机械控制工程基础 笔试科目复习资料 天津大学考试提交及答案Word下载.docx

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6、关于线性系统时间响应，说法正确的是（C）。

A.时间响应就是系统输出的稳态值B.由单位阶跃响应和单位脉冲响应组成

C.由强迫响应和自由响应组成D.与系统初始状态无关

7、系统的单位脉冲响应函数为

，则系统的传递函数为（A）

A.

B.

C.

D.

8、一个系统稳定的充要条件是（C）。

A.系统的全部极点都在[S]平面的右半平面内

B.系统的全部极点都在[S]平面的上半平面内

C.系统的全部极点都在[S]平面的左半平面内

D.系统的全部极点都在[S]平面的下半平面内

9、一个线性系统稳定与否取决于（A）。

A.系统的结构和参数B.系统的输入

C.系统的干扰D.系统的初始状态

10、相位超前校正网络的作用是下列的哪一项（B）。

A.系统的相对稳定性得到提高B.增加闭环系统的稳定性裕度

C.系统的带宽下降D.系统的上升时间和调整时间加长

二、填空题

1、对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性和准确性。

2、按系统有无反馈，通常可将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。

3、在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程、传递函数等。

4、稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统

控制精度的程度。

5、按照有无反馈来分类，控制系统可分为开环控制系统；

闭控制系统；

半闭环控制系统。

6、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。

7、有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。

8、频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。

9、稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。

10、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。

11、脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。

12、阶跃信号的拉氏变换是1/s。

13、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。

14、瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程。

15、控制系统的校正方式有串联校正、并联校正；

复合校正。

其中串联校正又分为超前校正；

滞后校正；

超前-滞后校正。

16、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。

17、频率响应是系统对正弦输入的稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。

18、I型系统

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

。

19、二阶系统的阻尼系数ξ=0.707_时，为最佳阻尼系数。

这时系统的平稳性与快速性都较理想。

20、控制系统的相对稳定性可以用相位裕量及幅值裕量来定量表征。

三、计算题

1、机械系统如图所示，其中，外力f（t）为系统的输入，位移x（t）为系统的输出，m为小车质量，k为弹簧的弹性系数，B为阻尼器的阻尼系数，试求系统的传递函数（忽略小车与地面的摩擦）。

解：

系统的微分方程为

拉氏变换得：

（零初始条件）

2、已知系统结构如图，试求传递函数

及

1．

2．

3、已知机械振动系统（如图1a）所示，当在质量块上施加20牛顿的阶跃力时，其位移响应曲线如图1b所示。

试求：

（1）求系统的传递函数；

（2）计算参数K、m和B的数值。

（提示：

，

）

0.025

0.020

t（s）

2

b）时间响应曲线

a）机械系统

图1

（1）传递函数

（2）

阶跃输入力

系统稳态响应为

根据拉氏变换的终值定理，有

可解得，K=1000N/m

由系统最大超调量

=0.25，可得

=0.4

由

，可得

=1.7rad/s

，可得m=342kg，B=468N.s/m

4、设单位负反馈系统的开环传递函数为

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tp、超调量Mp、调整时间tS（△=0.02）；

系统闭环传递函数

与标准形式对比，可知

故

又

5、已知单位反馈系统的闭环传递函数

，试求系统的相位裕量

和幅值裕量kg

系统的开环传递函数为

，解得

又

四、计算题

1、已知系统结构图如图2所示：

画出k=10时的开环概略Bode图。

系统开环传递函数标准形式为：

该系统由四个典型环节组成：

（比例环节）

（积分环节）

（惯性环节转角频率

绘制Bode图：

（k=10）

1、确定转折频率：

1、5，在（1,20lg2）点之左作斜率为-20的斜线。

2、过（1,20lg2）点之右作斜率为-40的斜线至ω=5。

3、在ω=5后作斜率为-60的斜线；

2、系统如图所示，

为单位阶跃函数，试求：

（1）系统的阻尼比

和无阻尼自然频率

（2）动态性能指标：

超调量Mp和调节时间

（1）

3、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数

，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号作用下的

分别是多少？

该系统为单位负反馈且为0型系统，k=11,所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的

分别是

、。

在单位脉冲信号作用下的稳态误差为：

五、计算题

1、系统在静止平衡状态下，加入输入信号

，测得响应为

试求系统的传递函数。

2、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。

用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a4=1，a3=5，a2=2，a1=4，a0=3均大于零，

且有

所以，此系统是不稳定的。

3、已知单位反馈系统的开环传递函数为

，确定使系统稳定时参数

的取值范围。

闭环传递函数为：

无论K取何值，闭环系统都不稳定。

4、已知单位反馈闭环系统的开环传递函数为

，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）。

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。

5、已知一单位反馈控制系统如图3所示，其中控制器采用了增益为Kp的比例控制器，试确定使系统稳定的Kp值范围。

图3

（1）系统闭环传递函数为：

闭环系统特征方程：

D（S）=

列劳斯表：

150

要使系统稳定，则第一列全为正值，即

解得使系统稳定的

值范围：