机械控制工程基础.docx
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机械控制工程基础
1.系统开环传递函数的增益变小，系统的快速性（B）
A.变好B.变差
C.不变D.不定
2.对于系统的固有频率ωn，阻尼频率ωd以及谐振频率ωr三者关系应为（A）
A.ωn>ωd>ωrB.ωn>ωr>ωd
C.ωr>ωn>ωdDωd>ωn>ωr
3.控制论的中心思想是（C）
A.一门既与技术科学又与基础科学紧密相关的边缘科学
B．通球信息的传递、加工处理和反馈来进行控制
C．抓住一切通讯和控制系统所共有的特点
D．对生产力的发展、生产率的提高具有重大影响
4.当系统已定,并且输人知道时，求出系统的输出，并通过输出来研究系统本身的有关问题,
称为（C）A.最优控制B.系统辩识C.系统分析D.自适应控制
5.某系统的微分方程为5t
2
x”（t）+2x’（t）sinωt=y（t），它是（A）
A.线性时变系统B线性定常系统
C非线性系统D.非线性时变系统
6.某环节的传递函数为G（s）=Ts+1,它是（D）
A.积分环节B微分环节
C—阶积分环节D.—阶微分环节
7.下面因素中，与系统稳态误差无关的是（D）
A.系统的类型B.开环增益
C输人信号D.开环传递函数中的时间常数
8.系统对单位斜坡函数输人R（s）=1/s
2的稳态误差称为（B）
A.位置误差B速度误差
C加速度误差D.系统误差
9.对于二阶系统的超调量MP，以下说法正确的是（A）
A.只与阻尼比ξ有关B.只与自然频率ωn有关
C与阻尼比ξ无关D.与ξωn相关
10.延时环节G（s）=e
-τs的相频特性∠G（jω）等于（B）
A.τωB.-τωC.90°D.180°
11.—阶系统的传递函数为：
15/（4s+15）,则系统的增益K和时间常数T依次为（B）
A.3.75,1.25B.3,0.8
C.0.8,3D.1.25，3.75
12.若系统传递函数G（s）的所有零点和极点均在S平面的哪个部位时，则该系统称为最小相
位系统。
（C）
A.上半平面B.下半平面
C.左半平面D.右半平面
13.利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，Z=P-N中的Z表示意义为（D）
A.开环传递函数零点在s左半平面的个数
B.开环传递函数零点在s右半平面的个数
C闭环传递函数零点在s右半平面的个数
D.闭环特征方程的根在s右半平面的个数
14.二阶系统的性能td、t
r、t
s指标反映了系统的（C）
A.稳定性B.相对稳定性
C.灵敏性D.精度
15.若f（t）的拉氏变换为F（s）=3/[s（s+2）]，由终值定理得原函数终值为（A）
A.3/2B.1
C.∞D.2/3
16.负反馈指反馈回去的信号与原系统的输人信号相位相差（D）
A.30°B.60°
C.90°D.180°
17.信息传递指信息在系统及过程中的传递关系是（A）
A.动态B.静态
C始终不变D.杂乱无章
18.系统受到外力作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程称为（C）
A.初始响应B过程响应
C.瞬态响应D.稳态响应
19.PID校正器不包含（D）
A．比例B.微分
C.积分D.差分
20.系统分析时高阶系统分析较为复杂，习惯上几阶以上的系统称为高阶系统（A）
A．三阶B.四阶
C.五阶D.六阶
21.函数c（t）=δ（t-t0）（脉冲函数）的拉氏变换为（B）
A.e
t
0
s
B.1e
-t
0
s
C.e
-s
D.1-t0s
22.已知F（s）=5/[s（2s+1）]，当t→∞时（t）f的值为（A）
A.5B.2C.0D.∞
23.系统的传递函数G（s）=20/（3s+10），则系统的时间常数为（D）
A.20B.2C.3D.0.3
24.有两个标准二阶振荡系统，其超调量Mp相等，则这两个系统一定具有相同
的（D）
A.ωnB.ωdC.KD.ξ
25.增加系统的型次，系统的（B）
A.准确性提高，快速性提高B.准确性提高，快速性降低
C.准确性降低，快速性提高D.准确性降低，快速性降低
26.系统开环传递函数的增益越大，系统的稳态误差（B）
A.越大B.越小
C.不变D.不定
27.有两个单位负反馈系统，其前向通道传递函数分别为G1
（1）=1/3,G2
（2）=1/2s
则相应的截止频率满足（C）
A．ωb1<ωb2B.ωb1=ωb2C.ωb1>ωb2D.ωb1=4ωb2
28.单位负反馈系统的开环传递函数Gk（s）=（2s+1）/[s（s+3）
2
]，其Nyquist图
在+
=0ω处的相位角是（B）
A.-180°B.-90°C.0°D.-270°
29.单位负反馈系统的开环传递函数为Gk=（2s+3）
2
/[s（s+1）
2（s+5）]，则其对数幅
频特性曲线处在ω→∞的斜率为（C）
A.-60dB/decB.-80dB/decC.-40dB/decD.-20dB/dec
30.—个反馈控制系统的特征方程为s
3
+5Ks
2
+（2K+3）s+10=0，则使该闭环系统稳
定的值范围是（D）
A.K＞0.1B.K＞0C.K＜0.5D.K＞0.5
31.某环节的传递函数为Gc（s）=（Ts+1）/（αTs+1）,T＞0，若将此环节作为
相位滞后环节使用，则α应符合（A）
A.α＞1B.=1αC.=0αD.0＜α＜1
32.若需要提高系统的快速性，则选择串联校正装置为（D）
A.PI校正B.正比校正C.相位滞后校正D.相位超前校正
33.某系统的原传递函数为G（s）=40/[s（s+4）]，串联校正后的传递函数
为Gk（s）=[40（20+0.5s）]/s（s+4），则该校正环节为（C）
A.P校正B.PI校正C.PD校正D.PID校正
34、若单位反馈系统闭环传递函数为10/（0.1s+1），则该系统开环传递函数为（D）
A.10/（0.1s+11）B.10/（0.1s+9）C.10/（10s+1）D.10/（0.1s‐9）
35、某系统对抛物线输入信号的稳态误差为常数，则该系统必为（C）
A：
0型系统B：
Ⅰ型系统C：
Ⅱ型系统D：
Ⅱ型系统以上
36.一阶系统时间常数T的意义是（A）
A：
单位阶跃响应达到稳态值的63.2%所需要的时间
B：
单位阶跃响应以初速度等速上升所需时间
C：
单位阶跃响应达到稳态值所需要的时间
D：
单位阶跃响应以初速度等速上升到稳态值的63.2%所需要的时间
37.若二阶系统阻尼比为0＜ζ＜1，则系统处于（A）
A：
欠阻尼B：
过阻尼C：
无阻尼D：
临界阻尼
38.若系统开环传递函数为100（0.5s+1）/[s（0.1+1）（0.01s+1）]，其对数幅频特性图低频段折线的
特征为（B）
A：
当ω=1时，L（ω）=100dBB：
低频段折线斜率为‐20dB/dec
C：
当ω=1时，L（ω）=140dBD：
低频段折线斜率为‐40dB/dec
39.某相位超前校正网络传递函数为（1+5s）/5（1+s），它能提供的最大相位超前角mφ
为（C）
A：
90°B：
53.1°C：
41.8°D：
56.44°
40.若系统开环传递函数为Kg（s+2）/[s（s+1）（s+3）]，则实轴上的根轨迹段为（C）
A：
（‐1，0）,（‐2，‐1）B：
（‐2，‐1）,（‐∞，‐3）
C：
（‐1，0）,（‐3，‐2）D：
（‐∞，‐3）,（‐1，0）
41.若系统闭环传递函数为10/（s
2
+2s+2），则该系数（C）
A：
临界稳定B：
不稳定
C：
稳定D：
稳定性不能直接确定
42.由伯德图估计系统传递函数的方法适用于（A）
A：
最小相位系统B：
稳定系统
C：
非最小相位系统D：
二阶以下系统
43.在开环控制系统中，其基本工作原理是（D）
A．不断地检测偏差并纠正偏差B.不断地检测输入信号并纠正之
C.不断地检测输出信号并纠正之D.不需检测和纠正信号
44.函数10t+12e
‐t
（t≥0）的拉氏变换为（D）
A.1/s
2
+12/（s+1）
2
B.1/s
2
‐12/（s+1）
2
C.10/s
2
+12/（s‐1）
2
D.10/s
2
+12/（s+1）
2
45.扰动信号是一种输入量，一般对系统的输出量（B）
A.不产生影响B.产生影响C.有时产生影响D.产生影响不大
46.某位置伺服系统的输出角度的象函数为θ（s）=（3s+2）/（2s
2
+4s+1），由初值定理，则系统的
初始位置为（A）
A.1.5radB.2radC.0radD.∞
47.控制信号叠加时，其纲量（B）
A.与控制信号有关B.必须一致C.不必一致D.与控制信号无关
48.某单位负反馈控制系统的开环传递函数为：
G（s）=2/（s‐1），在单位脉冲信号输入下，输
出函数为（B）
A.2/（s‐1）B.2/（s+1）C.1/（s‐12）D.1/（s+12）
49.在由高兴环节组成的控制系统中，其惯性大小取决于（A）
A.系统本身B.外界条件C.上升时间D.调整时间
50.某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G（s）=2/（s
2
+2s‐2），则闭环系统为（A）
A.0型系统B.Ⅱ型系统C.Ⅰ型系统D.Ⅲ型系统
填空题
1.在单输人—单输出系统的瞬态响应分析或频率响应分析中，采用的数学模型是
_________，在现代控制理论中，数学模型则采用_______________。
传递函数状态空间表
达式
2.系统传递函数只与_________有关,与________无关。
系统本身的结构外界输入
3.Mp表示了系统的__________,td,t
r及ts表征了系统的___________。
相对稳定性灵敏性
4.—般对机械工程系统有三方面的性能要求，即稳定性、_________及_____________。
准确
性快速性
5.工程系统中常用的校正方案有串联校正、________和__________。
并联校正PID校正
6.反馈校正是从系统某一环节的输出取出信号，经过校正网络加到该环节前面某一环节的
输入端。
7.根轨迹法判别系统稳定性最根本的出发点是判别闭环系统特征方程的根在S平面上的位
置。
8.如何用实验分析的方法来建立系统数学模型这一学科称为系统辨识。
9.稳态误差与开环传递函数的结构和输入信号的形式有关。
10.系统中各环节之间的联系归纳起来有串联、并联和反馈。
11.机械工程控制论是研究以机械工程技术为对象的控制论问题。
12.数字仿真又称为计算机仿真。
13.并联校正按校正环节的并联方式分为反馈校正和顺馈校正。
14.线性系统是否稳定是系统本身的一个特性，它与系统输入量和扰动无关。
15.大多数机械结构都可以用质量‐弹簧‐阻尼系统近似描述，包括工艺设备如金属切削机床和
__锻压机床____等
16.延迟时间td规定为单位阶跃响应c（t）达到其稳定值的___50%_____所需的时间。
17.通过对系统时间响座的分析可以揭示系统本身的动态特性.
18.系统的“干扰”与“输人”是相对概念，它们都是系统的输人，都是通过各自
相应的传递关系而产生其相应的系统输出成分。
19.数学模型是系统动态特性的数学表达式。
20.延时环节对系统的幅频特性无影响，会产生相位滞后。
21.若按系统是否存在反馈来分，可将系统分为开环系统和闭环系统，开环系统是指系统的
输出量对系统无控制作用。
22.已知F（s）=（s+1）/[s（s
2
+1）]，则L
-1
F[s]=1-cost+sint。
23.系统的传递函数是指在零开始条件下，系统输出的拉氏变换与引起输出的拉氏变换之比。
24.系统的单位脉冲响应函数h（t）=1-2t，则系统的传递函数G（s）=1/s‐2/s
2
。
25系统的传递函数为G（s）=2.5/（s
2
+6s+25），当有一单位阶跃信号作用于系统时，系统的最大
超调超量Mp=9.5%。
26.在频率特性的极坐标图（Nyquist图）中，延时环节（）jw
Gjweτ−
=
G（jω）=e
-jωτ的相角
∠G（jω）=ωτ−。
27.某系统的对数幅频特性为40dB，则该系统的幅频特性为100。
28.系统的评定方法是巳知系统的结构和参数的情况下，分析和评定系统的稳定性、快速
性及准确性。
29.PI调节器可以在维持系统原有满意的瞬态性能的同时，有效地提高系统的稳态性能。
30.采用顺馈校正可以达到消除扰动影响的目的。
31.自动控制系统有开环和闭环两种构成形式。
32.在经典控制理论中，线性定常系统常用的数学模型有微分方程、传递函数和频率
特性。
33.Ⅰ型系统是指系统开环传递函数中有一个积分环节，它对加速度输入信号的稳态误差
为∞。
34.在伯德图中，积分环节的对数幅频特性是一条斜率为的‐20dB/dec直线，而它的相频特性
是一条恒为‐90°直线。
35.控制系统的相对稳定性用相位裕量和幅值裕量来衡量。
36、对控制系统进行相位超前校正后，可以使系统的带宽增加，因而响应提高速度。
37.对最小相位系统而言，系统的相对稳定是指，相位裕量γ和副值富量Kg都应该大于零。
38.系统的开环奈氏曲线对（‐1，j0）点的靠近程度，就表征了系统的稳定程度。
39.系统超前校正中，若提高开环增益，可使系统的稳定性降低。
40.对一阶系统，提高其快速性的方法是减小开环增益。
41.二阶系统的单位阶跃响应中，当阻尼比为零时，其震荡特性为等幅震荡。
42.闭环控制系统的基本工作原理是不断地检测偏差并纠正偏差，当无偏差时，则该系统的
工作状态是稳态。
43.闭环与开环控制系统在使用中哪个更经济开环。
44.当系统的传递函数G（s）=10/（1+s）时，其极点为s=‐1。
45.校正元件的作用是改善系统的动态性能。
46.在初始条件为零时，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换
之比称为线性系统的传递函数。
47.时间响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成。
48.系统输出全部或部分地返回到输入端，就叫反馈。
49.单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是1/S。
50.对控制系统有三方面的性能要求，即稳定性、准确性，和快速性。
三、简答題
1.简述串联相位超前、相位滞后校正的优缺点是什么。
相位超前校正：
优点：
加快系统响应速度；提高系统相对稳定性。
缺点：
稳态精度变化不大
2.试述绘制系统的伯德图的一般方法步骤。
（1）由传递函数求出频率特性并将其化为若干典型环节频率特性相乘的形式；
（2）求出各典型环节的转角频率、阻尼比等参数；
（3）分别画出各典型环节的幅频曲线的渐近线和相频曲线；
（4）将各环节的对数幅频曲线的渐近线进行叠加得到系统幅频曲线的渐近线并对其进行
修正；
（5）将各环节相频曲线叠加，得到系统的相频曲线。
3.什么是系统的传递函数？
应用传递函数分析系统时必须具备什么条件？
传递函数是初始条件为零时系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变换。
具备条件：
（1）系统描述为时域问题，即有时间函数f（t）;
（2）在描述范围内至少分段连续；
（3）系统为线性。
4．什么是信息和信息的传递？
试举例说明。
答:
一切能表达一定含义的信号、密码、情报和均为信息。
例如，机械系统中的应力、变形、
温升、几何尺寸与形状精度等等，表明了机械系统信号、密码、情报或消息。
（2分）所
谓信息传递，是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递，或转换。
如机床加工工艺系
统，将工件尺寸作为信息，通过工艺过程的转换，加工前后工件尺寸分布有所变化，这样，
研究机床加工精度问题，可通过运用信息处理的理论和方法来进行。
（2分）
5.系统数学模型有哪些？
采用哪些方法建立数学模型？
答:
系统的数学模型主要有两种，对于单输入单输出系统采用的是传递函数表达式，在现代
控制理论中数学模型采用状态空间表达式。
建立系统的数学模型有两种方法。
（1）分析法:
根据系统本身所遵循的有关定律写出数学表达
式，在列方程的过程中进行必要的简化，如线性化等。
（2）实验法:
是根据系统对某些典型输
人信号的响应或其它实验数据建立数学模型。
6.时间响应由哪两部分组成，它们的含义和作用是什么？
答:
系统的时间响应是由瞬态响应和稳态响应两部分组成。
（2分）系统受到外加作用后，
从初始状态到最终状态的响应过程称为瞬态响应。
当时间趋于无穷大时，系统的输出状态称
为稳态响应。
瞬态响应反映了系统的动态性能，而稳态响应偏离系统希望的程度可用来衡量
系统的精确程度。
（2分）
7.简述相位裕量Kg的定义、计算公式，并在极坐标上表示出来。
答:
在乃奎斯特图上，乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数，称幅值裕量Kg。
Kg=1/|G（j
ω）H（jω）|
8．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
含知轴的右半s平面内是解析的，（这就意味着当t→∞时f（t）趋于一个确定的值），则函数f（t）
的终值为lim
t→∞f（t）=lim
s→0F（s）。
9．什么是主导极点？
答：
主导极点是指系统所有闭环极点中距离虚轴最近，且周围没有其它闭环零点的那些闭
环极点。
主导极点对系统的响应起主导作用。
10．采用何种方式可以同时减小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人口的前向通道中，提高增益和设置积分环节。
11.最小相位系统与非最小相位系统的对数频率特性有何异同？
答：
最小相位系统与非最小相位系统的对数幅频特性相同，两者对数相频特性不同，非最
小相位系统的相角变化绝对值比最小相位系统相角变化绝对值大。
12.系统有二个闭环特征根分布在s平面的右半面，劳斯表中第一列元素的符号应改变几
次？
答：
有二个右半s平面的特征根，说明劳斯表中第一列元素的符号改变二次。
13.传递函数的定义是什么？
一个物理可实现的系统，其传递函数有什么特征？
答：
线性定常控制系统，当初始条件为零时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变
换之比称为系统的传递函数。
一个物理可实现的系统，其传递函数分母阶数n应不小于分子
阶数m，即n≥m。
14.简要说明欲降低由输入和干扰信号引起的稳态误差，采取的措施有何不同？
答：
欲降低由输入信号引起的稳态误差，应提高系统开环放大倍数或在系统中增加积分环节
（提高系统型次）；欲降低由干扰信号引起的稳态误差，应在干扰信号作用点之前的前向通
道中增加放大倍数或增加积分环节。
15.控制系统开环频率特性的三个频段是如何划分的？
它们各自反映系统哪方面的性能？
答：
一般将系统开环频率特性的复制穿越频率ωc看成是频率响应的中心频率，把ω<<ωc
的频率范围称为低频段；把ωc附近的频率范围称为中频段；把ω>>ωc的频率范围称为高频
率段。
开环频率特性的低频段反映了控制系统的稳态性能；中频段反映了控制系统的动态性
能；高频段反映了控制系统的抗高频干扰性能和系统的复杂性。
16.简述劳斯稳定判据和奈奎斯特稳定判据在使用方法和功能上的区别。
答：
在使用方法上的区别：
劳斯判据是利用系统闭环特征方程的系数做成劳斯表，根据劳斯
表首列元素的符号来判断闭环系统的稳定性，是一种代数方法；而奈奎斯特判据则是利用系
统开环频率特性，由开环频率特性图来判断闭环系统的稳定性，属于频率特性分析方法。
在功能上的区别：
劳斯判据只能判断闭环系统稳定与否，而奈奎斯特判据不仅能判断闭环系
统的稳定性，还能给出系统稳定或不稳定的程度，揭示改善系统稳定性的途径。
17.什么是稳态误差，并分析其与系统结构（类型）的关系
答：
控制系统的希望输出和实际输出之差；系统的结构不同，产生的稳态误差不同（或系统
的型别越高，误差越小）。
18.什么是最小相位系统
答：
若系统的传递函数所有零点和极点均在[S]平面的左半平面，则称改传递函数为最小相
位传递函数；具有此传递函数的系统称为最小相位系统。
19.频率响应的定义是什么？
答：
系统对正弦信号或谐波信号的稳态响应。
20.试分析当前向通道串联延时环节时，对系统稳定性的影响。
答：
延时环节不改变原系统的幅频特性；但当延时时间加大时，系统的稳定性降低，为提高
系统的稳定性，应尽可能减小延时时间。
21.何谓系统辨识？
并解释频域辨识法。
答：
系统辨识是研究如何用实验分析法来建立系统数学模型的一门科学；频域辨识方法主要
是有实验频率特性的伯德图估计最小相位系统的传递函数及利用实验频率的实验值，应用曲
线拟合方法求系统的传递函数。
22.什么是反馈（包括正反馈和负反馈）？
答：
所谓反馈，就是把一个系统的输出信号不断直接或经过中间变换后全部或部分地返回到
系统的输入端，在输入到系统中去。
如果反馈回去的信号（或作用）与原系统的输入信号（或
作用）方向相反（或相位差180°）则称之为负反馈；如果方向相同或相位相同则称之为正
反馈。
23.简述二阶欠阻尼系统参数ξ，ωn与其性能指标Mp（超调量）ts（t调整时间）的关系。
答：
若ξ不变，增大（或减小）ωn，超调量Mp不变，调整时间ts减小（或增大）；若ωn
不变，增大（或减小）ξ，超调量Mp减小（或增大），调整时间ts减小（或增大）
24.已知单位反馈系统的开环传递函数为K/[s（7s+1）],试问该系统为几型系统？
系统的单位阶
跃响应稳态值是多少？
答：
系统为I型系统，稳态值是1.
25.已知零初始条件下某线性定常系统的单位脉冲响应，能否求出该系统的闭环传递函数？
若能求，如何求？
答：
能。
零初始条件下单位脉冲响应函数的拉氏变换即为该系统的闭环传递函数。
26.什么是闭环控制系统？
答：
系统的输出对系统有控制作用，或系统中存在反馈回路称为闭环控制系统。
四、计算题
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