機械工程控制基礎試卷及答案

1、第 1 頁（共 3 頁）《機械工程控制基礎》試卷（A 卷）一、填空題（每空 、填空題（每空 1 分，共 分，共 20 20 分） 分） 1、對控制系統(tǒng)的基本要求是 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 、 響應的快速性 、 響應的準確性 。2、已知f(t)=t+1,對其進行拉氏變換L[f(t)]= 1/s2+1/s 或者（1+s）/s2 。3、二階系統(tǒng)的極點分別為s1=?0.5,s2=?4，系統(tǒng)增益為2，則其傳遞函數(shù)G(S)= 2/

2、(s+0.5)(s+_4) 4、零頻幅值 A(0)表示當頻率 接近于零時，閉 環(huán)系統(tǒng)輸出的幅值與輸入幅值之 ?比。5、工程控制論實質(zhì)上是研究工程技術中廣義系統(tǒng)的動力學問題，機械工程控制就是研究系統(tǒng)、輸入、輸出三者之間的動態(tài)關系。6、系統(tǒng)的頻率特性求取有三種方法：根據(jù)系統(tǒng)響應求取、用試驗方法求取和將傳遞函數(shù)中的 s 換為 jw 來求取。8、微分環(huán)節(jié)的控制作用主要有 使輸出提前 、 增加系統(tǒng)的阻

3、尼 、 強化噪聲 。9、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ，其中 為系統(tǒng)的 無阻尼固有頻率 ，當 2 222) (n nns ss G? ???? ?? n ?時為 欠阻尼 系統(tǒng)。在阻尼比ξ<0.707 時，幅頻特性出現(xiàn)峰值，稱諧振峰值，此時 1 0 ? ? ?的頻率稱諧振頻率ωr＝ 。 2 2 1 ? ? ? n10、一般稱能夠用相同形式的數(shù)學模型來描述的物理系統(tǒng)成為相似系統(tǒng)。11、對自動控制系統(tǒng)按照輸出變化規(guī)律分為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

4、、隨動系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。12、對積分環(huán)節(jié)而言，其相頻特性∠G(jw)=-900。二、名詞解釋（ 、名詞解釋（每個 4 分，共 20 分） 1、閉環(huán)系統(tǒng)：當一個系統(tǒng)以所需的方框圖表示而存在反饋回路時，稱之為閉環(huán)系統(tǒng)。2、系統(tǒng)穩(wěn)定性：指系統(tǒng)在干擾作用下偏離平衡位置，當干擾撤除后，系統(tǒng)自動回到平衡位置的能力。3、頻率特性：對于線性定常系統(tǒng)，若輸入為諧波信號，那么穩(wěn)態(tài)輸出一定是同頻率的諧波信號，輸出輸入的幅值之比及輸出輸入相位之差統(tǒng)稱為頻

5、率特性。4、傳遞函數(shù)：在外界作用系統(tǒng)前，輸入、輸出的初始條件為零時，線性定常系統(tǒng)、環(huán)節(jié)或元件的輸出 x0(t)的 Laplace 變換 X0(S)與輸入 xi(t)的 Laplace 變換 Xi(S)之比，稱為該系統(tǒng)、環(huán)節(jié)或元件的傳遞函數(shù) G(S)5、系統(tǒng)：由相互聯(lián)系、相互作用的若干部分構成，而且有一定的目的或一定運動規(guī)律的一個整體，稱為系統(tǒng)。三、 分析題（每題 分析題（每題 6 分，共 分，共 12 12 分） 分） 1、分析人

6、騎自行車的過程中，如何利用信息的傳輸，并利用信息的反饋，以達到自行車平衡的。 （要求繪出原理方框圖）分析人騎自行車的過程中，如何利用信息的傳輸，并利用信息的反饋，以達到自行車平衡的。解：人騎自行車時，總是希望具有一定的理想狀態(tài)（比如速度、方向、安全等） ，人腦根據(jù)這個理想狀態(tài)指揮四肢動作，使自行車按預定的狀態(tài)運動，此時，路面的狀況等因素會對自行車的實際狀態(tài)產(chǎn)生影響，使自行車偏離理想狀態(tài)，人的感覺器官感覺自行車的狀態(tài)，并將此信息返回到大腦

7、，大腦根據(jù)實際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差調(diào)整四肢動作，如此循環(huán)往復。其信息流動與反饋過程可用下圖表示。理想狀態(tài)運動系統(tǒng) 自行車感覺器官大腦 實際狀態(tài)干擾+-2、若系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖如圖所示，求（1）以 R(S)為輸入,當 N(S)＝0 時,分別以 C(S),Y(S)為輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)；(2)以 N(S)為輸入,當 R(S)＝0 時,分別以 C(S),Y(S)為輸 出的閉環(huán)傳遞函數(shù)；(3)比較以上各傳遞函數(shù)的分母,從中可以得出什么結論。(1)

8、以 R(S)為輸入,當 N(S)＝0 時,C(S) ,Y(S)為輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)；(2)以 N(S)為輸入,當 R(S)＝0 時,以 C(S)為輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)；從上可知：對于同一個閉環(huán)系統(tǒng)，當輸入的取法不同時，前向通道的傳遞函數(shù)不同，反饋回路的傳遞 函數(shù)不同，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)也不同，但系統(tǒng)的傳遞函數(shù)分母不變，這是因為分母反映了系統(tǒng)固有特性， 而與外界無關。四、計算題（每題 、計算題（每題 10 10 分，共 分，共 30 30 分）

9、 分） 1、求圖所示兩系統(tǒng)的傳遞函數(shù),其中 xi(t)、ui 為輸入，xo(t)、uo 為輸出 。(寫出具體過程)專業(yè)班級： 姓名： 學號： …………………………密………………………………封………………………………線…………………………) ( ) ( ) ( 1) ( ) () () ( ) (2 12 1s H s G s Gs G s

10、Gs Rs C s GC ? ? ?) ( ) ( ) ( 1) () () ( ) (2 11s H s G s Gs Gs Rs Y s GY ? ? ?) ( ) ( ) ( 1) () () ( ) (2 12s H s G s Gs Gs Ns C s GC ? ? ?) ( ) ( ) ( 1) ( ) ( ) () () ( ) (2 12 1s H s G s Gs H s G s Gs Ns Y s GY ?? ? ?

11、第 3 頁（共 3 頁）統(tǒng)具有好的瞬態(tài)響應性能應該減小質(zhì)量，增大阻尼系數(shù)，在實踐中經(jīng)常采用輕質(zhì)材料或空心 結構減小質(zhì)量。 五、求圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 五、求圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù) G(s)=Xo G(s)=Xo (s)/ (s)/ Xi(s) (s)。 H1H2G3G4G2 G1Xi(S)+ - + ++ -+ + X0(S)根據(jù)系統(tǒng)結構特點，應先把圖中的點 A 前移至 B 點，化簡后，再后移至 C 點，然后從內(nèi)環(huán)到外環(huán)逐步化 簡，其簡化過

12、程如下圖。H1G2H2G3G4G2 G1Xi(S)+ - + ++ -+ + X0(S) BH1G2H2G2G3+G4 G1Xi(S)+ - + ++ -X0(S)B CH2G2G3+G4 G1Xi(S)+ - + ++ -X0(S)C4 3 22 1G G GG?HXi(S)+ - + +X0(S)4 3 22 1G G GG?H? ?? ? 4 3 2 24 3 2 11 G G G HG G G G? ??Xi(S)+ -X0(S

13、) ? ?? ? 2 1 1 4 3 2 24 3 2 11 G G H G G G HG G G G? ? ??Xi(S) X0(S) ? ?? ?? ? 2 1 1 1 2 4 3 24 3 2 11 G G H G H G G GG G G G? ? ? ??2 1 1 2 1 4 3 24 3 2 1) )( ( 1) () () ( ) ( G H G H G G G GG G G Gs Xs X s Gio? ? ? ??

14、? ?六、計算分析題 、計算分析題 設系統(tǒng)的特征方程為 D(S)＝S5+3S4+4S3+12S2-5S-15 試用 Routh 表判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并說明該系統(tǒng)具有正實部特征根的個數(shù)。解：根據(jù)特征方程的系數(shù)，列 Routh 表如下：S5 1 4 -5 0S4 3 12 -15 0S3 0 0 0 0由第二行各元素得輔助方程（2p=4,p=2）F(S)= 3S4+12S2-15=0取 F(S)對 S 的導數(shù)，則得新方程12S3+24