机械工程控制基础考试题完整版完整.docx
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机械工程控制基础考试题完整版完整
控制基础
填空题（每空1分，共20分）
1.线性控制系统最重要的特性是可以应用___叠加__原理，而非线性
控制系统则不能。
2．反馈控制系统是根据输入量和__反馈量__的偏差进行调节的控制系统。
3．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差ess=_____。
4．当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是__负数__时，
系统是稳定的。
5.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和__反馈_连
接。
6．线性定常系统的传递函数，是在_初始条件为零___时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。
7．函数te-at的拉氏变换为12。
（sa）2
8．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__相频特性__。
9．积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为__－
20__dB／dec。
10．二阶系统的阻尼比ξ为_0_时，响应曲线为等幅振荡。
11．在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差ess=__0__。
12．0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为___0___dB/dec，高
度为20lgKp。
13．单位斜坡函数t的拉氏变换为12。
s
14.根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为__恒值__控制系统、
___随动___控制系统和程序控制系统。
15.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：
稳定性、
__快速性__和准确性。
16.系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定，与__输入量、扰
动量__的形式无关。
17.决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和_无阻尼
自然振荡频率wn。
18.设系统的频率特性Ｇ（jω）=R（ω）+jI（ω）,则幅频特性|G（j
ω）|=R2（w）I2（w）。
19.分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I型系统、II型系统⋯，
这是按开环传递函数的__积分__环节数来分类的。
20.线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复
平面的___左___部分。
21．ω从0变化到+∞时，惯性环节的频率特性极坐标图在第四
象限，形状为___半___圆。
22.用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是_正弦函数_。
23．二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为01。
24．G（s）=K的环节称为___惯性__环节。
Ts1
25．系统输出量的实际值与_输出量的希望值__之间的偏差称为误差。
26．线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用___线性微分__方程来描述。
27．稳定性、快速性和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。
2
28．二阶系统的典型传递函数是2wn2。
s2wnswn
29．设系统的频率特性为G（j）R（j）jI（），则R（）称为实频特性。
30.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。
31.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：
稳定性、快速性和_准确性__。
32.二阶振荡环节的谐振频率ωr与阻尼系数ξ的关系为ωr=ωn122。
33.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。
34.用频率法研究控制系统时，采用的图示法分为极坐标图示法和__对数坐标图示法。
35.二阶系统的阻尼系数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。
1.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。
2.瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。
3.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
4.I型系统G（s）K在单位阶跃输入下，稳态误差为0，在单位加
s（s2）
速度输入下，稳态误差为∞。
5.频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。
6.如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是（渐进）稳定的系统。
7.传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。
8.系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。
9.如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散
（数字）控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。
10.反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc（截止频
率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳态性能。
11.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：
稳定性、快速性和精确或准确性。
单项选择题：
1.当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为（
B）
A.最优控制B.系统辩识
C.系统校正D.
2.反馈控制系统是指系统中有（A）
A.反馈回路
B.惯性环节
D.PID
C.积分环节
3.（A）=1,（a为常数）
sa
A.L[e－at]
C.L[e－（t－a）]
B.L[eat]
D.L[e
（t+a）
4.L[t2e2t]=（B）
A.13（s2）3
C.23
（s2）3
5.若F（s）=2s41，则Ltim0f（t）=（B
B.1a（sa）
D.s23
s
A.4
B.2
C.0
D.
6.已知f（t）=eat,（a为实数），则L
1
a（sa）
A.a
sa
C.1s（sa）
7.f（t）=03tt22，则L
f（t）dt]=（C0
B.1
a（sa）
D.
f（t）]=（C
A.3s
32s
C.e
s
B.
D.
12s
e
s
32s
e
s
8.某系统的微分方程为
5x0（t）2x0（t）x0（t）xi（t）,它是（
A.线性系统
C.非线性系统
B.线性定常系统
D.非线性时变系统
9.某环节的传递函数为
G（s）=e－2s，它是（B）
B.延时环节
A.比例环节
C.惯性环节
D.微分环节
10.图示系统的传递函数为
A.1
RCs1
B.RCs
RCs1
C.RCs+1
D.RCs1
RCs
11.二阶系统的传递函数为
G（s）=23,其无阻尼固有频率
4s2s100
n是
A.10
B.5
C.2.5
D.25
12.一阶系统
K的单位脉冲响应曲线在t=0处的斜率为（C
1Ts
C.K2D.K2
T2T2
13.某系统的传递函数G（s）=K,则其单位阶跃响应函数为（C
Ts1
C.K（1－e－t/T）
A.KT
B.KT
A.T1eKt/TB.TKet/T
D.（1－e－Kt/T）
14.图示系统称为（
A.0
B.
C.
D.
15.延时环节G（s）=e
s的相频特性∠
A.τω
C.９０
）
G（jω）等于（B
D.１
B.–τ
16.对数幅频特性的渐近线如图所示，
它对应的传递函数G（s）为（D）
A.
1+Ts
B.1
1Ts
C
1Ts
D.（1+Ts）2
17.
图示对
应
的环节为
（
C）
A.
Ts
B.
1
1Ts
C
1+Ts
D.T1s
18.设系统的特征方程为D（s）=s3+14s2+40s+40τ=0，则此系统稳定的τ
值范围为（B）
A.τ>0B.0<τ<14C.τ>14
19.典型二阶振荡环节的峰值时间与（D）
A.增益B.误差带
D.τ<0
转折（如图所示），这说明系统中有（D）环节。
A.5s+1B.（5s+1）2
C.0.2s+1
D.
1
2（0.2s1）2
21.某系统的传递函数为
G（s）=（（4ss71））（（ss23））,其零、极点是（
A.零点s=－0.25,s=3;极点s=－7,s=2
B.零点s=7,s=－2;极
点s=0.25,s=3
C.零点s=－7,s=2;极点s=－1,s=3
D.零点s=－7,s=2;极
点s=－0.25,s=3
22.一系统的开环传递函数为
则系统的开环增益和型次依次
A.
0.4，ⅠB.
0.4，Ⅱ
C.3，Ⅰ
D.3，Ⅱ
23.已知系统的传递函数
G（s）=
K
1Ts
ets
，其幅频特性｜
G（jω）｜应为
（D
）
A.
Ke
B.
Ke
1T
1T
C.
K2
e
D.
K
22
1T22
1
T22
24.二阶系统的阻尼比ζ
，等于（
C
）
为（A）
3（s2）s（2s3）（s5）
A.系统的粘性阻尼系数
B.临界阻尼系数与系统粘性阻尼系数之比
C.系统粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比
D.系统粘性阻尼系数的倒数
25.设ωc为幅值穿越（交界）频率，φ（ωc）为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为（C）
A.180°－φ（ωc）
C.180°+φ（ωc）
B.φ（ωc）
D.90°+φ（ωc）
26.单位反馈控制系统的开环传递函数为G（s）=4，则系统在r（t）=2t
s（s5）
输入作用下，其稳态误差为（A）
A.10B.5C.4D.0445
27.二阶系统的传递函数为G（s）=212,在0<ζ<2时，其无阻尼s2nsn2
固有频率ωn与谐振频率ωr的关系为（C）
C.ωn>ωrD.两者
）
B.
D.
A.ωn<ωrB.ωn=ωr
无关
28.串联相位滞后校正通常用于（B
A.提高系统的快速性
C.减少系统的阻尼
29.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率ωc=4处提供最大相位
超前角的是（D）
A.4s1B.s1C.0.1s1D.0.625s1
A.s1B.4s1C.0.625s1D.0.1s1
30.从某系统的Bode图上，已知其剪切频率ωc≈40，则下列串联校正装置的传递函数中能在基本保持原系统稳定性及频带宽的前提下，通过适当调整增益使稳态误差减至最小的是（B）
0.004s1
B.0.4s14s1
C.4s1
10s1
D.
4s1
0.04s1
0.4s1
单项选择题
（每小题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.D22.A
23.D
24.C
25.C
26.A
27.C
28.B
29.D
30.B
二、填空题（每小题2分，共10分）
1.系统的稳态误差与系统开环传递函数的增益、___型次和___输
入信号
2.一个单位反馈系统的前向传递函数为3K2，则该闭环系统的特征
s35s24s
方程为___s3+5s2+4s+K=0开环增益为__K
4
3.二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间ts与阻尼比、_误差带
和无阻尼固有频_有关。
4.极坐标图（Nyquist图）与对数坐标图（Bode图）之间对应关系为：
极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的___0分贝线；极坐标图上的
负实轴对应于Bode图上的_－180°线。
5.系统传递函数只与_本身参数和结构有关，与__输入无
关。
填空题（每小题2分，共10分）
1.型次2.s3+5s2+4s+K=0，K3.误差带无阻尼固有频
4
4.0分贝线－1805.本身参数和结构
1．线性系统和非线性系统的根本区别在于（C）
A．线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入。
B．线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入。
C．线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理。
D．线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理。
2．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的（B）
A．代数方程B．特征方程
C．差分方程D．状态方程
3．时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是
（D）
A．脉冲函数B．斜坡函数
C．抛物线函数D．阶跃函数
4．设控制系统的开环传递函数为G（s）=10，该系统为s（s1）（s2）
（B）
A．0型系统B．I型系统
C．II型系统D．III型系统
5．二阶振荡环节的相频特性（），当时，其相位移（）为（B）
A．-270°B．-180°
C．-90°D．0°
6.根据输入量变化的规律分类，控制系统可分为（A）
A.恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统
B.反馈控制系统、前馈控制系统前馈—反馈复合控制系统
C.最优控制系统和模糊控制系统
D.连续控制系统和离散控制系统
7．
采用负反馈连接时，
如前向通道的传递函数为G（s），反馈通道的传
8．
A．
C．
数为
G（s）
1G（s）
G（s）
1G（s）H（s）
H（s）
则其等效传递函数
阶系统G（s）=
B．1
1G（s）H（s）D．G（s）
．1G（s）H（s）
K的时间常数T越大，则系统的输出响应达到
Ts+1
稳态值的时间
B．越短
A．越长
C．不变
D．不定
拉氏
换将时间函数变换
A．正弦函数
B．单位阶跃函数
C．单位脉冲函数
D．复变函数
10．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件
A．系统输出信号与输入信号之比
B．系统输入信号与输出信号之比
C．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比
D．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比
11．若某系统的传递函数为G（s）=K，则其频率特性的实部
Ts1
（A）
A．
K
2
2
B．
K
-22
1
2T
12T2
C．
K
D．
-K
1T
-1T
12.
微
分
环
节
的
频
率
特性
相位
移
θ（
（
A
）
A.90
B.-90°
C.0°
D.-180°
13.
积
分
环
节
的
频
率
特性
相位
移
θ（
（
B
）
A.90
B.-90°
C.0°
D.-180°
R（ω）是ω）=ω）=
14.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？
（C）
A.输入信号B.初始条件
C.系统的结构参数D.输入信号和初始条件
15.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的（C）
A.
D.
y1（t）和
充分条件B.必要条件C.充分必要条件
以上都不是
16.有一线性系统，其输入分别为u1（t）和u2（t）时，输出分别为
y2（t）。
当输入为a1u1（t）+a2u2（t）时（a1,a2为常数），输出应为（B）
A.a1y1（t）+y2（t）B.a1y1（t）+a2y2（t）
C.a1y1（t）-a2y2（t）D.y1（t）+a2y2（t）
17.I型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为（B）
A.-40（dB/dec）
B.-20（dB/dec）
18.
C.0（dB/dec）
设系统的传递函数为
G（s）=
D.+20（dB/dec）
，则系统的阻尼比为
25
s25s25
C）
19
A.25
B.5
正弦函
C.
sin
D.1
拉氏变换
B.22
s
D.s212
s
A.1s
C.ss22
20．二阶系统当0<<1时，如果增加，则输出响应的最大超调量%将（B）
A.增加B.减小
C.不变D.不定
21．主导极点的特点是
22
A.距离实轴很远
C.距离虚轴很远
余弦函
A.1
s
C.s
C.22
s
23．设积分环节的传递函数为
A.K
C.1
24.比例环节的频
A.90
B.-90
B.距离实轴很近
D.距离虚轴很近
cost的拉氏变
B.22
s
D.s212
s
G（s）=1，则其频率特性幅值
B.K2
D.12
率特性相
位移θ
C.0
换是
M（）=
ω）=
D.-180
25.奈奎斯特稳定性判据是利用系统的
）来判据闭环系统稳定
性的一个判别准则。
A.开环幅值频率特性
B.开环相角频率特性
C.开环幅相频率特性
D.闭环幅相频率特性
26.
（C）
A.与输入信号有关
B.与输出信号有关
C.完全由系统的结构和参数决定
D.既由系统的结构和参数决定，也与输入信号有关
27.一阶系统的阶跃响应，（D）
A.当时间常数T较大时有振荡B.当时间常数T较小时有振荡C.有振荡D.无振荡
28.二阶振荡环节的对数频率特性相位移θ（ω）在（D）之间。
A.0°和90°B.0°和－90°
C.0°和180°D.0°和－180°
29.某二阶系统阻尼比为0.2，则系统阶跃响应为（C）
A.发散振荡B.单调衰减
．设有一个系统如图
当系统受到输入信号
C.衰减振荡D.等幅振荡
1所示，k1=1000N/m,k2=2000N/m,D=10N/（m/s），
xi（t）5sint的作用时，试求系统的稳态输出xo（t）。
（15分）
解：
Xos
k1Ds
Xisk1k2Dsk1k2
D
K2
K1
0.01s
0.015s1
然后通过频率特性求出xot0.025sint89.14
三．一个未知传递函数的被控系统，构成单位反馈闭环。
经过测试，得知闭环系统的单位阶跃响应如图2所示。
（10分）问：
（1）系统的开环低频增益K是多少？
（5分）
（2）如果用主导极点的概念用低阶系统近似该系统，试写出其近似闭环传递函数；（5分）
解：
（1）K07，K07
1K080
（2）Xos7
Xis0.025s8
四．已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图3所示。
（10分）
1.写出开环传递函数G（s）的表达式；（5分）
1．
100
s（s0.01）（s100）
2.概略绘制系统的Nyquist图。
（5分）
G（s）sss（0.011）（1001）
K
20lg80dB
K100
五．已知系统结构如图4所示,试求：
（15分）
1.绘制系统的信号流图。
（5分）
L1G2H1,L2G1G2H2P1G1G211
Xo（s）G1G2
Xi（s）1G2H1G1G2H2
P1111G2H1
Xo（s）1G2H1
N（s）1G2H1G1G2H2
六．系统如图5所示，r（t）1（t）为单位阶跃函数，试求：
（10分）
1.系统的阻尼比和无阻尼自然频率n。
（5分）
（5分）
2.动态性能指标：
超调量Mp和调节时间ts（5%）
2
4nS（S2）s（s2n）
n2
0.52n2
2．Mpe1100%16.5%ts3
七．如图
tsn
0K54
6所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下ess≤2.25
时，K的数值。
（10分）
D（s）s（s3）2Ks36s29sK0
由劳斯判据：
3s
1
9
2s
6
K
1
54K
0
s
6
0s
K
第一列系数大于零，则系统稳定得
又有：
ess9≤2.25
K
可得：
K≥4
4≤K<54
八．已知单位反馈系统的闭环传递函数（s）2，试求系统的相位裕
s3
量。
（10分）
解：
系统的开环传递函数为G（s）W（s）2
1W（s）s1
|G（jc）|221，解得c3
c21
180（c）180tg1c18060120
三、设系统的闭环传递函数为
Gc（s）=
22
s22ns2n，
试求最大超调量
％=9.6%、峰值时间tp=0.2秒时的闭环传递函数的参数ξ和ωn
的值
解：
∵%e11
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