机械控制工程基础练习题考试题及其答案

1、简答题

1、控制系统的基本要求。 1）、简述闭环控制系统的组成。

测量元件，给定元件，比较元件，放大元件，执行元件，校正元件

2）、非最小相位系统有何特点，与最小相位系统的区别是什么？

第二题 在复平面【s】右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数，反之，在【s】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数。具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统，反之，具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统

3）、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。

此滞后校正环节是一个低通滤波器，因为当频率高于1/T时，增益全部下降20lgb(db)，而相位减小不多。如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直，当然低频段的增益就提高了。

4）、简述系统超前校正网络的校正原理

在对数幅频特性曲线上有20db/dec段存在，故加大了系统的剪切频率Wc、谐振频率Wr与截止频率Wb，其结果是加大了系统的带宽，加快了系统的响应速度；又由于相位超前，还可能加大相位裕度，结果是增加了系统相位稳定性。

5）、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些？

1：增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益 2：在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节 3：采用串级控制抑制内回路扰动。

6）、简要说明比例积分微分PID控制规律中P、I和D的作用

(1)比例系数Kp直接决定控制作用的强弱，加大Kp可以减小系统的稳定误差，提高系统的动态响应速度，但Kp过大会使动态质量变坏，引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定

(2)在比例的调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差，直到积分的直为零，控制作用才停止

(3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。 2.已知控制系统的结构图如下图所示，求：

（1） 当不存在速度反馈(a 0)时， 试确定单位阶跃输入动态响应过程的

tr，ts和 %。

（1）a=0时，G s

44

， s 2，所以 0.5, n 2

ss 2s 2s 4

tr

，tp

，

% e

（2）确定 0.7时的速度反馈常数a值， 并确定r(t) t时系统的稳态误差

ess。

4

ss 2 4as4

考虑内反馈时， s 2

s 2 4as 41

ss 2 4as

0.7，所以2 4a 4

4

G s

ss 2.83.如图所示系统，G1

a 0.2

12.8

ess 0.7

Kp432

，G2

ss

3s 2

（1）判断系统的稳定性；

（2）求静态误差系数kp，kv，ka；

1 t ，求系统的稳态误差； （3）当系统输入为r(t) 3 0.2t

1 t ，求系统在输入和干扰共同作用下的稳（4）若系统的干扰为n(t) 0.1

态误差。

G1 s G2 s 6

（1） s 3

2

1 G1sG2ss 5s 6s 6

有劳斯表，可判定第一列均大于0，所以系统稳定。

Kp limG1 s G2 s

s 0

（2）Kv

limsG1 s G2 s 1

s 0s 0

Ka lims2G1 s G2 s 0

（3）ess

ess1 ess2 0

0.2

0.2 Kv

ess essr essn

（4）

3 s 2 0.1

essn lims En s lims 0.1

s 0s 0

sss 2s 3 6

ess essr e

ssn

0.2 0.1 0. 1

4. 已知系统结构图如下图所示，化简系统结构图，求出系统的传递函数C(s)/R(s)。

5.化简系统结构框图，并求C s R s 和C s N s 。

s

s

6、求下图所示系统的传递函数U0 s i s 。

Uis

Uis

7、求下图力学模型的传递函数 s 。xi t 为输入位移，

xo t 为输出位移。

f1

8、已知单位反馈的最小相位系统，其开环对数幅频特性如下图所示，试求

（1）开环传递函数；

（2）计算系统的相位裕度，并判断系统的稳定性；

（3）若将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。（华南理工考试题）

解：（1）设G s

K

，由图可知，T1 10,T2 0.05

sT1s 1T2s 120lg

k

0db, 10 k=10

10

传递函数为G s

s10s 10.05s 1（2）

1

c 1 （近似计算）

180 G j c 180 90 arctan10 c arctan0.05 c 2.91

所以，系统稳定。

（3）右移十倍频程，可得G

s

100

，

ss 10.005s 1 c 10,

180 G j c 180 90 arctan c arctan0.005 c 2.91

相角裕度不变，截止频率扩大10倍，系统响应速度加快。

9、设系统开环传递函数为：GK s

5

，作出系统的开环幅频和

ss 1s 5相频特性曲线，并判断系统的稳定性。

10、设电子心率起搏器系统如下图所示：（南航考试题）

其中，模拟心脏的传递函数相当于一纯积分器，试求： （1） 若 0.5对于最佳响应，问起搏器的增益K为多大？

（2） 若期望心速为60次/min,并突然接通起搏器，问1s后实际心速为多大？瞬

时最大心速为多大？

（3）

k20K

, s 210、G s

s0.05s 1s 20s 20K

（4） （1） （5） （2）

0.5,

2 n 20, n2 20K,K 20

s

400

，闭环极点，s1,2 10

2

s 20s 400

10t

（6） 脉冲响应h（7） 阶跃响应c（8）

t e

j

/m in

29

t 60 0h t dt 60 1 e 10t c 1 60.00次

t

tp

0.181

s ， % 16.5 %

最大心率60

1 16.5% 69.9次。

11、系统方框图如下图所示。

求：（1）输出对指令信号的传递函数Xo s Xi s ； （2）输出对扰动信号的传递函数Xo s N s ； （3）要消除扰动对系统的影响，Gc s 应如何选取。

X0 s G1 s G2 s 、解：（1）

Xis1 G1sG2sHsGn s G1 s Gc s X0 s G2 s

（2）

Nis1 G1s G2s HsGn s

（3）Gc s ，可以消除扰动对系统的影响

G1s

12、根据系统图，及所对应的阶跃响应曲线，确定系统质量M、阻尼系数C和弹簧刚度K的数值。（武汉科技考试题）

1.0

12、解：

X s 1

2 s

Fsms cs

k

0.095， 0.6

Mp e

c limc t lims

C s

t

s 0

300

1, K 300 K

tp

0.2 s ， n

19.6

c 18.36,m 0.78

n

13、控制系统方块图如下图所示。（中科院考试题）

（1） 确定是闭环系统稳定的参数KKt的取值范围；

（2） 若要求：系统的最大超调量为10%，调整时间为1.5秒（5%的误差带），

试确定参数K和Kt的值。

13、解：(1)由结构图求闭环传递函数，应用劳斯判据K Kt>1

(2)由超调量求 ，由调节时间求 n，对比传递函数标准型求得K及Kt。

K

14、（南航考试题）系统结构如 …… 此处隐藏：5175字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……