校正環(huán)節(jié)為，則該校正環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響是（ ） A.增大開環(huán)幅值穿越頻率 B.增大穩(wěn)態(tài)誤差 C.減小穩(wěn)態(tài)誤差 D.穩(wěn)態(tài)誤差不變，響應速度降低 30. 串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，關于A與B之間關系的正確描述為（ ） A.若Gc(s)為超前校正環(huán)節(jié)，則A＞B＞0 B.若Gc(s)為滯后校正環(huán)節(jié)，則A＞B＞0 C.若Gc(s)為超前—滯后校正環(huán)節(jié)，則A≠B D.若Gc(s)為PID校正環(huán)節(jié)，則A=0，B＞0 第二部分 非選擇題 二、填空題（本大題共5小題，每小題2分，共10分） 31.傳遞函數(shù)的定義是對于線性定常系統(tǒng),在 的條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與 之比。 32.瞬態(tài)響應是系統(tǒng)受到外加作用激勵后，從 狀態(tài)到 狀態(tài)的響應過程。 33.判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的出發(fā)點是系統(tǒng)特征方程的根必須為 ，即系統(tǒng)的特征根必須全部在 是系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。 34.I型系統(tǒng)在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為 ，在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為 。 35.頻率響應是系統(tǒng)對 的穩(wěn)態(tài)響應，頻率特性包括 兩種特性。 三、簡答題（共16分） 36.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，試在左圖中標出系統(tǒng)的特征根在S平面上的位置，在右圖中標出單位階躍曲線。 37.時域動態(tài)性能指標有哪些？它們反映系統(tǒng)哪些方面的性能？ 38.簡述相位裕量的定義、計算公式，并在極坐標上表示出來。 39.簡述串聯(lián)相位超前校正的特點。 四、計算題（本大題共6小題，共44分） 40.（7分）機械系統(tǒng)如圖所示，其中，外力f(t)為系統(tǒng)的輸入，位移x(t)為系統(tǒng)的輸出，m為小車質(zhì)量，k為彈簧的彈性系數(shù)，B為阻尼器的阻尼系數(shù)，試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（忽略小車與地面的摩擦）。 41.（7分）已知系統(tǒng)結構如圖，試求傳遞函數(shù)及 42.（7分）系統(tǒng)如圖所示，為單位階躍函數(shù)，試求： 1. 系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然頻率 2. 動態(tài)性能指標：超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時間 43.（8分）如圖所示系統(tǒng)，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定且在單位斜坡輸入下時，K的數(shù)值。 44.（7分）已知開環(huán)最小相位系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性如圖所示。 1. 寫出開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)的表達式； 2. 概略繪制系統(tǒng)的乃奈斯特圖。 45.（8分）已知單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，試求系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量kg 機械工程控制基礎試題參考答案 課程代碼：02240 一、 單項選擇題（本大題共30小題，每小題1分，共30分） 1.A 2.B 3.C 4.D 5.B 6.C 7.B 8.D 9.A 10.C 11.A 12.C 13.C 14.B 15.C 16.B 17.A 18.B 19.A 20.D 21.A 22.A 23.D 24.B 25.D 26.A 27.A 28.D 29.D 30.A 二、 填空題（本大題共5小題，每空1分，共10分） 31.初始條件為零 輸入量的拉氏變換 32.初始狀態(tài) 最終狀態(tài) 33.負實根或負實部的復數(shù)根 復平面的左半平面 34.0 35.正弦輸入 幅頻和相頻 三、 簡答題（本大題共4小題，共16分） 36. 37.td 延遲時間 tr 上升時間 tp 峰值時間 Mp 超調(diào)量 ts 調(diào)節(jié)時間 td、tr、tp、ts反映系統(tǒng)的快速性 Mp反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。 38.定義：是開環(huán)頻率特性幅值為1時對負實軸的相位差值。即從原點到奈氏圖與單位圓交點的連線與負實軸的夾角。 計算公式： 在極坐標下表示為 39.相位超前校正特點： ① 增加相位余量，提高穩(wěn)定性 ② 增加幅值穿越頻率，提高快速性 ③ 增加高頻增益（或高通濾波器），抗干擾能力下降。 四、計算題（本大題共6小題，共44分） 40.系統(tǒng)的微分方程為 拉氏變換得：（零初始條件） 41. 42. 1． 2． 43. 由勞斯判據(jù)： 第一列系數(shù)大于零，則系統(tǒng)穩(wěn)定得 又有：≤2.25 可得：K≥4 4≤K＜54 44. 1． 2． 45.系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，解得 又 西南交通大學2005－2006機械工程控制基礎試題 課程代碼：02240 一、單項選擇題(在每小題的四個備選答案中，選出一個正確答案，并將正確答案的序號填在題干的括號內(nèi)。每小題1分，共30分) 1.當系統(tǒng)的輸入和輸出已知時，求系統(tǒng)結構與參數(shù)的問題，稱為( ) A.最優(yōu)控制 B.系統(tǒng)辯識 C.系統(tǒng)校正 D.自適應控制 2.反饋控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有( ) A.反饋回路 B.慣性環(huán)節(jié) C.積分環(huán)節(jié) D.PID調(diào)節(jié)器 3.( )=,(a為常數(shù))。 A. L［e－at］ B. L［eat］ C. L［e－(t－a)］ D. L［e－(t+a)］ 4.L［t2e2t］=( ) A. B. C. D. 5.若F(s)=，則=( ) A. 4 B. 2 C. 0 D. ∞ 6.已知f(t)=eat,(a為實數(shù))，則L［］=( ) A. B. C. D. 7.f(t)= ，則L［f(t)］=( ) A. B. C. D. 8.某系統(tǒng)的微分方程為,它是( ) A.線性系統(tǒng) B.線性定常系統(tǒng) C.非線性系統(tǒng) D.非線性時變系統(tǒng) 9.某環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為G(s)=e－2s，它是( ) A.比例環(huán)節(jié) B.延時環(huán)節(jié) C.慣性環(huán)節(jié) D.微分環(huán)節(jié) 10.圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為( ) A. B. C. RCs+1 D. 11.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=,其無阻尼固有頻率ωn是( ) A. 10 B. 5 C. 2.5 D. 25 12.一階系統(tǒng)的單位脈沖響應曲線在t=0處的斜率為( ) A. B. KT C. D. 13.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=,則其單位階躍響應函數(shù)為( ) A. B. C. K(1－e－t/T) D. (1－e－Kt/T) 14.圖示系統(tǒng)稱為( )型系統(tǒng)。 A. 0 B. Ⅰ C. Ⅱ D. Ⅲ 15.延時環(huán)節(jié)G(s)=e－τs的相頻特性∠G(jω)等于( ) A. τω B. –τω C.９０ D.１８０ 16.對數(shù)幅頻特性的漸近線如圖所示， 它對應的傳遞函數(shù)G(s)為( ) A. 1+Ts B. C. D. (1+Ts)2 17.圖示對應的環(huán)節(jié)為( ) A. Ts B. C. 1+Ts D. 18.設系統(tǒng)的特征方程為D(s)=s3+14s2+40s+40τ=0，則此系統(tǒng)穩(wěn)定的τ值范圍為( ) A. τ>0 B. 0<τ<14 C. τ>14 D. τ<0 19.典型二階振蕩環(huán)節(jié)的峰值時間與( )有關。 A.增益 B.誤差帶 C.增益和阻尼比 D.阻尼比和無阻尼固有頻率 20.若系統(tǒng)的Bode圖在ω=5處出現(xiàn) 轉折(如圖所示)，這說明系統(tǒng)中有 ( )環(huán)節(jié)。 A. 5s+1 B. (5s+1)2 C. 0.2s+1 D. 21.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=,其零、極點是( ) A.零點s=－0.25,s=3;極點s=－7,s=2 B.零點s=7,s=－2;極點s=0.25,s=3 C.零點s=－7,s=2;極點s=－1,s=3 D.零點s=－7,s=2;極點s=－0.25,s=3 22.一系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,則系統(tǒng)的開環(huán)增益和型次依次為( ) A. 0.4，Ⅰ B. 0.4，Ⅱ C. 3，Ⅰ D. 3，Ⅱ 23.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=，其幅頻特性｜G(jω)｜應為( ) A. B. C. D. 24.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ，等于( ) A.系統(tǒng)的粘性阻尼系數(shù) B.臨界阻尼系數(shù)與系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)之比 C.系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比 D.系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)的倒數(shù) 25.設ωc為幅值穿越(交界)頻率，φ(ωc)為開環(huán)頻率特性幅值為1時的相位角，則相位裕度為( ) A. 180－φ(ωc) B. φ(ωc) C. 180+φ(ωc) D. 90+φ(ωc) 26.單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=，則系統(tǒng)在r(t)=2t輸入作用下，其穩(wěn)態(tài)誤差為( ) A. B. C. D. 0 27.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=,在0＜ζ＜時，其無阻尼固有頻率ωn與諧振頻率ωr的關系為( ) A. ωn<ωr B. ωn=ωr C. ωn>ωr D. 兩者無關 28.串聯(lián)相位滯后校正通常用于( ) A.提高系統(tǒng)的快速性 B.提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度 C.減少系統(tǒng)的阻尼 D.減少系統(tǒng)的固有頻率 29.下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中，能在頻率ωc=4處提供最大相位超前角的是( ) A. B. C. D. 30.從某系統(tǒng)的Bode圖上，已知其剪切頻率ωc≈40，則下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中能在基本保持原系統(tǒng)穩(wěn)定性及頻帶寬的前提下，通過適當調(diào)整增益使穩(wěn)態(tài)誤差減至最小的是( ) A. B. C. D. 二、填空題(每小題2分，共10分) 1.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的增益、_______和_______有關。 2.一個單位反饋系統(tǒng)的前向傳遞函數(shù)為，則該閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為_______開環(huán)增益為_______。 3.二階系統(tǒng)在階躍信號作用下，其調(diào)整時間ts與阻尼比、_______和_______有關。 4.極坐標圖(Nyquist圖)與對數(shù)坐標圖(Bode圖)之間對應關系為：極坐標圖上的單位圓對應于Bode圖上的_______；極坐標圖上的負實軸對應于Bode圖上的_______。 5.系統(tǒng)傳遞函數(shù)只與_______有關，與______無關。 三、簡答題(共16分) 1.(4分)已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，求系統(tǒng)的脈沖響應表達式。 2.(4分)已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試問該系統(tǒng)為幾型系統(tǒng)?系統(tǒng)的單位階躍響應穩(wěn)態(tài)值為多少? 3.(4分)已知二階欠阻尼系統(tǒng)的單位階躍響應如下，如果將阻尼比ζ增大(但不超過1)，請用文字和圖形定性說明其單位階躍響應的變化。 4.(4分)已知各系統(tǒng)的零點(o)、極點(x)分布分別如圖所示，請問各個系統(tǒng)是否有非主導極點，若有請在圖上標出。 四、計算題(本大題共6小題，共44分) 1.(7分)用極坐標表示系統(tǒng)的頻率特性(要求在ω→∞、ω=0、ω=ωn等點準確表示，其余定性畫出)。 2.(7分)求如下系統(tǒng)R(s)對C(s)的傳遞函數(shù)，并在圖上標出反饋通道、順饋通道。 3.(6分)已知系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器為 問是否可以稱其為PID調(diào)節(jié)器，請說明理由。 4.(8分)求如圖所示機械網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)，其中X為輸入位移，Y為輸出位移。 5.(10分)已知單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，請繪出頻率特性對數(shù)坐標圖(Bode圖)，并據(jù)圖評價系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)性能和靜態(tài)性能(要說明理由)。 6.(6分)請寫出超前校正裝置的傳遞函數(shù)，如果將它用于串聯(lián)校正，可以改善系統(tǒng)什么性能? 機械工程控制基礎試題參考答案 課程代碼：02240 一、單項選擇題(每小題1分，共30分) 1.B 2.A 3.A 4.B 5.B 6.C 7.C 8.C 9.B 10.B 11.B 12.C 13.C 14.B 15.B 16.D 17.C 18.B 19.D 20.D 21.D 22.A 23.D 24.C 25.C 26.A 27.C 28.B 29.D 30.B 二、填空題(每小題2分，共10分) 1.型次 輸入信號 2.s3+5s2+4s+K=0， 3.誤差帶 無阻尼固有頻率 4.0分貝線 －180線 5.本身參數(shù)和結構 輸入 三、簡答題(共16分) 1. g(t)=e－t－e－3t,t≥0 2.Ⅰ型；穩(wěn)態(tài)值等于1 3.上升時間 變大；超調(diào)量減少； 調(diào)節(jié)時間減小(大體上)； 4. 無非主導極點； 非主導極點； 非主導極點 四、計算題(共44分) 1.ω→∞點 ω=0點 ωn=0.5點  曲線大體對  2. 3.(6分) G0(s)=(T3+T4)+T3T4s+1/s G0(s)由比例部分(T3+T4)、微分部分T3T4s及積分部分1/s相加而成 4.(8分) B=0 G(s)=，T=B/k 5. 開環(huán)傳遞函數(shù)在復半平面無極點，據(jù)圖相位裕度為正，幅值裕度分貝數(shù)為正，根據(jù)乃奎斯特判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)為Ⅰ型，具有良好的靜態(tài)性能。相位裕度約為60度，具有良好的動態(tài)性能。 6.G0(s)= 可增加相位裕度，調(diào)整頻帶寬度。