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机械控制工程基础习题集

《机械控制工程基础》习题及解答

第１章绪论

第２章控制系统的数学模型

第３章控制系统的时域分析

第４章控制系统的频域分析

第５章控制系统的性能分析

第６章控制系统的综合校正

第７章模拟考试题型及分值分布

第1章绪论

一、选择填空题

1.开环控制系统在其控制器和被控对象间只有（正向作用）。P2

A.反馈作用

B.前馈作用

C.正向作用

D.反向作用

2.闭环控制系统的主反馈取自（被控对象输出端）。P3

A.给定输入端

B.干扰输入端

C.控制器输出端

D.系统输出端

3.闭环系统在其控制器和被控对象之间有（反向作用）。P3

A.反馈作用

B.前馈作用

C.正向作用

D.反向作用

A.输入量

B.输出量

C.反馈量

D.干扰量

4.自动控制系统的控制调节过程是以偏差消除（偏差的过程）。P2-3

A.偏差的过程

B.输入量的过程

C.干扰量的过程

D.稳态量的过程

5.一般情况下开环控制系统是（稳定系统）。P2

A.不稳定系统

B.稳定系统

C.时域系统

D.频域系统

6.闭环控制系统除具有开环控制系统所有的环节外，还必须有(B)。p5

A.给定环节

B.比较环节

C.放大环节

D.执行环节

7.闭环控制系统必须通过（C）。p3

A.输入量前馈参与控制

B.干扰量前馈参与控制

C.输出量反馈到输入端参与控制

D.输出量局部反馈参与控制

8.随动系统要求系统的输出信号能跟随（C的变化）。P6

A.反馈信号

B.干扰信号

C.输入信号

D.模拟信号

9.若反馈信号与原系统输入信号的方向相反则为（负反馈）。P3

A.局部反馈

B.主反馈

C.正反馈

D.负反馈

10．输出量对系统的控制作用没有影响的控制系统是（开环控制系统）。P2

A.开环控制系统

B.闭环控制系统

C.反馈控制系统

D.非线性控制系统

11.自动控制系统的反馈环节中一般具有（B ）。p5

A..给定元件

B.检测元件C．放大元件D．执行元件

12. 控制系统的稳态误差反映了系统的〔 B 〕p8

A. 快速性

B.准确性

C. 稳定性

D.动态性

13.输出量对系统的控制作用有直接影响的系统是（B ）p3

A.开环控制系统

B.闭环控制系统

C.线性控制系统

D.非线性控制系统

14.通过动态调节达到稳定后，被控量与期望值一致的控制系统为（无差系统）。p6

A.有差系统

B.无差系统

C.连续系统

D.离散系统

15.自动控制系统的控制调节过程是以偏差消除( A )。P5-6

A.偏差的过程

B.输入量的过程

C.干扰量的过程

D.稳态量的过程

16.闭环控制系统除具有开环控制系统所有的环节外，还必须有( B )。P4-5

A.给定环节

B.比较环节

C.放大环节

D.执行环节

17.闭环控制系统必须通过( C )。P3-4

A.输入量前馈参与控制

B.干扰量前馈参与控制

C.输出量反馈到输入端参与控制

D.输出量局部反馈参与控制

18.输出信号对控制作用有影响的系统为( B )。p3

A.开环系统

B.闭环系统

C.局部反馈系统

D.稳定系统

19.把系统扰动作用后又重新平衡的偏差称为系统的( B )。p8

A.静态误差

B.稳态误差

C.动态误差

D.累计误差

20.干扰作用下，偏离原来平衡状态的稳定系统在干扰作用消失后( B )。P7

A.将发散离开原来的平衡状态

B.将衰减收敛回原来的平衡状态

C.将在原平衡状态处等幅振荡

D.将在偏离平衡状态处永远振荡

21.无差系统是指( B )。P6

A.干扰误差为零的系统

B.稳态误差为零的系统

C.动态误差为零的系统

D.累计误差为零的系统

22.把系统从一个稳态过渡到新的稳态的偏差称为系统的( B )p8

A.静态误差

B.稳态误差

C.动态误差

D.累计误差

23.以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统其精度比较为（B ）p2-4

A.开环高

B.闭环高

C.相差不多

D.一样高

24.随动系统要求系统的输出信号能跟随（C ）p6

A.反馈信号的变化

B.干扰信号的变化

C.输入信号的变化

D.模拟信号的变化

25.对于抗干扰能力强系统有（B ）p3-4

A.开环系统

B.闭环系统

C.线性系统

D.非线性系统

26.对于一般控制系统来说（A ）p2

A.开环不振荡

B.闭环不振荡

C.开环一定振荡

D.闭环一定振荡

27.输出量对系统的控制作用没有影响的控制系统是（A ）p2

A.开环控制系统

B.闭环控制系统

C.反馈控制系统

D.非线性控制系统

二、填空题

1.任何闭环系统都存在信息的传递与反馈，并可利用（反馈进行控制）。P3

2.对控制系统性能的基本性能要求是（稳定、准确、快速）。P7

3.控制系统校正元件的作用是（改善系统性能）。P5

4.开环控制系统比闭环控制系统的控制精度（差或低）。P2-3

5.恒值控制系统的输出量以一定的精度保持（希望值）。P6

6.通过动态调节达到稳定后，被控量与期望值一致的控制系统为（无差系统）p6

7.干扰作用下，偏离原来平衡状态的稳定系统在干扰作用消失后将（重新恢复到）原来的平衡状态。

8无差系统是指（稳态误差）为零的系统。P6

9.负反馈系统通过修正偏差量使系统趋向于（给定值）。P3（6.16）

三、名词解释题

1.自动控制：没有人直接参与的情况下，使生产过程或被控对象的某些物理量准确地按照预期规律变化的控制调节过程。P1

2.开环控制系统：在控制器和被控对象间只有正向控制作用的系统。P2

3.闭环控制系统：输出端和输入端之间有反馈回路，输出量对系统直接参与控制作用的系统。P3

4.稳定性：稳定性是指扰动消失后，控制系统由初始偏差回复到原平衡状态的性能。P7

5.快速性：是指在系统稳定的前提下，消除系统输出量与给定输入量之间偏差的快慢程度。P7

6.准确性：是指系统响应的动态过程结束后，被控量与希望值之间的误差值，误差值越小准确性越高。P8

四、简答题

1.简述开环控制系统的特点：

1）输出端和输入端之间无反馈回路；2）无自纠正偏差的能力，控制精度低；3）结构简单，成本低；4）一般是稳定的，工作可靠。P2

2.简答闭环控制系统的特点：

1）输出端和输入端之间有反馈回路；2）有自纠正偏差的能力，控制精度高；3）结构复杂，成本高。P3

3.简述闭环控制系统的控制原理：

1)检测输出量的实际值；2)将实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差值；3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。P3-4

4.简述对控制系统的基本要求：

1）稳定性：稳定性是指扰动消失后，控制系统由初始偏差回复到原平衡状态的性能；2）

准确性：被控量与希望值之间的稳态误差，稳态误差值越小准确性越高；3）快速性：消除系统输出量与给定输入量之间偏差的快慢程度。P7-8

5.简答反馈控制系统的组成：

答：反馈控制系统主要包括给定元件、反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件及校正元件等。P4

第2章控制系统的数学模型

一、选择填空题

1.线性定常系统对某输入信号导数（积分）的时域响应等于（B ）。P10

A.该输入信号时域响应的积分（导数）

B.该输入信号时域响应的导数（积分）

C.该输入信号频率响应的积分（导数）

D.该输入信号频率响应的导数（积分）

2.若系统中的齿轮或丝杠螺母传动存在间隙，则该系统的换向工作状态为（A ）。P11

A.本质非线性状态

B.非本质非线性状态

C.本质线性状态

D.非本质线性状态

3.描述系统零输入状态的齐次微分方程的根是系统的（ A ）。P12、17

A.闭环极点

B.开环极点

C.开环零点

D.闭环零点

4.线性定常系统输入信号导数的时间响应等于该输入信号时间响应的（D ）

A. 傅氏变换

B.拉氏变换

C.积分

D.导数

5.微分方程的通解是描述系统固有特性的（Ｂ）。P12、15

A.强迫运动解

B.自由运动解

C.全响应

D.稳态响应

6.传递函数G(s)的零点是（ A ）。P17

A.G(s)=0的解

B.G(s)=∞的解

C.G(s)＞0的不等式解

D.G(s)＜0的不等式解

7.线性定常系统输入信号积分的时间响应等于该输入信号时间响应的( C )

A.傅氏变换

B.拉氏变换

C.积分

D.导数

8.传递函数的分母反映系统本身（ C ）。P17

A.振荡特性

B.阻尼特性

C.与外界无关的固有特性

D.与外界之间的关系

9.系统的特征方程是（ C ）。P28

A.1+（闭环传递函数）=0

B.1+（反馈传递函数）=0

C.1+（开环传递函数）=0

D.1+（前向传递函数）=0

10.实际的物理系统)(s G 的零点映射到)(s G 复平面上为（A ）。p17

A.坐标原点

B.极点

C.零点

D.无穷远点

11.同一个控制系统的闭环特征方程和开环传递函数（A ）。P29

A.是唯一的，且与输入或输出无关

B.是相同的，且与输入或输出无关

C.是唯一的，且与输入和输出有关

D.是相同的，且与输入和输出有关

12.求线性定常系统的传递函数条件是（Ｃ）。p16

A.稳定条件

B.稳态条件

C.零初始条件

D.瞬态条件

13.系统开环传递函数为)(s G ，则单位反馈的闭环传递函数为（ A ）p27-28 A.)

(1)(s G s G + B.)()(1)()(s H s G s H s G + C.)()(1)(s H s G s G + D.)()(1)(s H s G s H + 14.微分环节使系统（Ａ）p20

A.输出提前

B.输出滞后

C.输出大于输入

D.输出小于输入

15.闭环系统前向传递函数是（Ｃ）p27

A.输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比

B.输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比

C.输出信号的拉氏变换与误差信号的拉氏变换之比

D.误差信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比

16.不同属性的物理系统可以有形式相同的（Ａ）p17

A.数学模型

B.被控对象

C.被控参量

D.结构参数

17.单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则其闭环系统的前向传递函数与（Ｃ）p27-28

A.反馈传递函数相同

B.闭环传递函数相同

C.开环传递函数相同

D.误差传递函数相同

18.可以用叠加原理的系统是（Ｄ）p10

A.开环控制系统

B.闭环控制系统

C.离散控制系统

D.线性控制系统

19.对于一个确定的系统，它的输入输出传递函数是（Ａ）p17

A.唯一的

B.不唯一的

C.决定于输入信号的形式

D.决定于具体的分析方法

20.微分环节是高通滤波器，将使系统（Ａ）p21

A.增大干扰误差

B.减小干扰误差

C.增大阶跃输入误差

D.减小阶跃输入误差

21.控制框图的等效变换原则是变换前后的（B）p30（1.2）

A.输入量和反馈量保持不变

B. 输入量和输出量保持不变

C.输入量和干扰量保持不变

D.输出量和反馈量保持不变

22.线性控制系统（Ｂ）p10

A.一定是稳定系统

B.是满足叠加原理的系统

C.是稳态误差为零的系统

D.是不满足叠加原理的系统

23.同一系统由于研究目的的不同，可有不同的（Ｂ）p17

A.稳定性

B.传递函数

C.谐波函数

D.脉冲函数

24.非线性系统的最主要特性是（Ｂ）p11-12

A.能应用叠加原理

B.不能应用叠加原理

C.能线性化

D.不能线性化

25.理想微分环节的输出量正比于（Ｂ）p19

A.反馈量的微分

B.输入量的微分

C.反馈量

D.输入量

26.不同属性的物理系统可以有形式相同的（Ａ）p17

A.传递函数

B.反函数

C.正弦函数

D.余弦函数

27.比例环节能立即地响应（Ｂ）p18

A.输出量的变化

B.输入量的变化

C.误差量的变化

D.反馈量的变化

28.满足叠加原理的系统是（Ｃ）p10

A.定常系统

B.非定常系统

C.线性系统

D.非线性系统

29.弹簧-质量-阻尼系统的阻尼力与两相对运动构件的（Ｂ）p13

A.相对位移成正比

B.相对速度成正比

C.相对加速度成正比

D.相对作用力成正比

30.传递函数的量纲是（Ｂ）p16-17

A.取决于输入与反馈信号的量纲

B.取决于输出与输入信号的量纲

C.取决于干扰与给定输入信号的量纲

D.取决于系统的零点和极点配置

31.理想微分环节的传递函数为（Ｃ）p19 A.Ts +11 B.s

1 C.s D.1+Ts 32.一阶微分环节的传递函数为（Ｄ）p23 A.

Ts +11 B.s 1 C.s D.1+Ts 33.实际系统传递函数的分母阶次（Ｃ）p17

A.小于分子阶次

B.等于分子阶次

C.大于等于分子阶次

D.大于或小于分子阶次

34.若积分环节时间常数为T ，则输出量随时间的增长而不断地增加，增长斜率为（Ｂ）p21

A.T

B.1/T

C.1+1/T

D.1/T 2

35.传递函数只与系统（Ａ）p16-17

A.自身内部结构参数有关

B.输入信号有关

C.输出信号有关

D.干扰信号有关

36.闭环控制系统的开环传递函数是（C ）p27

A.输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比

B.输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比

C.反馈信号的拉氏变换与误差信号的拉氏变换之比

D.误差信号的拉氏变换与反馈信号的拉氏变换之比

37.实际物理系统微分方程中输入输出及其各阶导数项的系数由表征系统固有特性的

（A ）p12

A.结构参数组成

B.输入参数组成

C.干扰参数组成

D.输出参数组成

38.实际物理系统的微分方程中输入输出及其各阶导数项的系数由表征系统固有特性

（A ）p12

A.特征参数组成

B.输入参数组成

C.干扰参数组成

D.输出参数组成

39.传递函数代表了系统的固有特性，只与系统本身的（D ）p16-17

A. 实际输入量

B.实际输出量

C.期望输出量

D.内部结构，参数

40.惯性环节不能立即复现（ B ）p22-23

A.反馈信号

B.输入信号

C.输出信号

D.偏差信号

41.衡量惯性环节惯性大小的参数是（ C ）p22

A.固有频率

B.阻尼比

C.时间常数

D.增益系数

42.微分环节可改善系统的稳定性并能（ C ）p19-21

A.增加其固有频率

B.减小其固有频率

C.增加其阻尼

D.减小其阻尼

43.惯性环节含有贮能元件数为（ B ）p22

A.2

B.1

C.0

D.不确定

44.积分器的作用是直到输入信号消失为止，其输出量将（ A ）p21

A.直线上升

B.垂直上升

C.指数线上升

D.保持水平线不变

45.系统输入输出关系为i o o o x x x x cos =++&&&，则该系统为（ B ）p11-12

A.线性系统

B.非线性系统

C.线性时变系统

D.线性定常系统

46.开环控制系统的传递函数是（A ）p16

A.输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比

B.输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比

C.反馈信号的拉氏变换与误差信号的拉氏变换之比

D.误差信号的拉氏变换与反馈信号的拉氏变换之比

47.积分调节器的输出量取决于（B ）p21

A.干扰量对时间的积累过程

B.输入量对时间的积累过程

C.反馈量对时间的积累过程

D.误差量对时间的积累过程

48.积分环节的积分时间常数为T ，其脉冲响应为（Ｂ）p21

A.1

B.1/T

C.T

D.1＋1/T

49.实际的物理系统)(s G 的极点映射到)(s G 复平面上为（ D ）。p17

A.坐标原点

B.极点

C.零点

D.无穷远点

二、填空题

1.系统的齐次微分方程描述系统在零输入下的（自由运动状态或模态）。P12

2.本质非线性系统在工作点附近存在（不连续直线、跳跃、折线以及非单值关系）等严重非线性性质情况。P12

3.若输入已经给定，则系统的输出完全取决于（传递函数）。P17

4.实际系统具有惯性且系统能源有限，系统输出不会超前于输入，故传递函数分母s 的阶数n 必须（大于等于）分母s 的阶数m 。p17

5.同一闭环控制系统的开环传递函数和（闭环特征方程）是唯一的。P29

6.同一闭环控制系统的闭环特征多项式和开环特征多项式具有（相同）的阶次。P29

7.同一闭环控制系统的闭环传递函数和开环传递函数具有相同的（零点），单不存在（公共极点）。P29

8.积分环节的特点是它的输出量为输入量对（时间）的积累。P21

9.满足叠加原理的系统是（线性）系统。P10

10.不同属性的物理系统可以有形式相同的（数学模型）。P17

11.闭环系统前向传递函数是输出信号的拉氏变换与（偏差信号）的拉氏变换之比。P27

12.理想微分环节的输出量正比于（输入量）的微分。P19

13.求线性定常系统的传递函数条件是（零初始条件）。P16

14.微分环节是高通滤波器，将增大系统（干扰误差）。P21

15.控制框图的等效变换原则是变换前后的（输入量和输出量）保持不变。P30

16.积分环节的特点是它的输出量为输入量对（时间）的积累。P21

17.实际系统传递函数的分母阶次（大于等于）分子阶次。

18.实际的物理系统)(s G 的极点映射到)(s G 复平面上为（无穷远点）。P17

19.理想微分环节的传递函数为（Ts ）。P19

20.比例环节能立即地响应（输入量）的变化。P18

21.积分环节输出量随时间的增长而不断地增加，增长斜率为（时间常数的倒数）。P21

三、名词解释题

1.本质非线性系统：系统在工作点附近存在不连续直线、跳跃、折线以及非单值关系等严重非线性性质的系统。P12

2.系统微分方程的通解：系统由于初始条件引起的瞬态响应过程。P12、15

3.开环传递函数：指闭环系统中前向通道传递函数与反馈传递函数之积。P27

4.传递函数：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。P16

5.系统微分方程的特解：系统由输入引起的强迫响应。P12、15

6.比例环节：输出量能立即成比例地复现输入量的环节。P18

7.微分环节：输出量与输入量的微分成比例的环节。P19

8.积分环节：输出量正比于输入量的积分的环节。P21

9.延时环节：输出量滞后输入量但不失真的环节。P25

10.惯性环节：输出量0x 和输入量i x 的动力学关系为一阶微分方程0o i Tx x Kx +=&形式的

环节。P22

11.振动环节：输出量0x 和输入量i x 的动力学关系为二阶微分方程202o o i T x Tx x Kx ξ++=&&&形式的环节。P23

四、简答题

1.简答线性定常系统的2个重要特性。P10

答：1）满足叠加原理；2）线性定常系统对某输入信号导数（积分）的时域响应等于该输入信号时域响应的导数（积分）。

2.简答常见的几种非线性特性。P10、11

答：1）传动间隙非线性；2）死区非线性；3）摩擦力非线性；4）饱和非线性；5）平方律非线性。

3.若输入为电流、输出为电压，分别写出如图所示电阻、电容及电感的复数阻抗（传递函数）。

答：1）电阻2）电容3）电感

4.若力为输入、位移为输出时，写出如图所示机械系统的弹簧、粘性阻尼以及质量的传递函数。

答：1）弹簧：()1

()()

()

k i k

X s

F kx F s kX s

F s k

=?=?=；

2）粘性阻尼：

()1

()()

()

c c

X s

F cx F s csX s

F s cs

=?=?=

&；

3）质量：2

()1

()()

()

m m

X s

F mx F s ms X s

F s ms

=?=?=

5.已知控制系统如图a）所示，利用系统匡图等效变换原则确定题31图b）所示系统函数方框中的内容A、B。p30-31

(a) (b)

图答：根据系统框图等效原则，由图a ）得 )(1)()1)(()1)()

(1)(()()()()(22112221s G

B s G A s G B A s G s G s G s G s G s X s X i o ==+?=+?=+=由此可知，

6.已知控制系统如图a ）所示，利用系统匡图等效变换原则确定图b ）所示系统函数方框中的内容A.B 。p30-31

（a ）（b ）

图答：根据系统框图等效原则，由图a ）及图b ）得

)()(1)

(1)()()(1)()()(1)()(1)()()(221121212211s G B s G A s G B s G B A s G s G s G s G s G s G s G s G s X s X i o ==?+??=+??=+=由此可知，

7.简述同一闭环控制系统的闭环传递函数与开环传递函数之间的特性关系。P29 答：1）闭环特征方程为开环传递函数有理分式的分母多项式与分子多项式之和；

2）闭环特征多项式和开环特征多项式具有相同的阶次；

3）闭环传递函数和开环传递函数具有相同的零点，但不存在公共极点。

8.说明同一闭环系统的闭环传递函数和开环传递函数具有相同的零点。P27-29

答：设系统的前向传递函数为：()()()

B s G s A s =

，反馈传递函数为：()H s ，则系统的开环传递函数为：()()()()()()

K B s H s G s G s H s A s == 系统的闭环传递函数为：()()()()()B s s A s B s H s Φ=+ )(s X i )

(s X o A B A B )(s X i )

(s X o )(s X i )(s X o

分别令开环传递函数和闭环传递函数的分子为零可得同一方程：()0B s =，方程的根即为传递函数的零点，故闭环传递函数和开环传递函数具有相同的零点。

9.简答典型环节的基本类型。P18-25

答：典型环节包括的基本类型有：比例环节、微分环节、积分环节、惯性环节、振荡环节、延时环节等。

10.写出线性定常系统传递函数的三种数学表达模型。P16-17

1）传递函数的基本模型：

)()()()(0

1110111m n a s a s a s a b s b s b s b s X s X s G n n n n m m m m i o ≥++++++++==----ΛΛ

2）传递函数的零极点增益模型 )()

()()

())(()())(()()()(112121m n p s z s K p s p s p s z s z s z s k s X s X s G j n j i m i n m i o ≥++=++++++==∏∏==ΛΛ 式中，K ——控制系统的增益； i z -),,2,1(m i ???=——控制系统的零点；j p -),,2,1(n j ???=——控制系统的极点。

3）传递函数的时间常数模型

)

,2,2()12()1()12()1()()()(22112211m n n h g v m q p s T s T s T s s s T s T K s X s X s G j j j h j i

g i v l q l k p k i o l ≥=++=+++++++==∏∏∏∏====ξξ

式中，K ——控制系统的增益；q p j i T T T T ,,,——为控制系统的各种时间常数。

11.简述控制系统的基本联接方式。P26-28

1）环节的串联联接方式

由n 个环节串联而成的系统，则其系统传递函数为各环节传递函数之积，即

∏==n

i i s G s G 1

)()(

2）环节的并联联接方式

由n 个环节并联而成的系统，则其系统传递函数为各环节传递函数之和，即

∑==n

i i s G s G 1

)()(

3）环节的反馈联接

若系统的前向通道传递函数为)(s G ；反馈通道的传递函数为)(s H ，则系统的传递函数

为

)

()(1)()(s H s G s G s +=Φ 12.写出比例、微分、积分、惯性、振荡以及延时环节的传递函数。P18-25 答：比例环节()G s K =、微分环节()G s Ts =、振荡环节221()2+1G s T s Ts ξ=

+、积分环节1()G s Ts =、惯性环节1()+1

G s Ts =、延时环节Ts e s G -=)( 13.简述传递函数的特点。P17

1）是以系统参数表示线性定常系统输出量与输入量之间关系的代数表达式；

2）若系统的输入给定，则系统的输出完全取决于传递函数；

3）实际的物理系统其传递函数的分母阶次一定大于或等于分子的阶次；

4）传递函数的量纲取决于系统的输入与输出；

5）传递函数不能描述系统的物理结构。

14.简述微分环节对系统的控制作用。P19-21（5.32）

答：1）使输出提前，改善系统的快速性；2）增加系统阻尼，减小系统超调量，提高系统的稳定性；3）强化系统噪声干扰作用，提高噪声灵敏度，增大因干扰引起的误差。

15.简述基于分支点和求和点移动的传递函数方框图模型的等效变换原理。

答：1）分支点移动：分支点逆（信号）流移动，则在各分支支路上乘以所跨过的传递函数；分支点顺流移动，则在各分支支路上除以所跨过的传递函数。

2）求和点移动：求和点逆流移动，则在各输入支路上除以所跨过的传递函数；求和点顺流移动，则在各输入支路上乘以所跨过的传递函数。

3）分支点和求和点不能互跨移动。

五、计算应用题

1. P12-18

解：对m 进行受力分析

由牛顿第二定律得 12()()()()mx t F t k k x t =-+&&

整理得系统的微分方程为：12()()()()mx

t k k x t F t ++=&& 传递函数为

(

()

X s

F s ms k k

2.已知图中，k1、k2为弹簧刚度，c为阻尼器阻尼系数，x i为输入量，x o为输出量，求图中所示弹簧阻尼系统的传递函数和单位阶跃响应。P16-18

进行受力分析，可写出如下微分

(

)

(

可得：

)

(

)

(

)

(

3.图所示为电感L、电阻R与电容C的串、并联电路，u i为输入电压，u o为输出电压。求此系统的传递函数。P16-18

RLC电路

解：

根据克希荷夫定律，有：

()()

()()()

i L o

o R C

L R C

u t Li u t

u t i t R i t dt

i t i t i t

拉氏变换后，将后两式代入第一式，整理得：

)

(

)

(

)

(

)

(

LCs

故传递函数为：

)

(

)

(

)

(

LCs

ξω

式中，

C L

=ξ

ω。

4.系统如图所示，k为弹簧刚度，c为阻尼器阻尼系数，i x为系统的输入信号，o x为系统的输出信号，求系统的传递函数。P16-18,p23-24

图

解：对系统进行受力分析，由牛顿第二定理得：

()

i o o o

k x x cx mx

--=

&&&

故系统的微分方程为：

o o o i

mx cx kx kx

++=

&&&

对方程两边取拉氏变换得

2()()()()

o o o i

ms X s csX s kX s kX s

++=

由传递函数定义得

()

X s k

G s

X s ms cs k

==-

5.无源R－C－L网络如题38图所示，其中

u为输入电压，

u为输出电压，i为电流，R为电阻，C为电容，L为电感，求其传递函数。P16-18,p23-24

题38图

网络的方程为

idt

进行拉氏变换后得

()()()()

()()

U s LsI s RI s I s

U s I s

=++

消去中间变量)(s I 得传递函数为

1)()()(2+

+==

RCs LCs s U s U s G i o 6. P12-18

7.已知图中，k 1、k 2为弹簧刚度，c 为阻尼器阻尼系数，x i 为输入量，x o 为输出量，求图中所示弹簧阻尼系统的传递函数。P16-18

解：设中间变量为x ，则 12()(

)(

)o i o o dx dx k x x f dt dt dx dx f k x dt dt -=--=

对上述二式取拉氏变换得：

12(()())(()())

(()())()i o o o k X s X s cs X s X s cs X s X s k X s -=--=

消去中间变量()X s 得系统的传递函数为： 1

()()()o i X s k cs

X s k k cs k k =++

8.电路系统如图所示，建立系统的传递函数。P16-18

解：

（a ）由图根据克希霍夫电流和电压定理得

312i i i =+

（1） 1232112211

12321

i o u R i i dt

C i dt R i R i C u i R i dt

C ?=+???=-???=+?????

（2）

将（1）式代入（2）式并在零初始条件下取拉氏变换得：

1212211221112122

1()()[()()]1()()()1

()()[()()]

i o U s R I s I s I s C s I s R I s R I s C s

U s I s R I s I s C s ?=++???=-???=++?? （3）由上式的第1式减去第3式，并将第2式代入其中得到：

()()()i o U s U s I s C s -=

（4）由（3）式的第2式得212111(1)

()()R C s I s I s R C s

+=，将其代入（3）式的第3式得： 2

1121212121121()()()1

o R C C s

I s U s R R C C s R C R C s =+++

（5）将（5）式代入（4）式解得系统的传递函数为：

21212112121212112112()()1()()1o i U s R R C C s R C R C s U s R R C C s R C R C R C s +++=++++ （6）当1212====R R R C C C 、时，

222222()21

()31

o i U s R C s RCs U s R C s RCs ++=++

（b ）由图根据克希霍夫电流和电压定理

312i i i =+

（1） 23212111

1232121

111

i o u

R i i dt

C i dt R i i

dt C C u i R i dt

C ?=+???=+???=+??????

（

2）将（1）式代入（2）式并在零初始条件下取拉氏变换得：

21221211112122121()(()())()11()()()1()(()())()i o U s R I s I s I s C s I s R I s I s C s C s U s I s I s R I s C s ?=++???=+???=++??

（3）由上式的第1式减去第3式，并将第2式代入其中得到：

11()()()i o U s U s R I s -= （4）由（3）式的第2式得1

112212

()()()C R C C s I s I s C +=，将其代入（3）式的第3式得： 21212122122()()()1

o C s I s U s R R C C s R C R C s =+++ （5）将（5）式代入（4）式解得系统的传递函数为：

21212222121212222112()()1()()1o i U s R R C C s R C R C s U s R R C C s R C R C R C s +++=++++ （6）当1212====R R R C C C 、时，则

222222()21()31

o i U s R C s RCs U s R C s RCs ++=++ （c ）由图根据克希霍夫电流和电压定理得

312i i i =+ （1） 2132211121

1232

111i o di u L i dt dt C di di i dt L L C dt dt di u L i dt dt C ?=+???=-???=+????? （2）将（1）式代入（2）式并在零初始条件下取拉氏变换得：

12122112211211221()()[()()]1()()()1()()[()()]i o U s L sI s I s I s C s I s L sI s L sI s C s U s L sI s I s I s C s ?=++???=-???=++??

（3）

(完整版)机械控制工程基础习题及答案考试要点

1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。题1-3图炉温自动控制系统原理图解加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压 r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程：控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。

1-5采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如题1-5图所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速ω下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速ω增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速ω保持在某个期望值附近。指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。题1-5图蒸汽机转速自动控制系统解在本系统中，蒸汽机是被控对象，蒸汽机的转速ω是被控量，给定量是设定的蒸汽机希望转速。离心调速器感受转速大小并转换成套筒的位移量，经杠杆传调节供汽阀门，控制蒸汽机的转速，从而构成闭环控制系统。系统方框图如图解1-5所示。

机械控制工程基础第五章练习习题及解答

题型：选择题题目：关于系统稳定的说法错误的是【】 A．线性系统稳定性与输入无关 B．线性系统稳定性与系统初始状态无关 C．非线性系统稳定性与系统初始状态无关 D．非线性系统稳定性与系统初始状态有关分析与提示：线性系统稳定性与输入无关；非线性系统稳定性与系统初始状态有关。答案：C 习题二题型：填空题题目：判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为或为具有负实部的复数，即系统的特征根必须全部在是系统稳定的充要条件。分析与提示：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数或为具有负实部的复数，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。答案：负实数、复平面的左半平面习题三题型：选择题题目：一个线性系统稳定与否取决于【】 A．系统的结构和参数 B．系统的输入 C．系统的干扰 D．系统的初始状态分析与提示：线性系统稳定与否取决于系统本身的结构和参数。答案：A 习题四题型：填空题题目：若系统在的影响下，响应随着时间的推移，逐渐衰减并回到平衡位置，则称该系统是稳定的分析与提示：若系统在初始状态的影响下（零输入），响应随着时间的推移，逐渐衰减并趋向于零(回到平衡位置)，则称该系统是稳定的；反之，若系统的零输入响应发散，则系统是不稳定的。答案：初始状态习题五题型：填空题题目：系统的稳定决定于的解。分析与提示：系统的稳定决定于特征方程的解。答案：特征方程

题型：填空题题目：胡尔维兹（Hurwitz ）判据、劳斯（Routh ）判据又称为判据。分析与提示：胡尔维兹（Hurwitz ）判据、劳斯（Routh ）判据，又称为代数稳定性判据。答案：代数稳定性习题二题型：填空题题目：利用胡尔维兹判据，则系统稳定的充要条件为：特征方程的各项系数均为；各阶子行列式都。分析与提示：胡尔维兹判据系统稳定的充要条件为：特征方程的各项系数均为正；各阶子行列式都大于零。答案：正、大于零习题三题型：计算题题目：系统的特征方程为 010532234=++++s s s s 用胡尔维兹判据判别系统的稳定性。分析与提示：利用胡尔维兹判据，其各阶系数均大于零，计算子行列式。答案：（1）特征方程的各项系数为 10,5,3,1,201234=====a a a a a 均为正值。（2） 0131>==?a 0714232 4 132<-=-== ?a a a a a a a a 不满足胡尔维兹行列式全部为正的条件，所以系统不稳定习题四题型：计算题题目：单位反馈系统的开环传递函数为 ()()() 125.011.0++= s s s K s G 利用胡尔维兹判据求使系统稳定的K 值范围。分析与提示：利用胡尔维兹判据，其各阶系数均大于零，计算子行列式，反求出K 的范围。答案：系统的闭环特征方程为 ()()0125.011.0=+++K s s s

南理工机械院控制工程基础实验报告

实验1模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验一、实验目的根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器, 以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。二、实验内容研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。三、实验结果及理论分析 1.一阶系统阶跃响应 a. 电容值1uF，阶跃响应波形： b. 电容值2.2uF，阶跃响应波形:

c. 电容值4.4uF，阶跃响应波形: 2?—阶系统阶跃响应数据表 U r= -2.87V R°=505k? R i=500k? R2=496k 其中

T = R2C U c C：)=「(R/R2)U r 误差原因分析： ①电阻值及电容值测量有误差； ②干电池电压测量有误差； ③在示波器上读数时产生误差； ④元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大； ⑤电池内阻的影响输入电阻大小。 ⑥在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大3?二阶系统阶跃响应 a.阻尼比为0.1，阶跃响应波形: b.阻尼比为0.5，阶跃响应波形:

4.二阶系统阶跃响应数据表 E R w ( ?) 峰值时间 U o (t p ) 调整时间稳态终值超调（%）震荡次数 C. d. 阻尼比为0.7，阶跃响应波形: 阻尼比为1.0，阶跃响应波形: CHI 反相带宽限制伏/格

四、回答问题 1.为什么要在二阶模拟系统中设置开关K1和K2 ,而且必须同时动作？答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的放电回路。当K1 一旦闭合（有阶跃信号输入），为使C2不被短路所以K2必须断开，否则系统传递函数不是理论计算的二阶系统。而K1断开后，此时要让 C2尽快放电防止烧坏电路，所以K2要立即闭合。 2.为什么要在二阶模拟系统中设置 F3运算放大器？答：反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。实验2模拟控制系统的校正实验一、实验目的了解校正在控制系统中的作用

《机械控制工程基础》期末考试试卷附答案

《机械控制工程基础》期末考试试卷附答案一、填空题（共7空，每空5分，共3 5分） 1、某系统传递函数为21s ，在输入t t r 3sin 2)( 作用下，输出稳态分量的幅值为。 2、谐波输入下，系统的响应称为频率响应。 3、已知某系统开环传递函数的零点都在左半S 平面，其开环频率特性曲线如图1.5所示，则该系统位于右半S 平面的极点数有个。 4、控制系统的基本要求主要有：，，。 5、Nyquist 图上以原点为圆心的单位圆对应于Bode 图上的线。二、选择题（共10小题，每小题4分，共40分） 1、关于反馈的说法，正确的是（） A ．反馈实质上就是信号的并联 B ．反馈都是人为加入的 C ．正反馈就是输入信号与反馈相加 D ．反馈就是输出以不同方式作用于系统 2、关于系统模型的说法，正确的是（） A ．每个系统只有一种数据模型 B ．动态模型在一定条件下可简化为静态模型 C ．动态模型比静态模型好 D ．静态模型比动态模型好 3、某环节的传递函数为s 1，则该环节为（） A. 惯性环节 B. 积分环节 C ．微分环节 D ．比例环节 4、系统的传递函数（） A ．与外界无关 B ．反映了系统、输出、输入三者之间的关系 C ．完全反映了系统的动态特性 D. 与系统的初始状态有关 5、二阶欠阻尼系统的上升时间为（） A ．阶跃响应曲线第一次达到稳定值的98%的时间 B ．阶跃响应曲线达到稳定值的时间 C ．阶跃响应曲线第一次达到稳定值的时间 D ．阶跃响应曲线达到稳定值的98%的时间 6、关于线性系统时间响应，说法正确的是（） 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

2机械控制工程基础第二章答案

习题 2.1 什么是线性系统其最重要的特性是什么下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统 (1) x x x x x i o o o o 222=++&&& (2) x tx x x i o o o 222=++&&& (3) x x x x i o 222o o =++&&& (4) x tx x x x i o o o 222o =++&&& 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。 2.2 图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。图(题2.2) 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有即 x c x c c x m i &&&&1 2 1 o o )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有消除中间变量有 (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有即 x k x c x k k x c i i o o 1 2 1 )(+=++&& 2.3求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。图（题2.3）解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有消除中间变量,并化简有

u R C u C C R R u R C u R C u C C R R u R C i i i o o o 1 2 2 1 1 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 1)()1(1+++=-+ ++&&&&&&& (2)对图(b)所示系统，设i 为电流，则有消除中间变量,并化简有 2.4 求图(题2.4)所示机械系统的微分方程。图中M 为输入转矩,C m 为圆周阻尼，J 为转动惯量。解：设系统输入为M （即），输出θ(即)，分别对圆盘和质块进行动力学分析，列写动力学方程如下：消除中间变量 x ,即可得到系统动力学方程 KM M c M m C R c k KJ c C km R cJ mC mJ m m m ++=++-++++&&&&&&&&&θ θθθ）（2 2 )()() 4(2.5 输出y(t)与输入x(t)的关系为y(t)= 2x(t)+0.5x 3(t)。（1）求当工作点为x o =0,x o =1,x o =2时相应的稳态时输出值；（2）在这些工作点处作小偏差线性化模型，并以对工作的偏差来定

西安交通大学17年3月课程考试《机械控制工程基础》作业考核试题

西安交通大学17年3月课程考试《机械控制工程基础》作业考核试题一、单选题（共30 道试题，共60 分。） 1. 一个系统稳定的充要条件是系统的全部极点都在[S]平面的（） A. 右半平面内 B. 上半平面内 C. 左半平面内 D. 下半平面内正确答案： 2. 拉氏变换将时间函数变换成（） A. 正弦函数 B. 单位阶跃函数 C. 单位脉冲函数 D. 复变函数正确答案： 3. 一阶系统的阶跃响应，( ) 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. 无振荡正确答案： 4. 系统稳定的必要和充分条件是其特征方程的所有的根都必须为（） A. 负实数或为具有负实部的复数 B. 正实数 C. 具有正实数的复数 D. 具有负实数的复数正确答案： 5. 一个线性系统稳定与否取决于（） A. 系统的结构和参数 B. 系统的输入 C. 系统的干扰 D. 系统的初始状态正确答案： 6. 关于系统模型的说法，正确的是（） A. 每个系统只有一种数据模型 B. 动态模型在一定条件下可简化为静态模型 C. 动态模型比静态模型好

D. 静态模型比动态模型好正确答案： 7. 最小相位系统的定义为：系统开环传递函数G(s)的所有零点和极点均在s平面的（） A. 左半平面 B. 左半平面 C. 上半平面 D. 下半平面正确答案： 8. 二阶欠阻尼系统的上升时间为（） A. 阶跃响应曲线第一次达到稳定值的98%的时间 B. 阶跃响应曲线达到稳定值的时 C. 阶跃响应曲线第一次达到稳定值的时间 D. 阶跃响应曲线达到稳定值的98%的时间正确答案： 9. 系统的传递函数（） A. 与外界无关 B. 反映了系统、输出、输入三者之间的关系 C. 完全反映了系统的动态特性 D. 与系统的初始状态有关正确答案： 10. 线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下（） 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正确答案： 11. 某线性定常系统，当输入为单位阶跃函数时，该系统的传递函数为( ) A. sY(s) B. s+Y(s) C. s-Y（s） D. ssY(s) 正确答案： 12. 二阶系统的阻尼比ζ，等于( ) 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正确答案： 13. 关于反馈的说法，正确的是（） A. 反馈实质上就是信号的并联 B. 反馈都是人为加入的 C. 正反馈就是输入信号与反馈相加 D. 反馈就是输出以不同方式作用于系统正确答案：

机械控制工程基础复习题及参考答案

一、单项选择题： 1. 某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为 A. 发散振荡 B. 单调衰减 C. 衰减振荡 D. 等幅振荡 2．一阶系统G(s)=1 +Ts K 的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 A ．越长 B ．越短 C ．不变 D ．不定 3. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？ 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 4．惯性环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为 A ．-270° B ．-180° C ．-90° D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)= s 1 ，则其频率特性幅值M(ω)= A. ωK B. 2K ω C. ω1 D. 21ω 6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为 A. a 1y 1(t)+y 2(t) B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t) C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t) D. y 1(t)+a 2y 2(t) 7．拉氏变换将时间函数变换成 A ．正弦函数 B ．单位阶跃函数 C ．单位脉冲函数 D ．复变函数 8．二阶系统当0<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将 A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 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 10．余弦函数cos t ω的拉氏变换是 A.ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2 2s 1ω + 11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)= A. 90° B. -90° C. 0° D. -180° 12. II 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 A. -40(dB/dec) B. -20(dB/dec) C. 0(dB/dec) D. +20(dB/dec) 13．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

机械控制工程基础_习题集含答案

《机械控制工程基础》课程习题集西南科技大学成人、网络教育学院所有习题【说明】：本课程《机械控制工程基础》（编号为09010）共有单选题,计算题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题]等试题类型未进入。一、单选题 1. t e 2-的拉氏变换为（）。 A. s 21； B. 15 .0+s ； C. 21+s ； D. 2 1s e 2- 2. )(t f 的拉氏变换为) 2(6 ][+= s s s F ，则)(t f 为（）。 A. t e 23-； B. t e 21--； C. )1(32t e --； D. t e 26- 3. 脉冲函数的拉氏变换为（）。 A. 0 ； B. ∞； C. 常数； D. 变量 4. ()t t f δ5)(=，则=)]([t f L （）。 A. 5 ； B. 1 ； C. 0 ； D. s 5 5. 已知) 52)(2(3 3)(22+++++=s s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（）。 A. ∞ ； B. 0 ； C. 0.6 ； D. 0.3

6. 已知) 45(3 2)(22++++=s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（）。 A. 0 ； B. ∞ ； C. 0.75 ； D. 3 7. 已知s n e s a s F τ-= 2 )(其反变换f (t)为（）。 A. )(ττa t n a -?； B. )(τn t a -?； C. τn te a -?； D. )(1 τn t a -? 8. 已知) 1(1 )(+= s s s F ，其反变换f (t)为（）。 A. t e -1； B. t e -+1； C. t e --1； D. 1--t e 9. 已知t e t f t 2sin )(-=的拉氏变换为（）。 A. s e s 224 2-+ ； B. 4)4(22++s ； C. 4)1(2 ++s s ； D. s e s s 22 4 -+ 10. 图示函数的拉氏变换为（）。 a 0 τ t A. )1(12s e s a ττ--； B. )1(12s e s a ττ--； C. )1(1s e s a ττ--；D. )1(12 s e s a ττ- 11. 若)(∞f =0，则][s F 可能是以下（）。 A. 91-s ； B. 9 2+s s ； C. 91+s ； D. 9 1 2+s 12. 开环与闭环结合在一起的系统称为（）。 A.复合控制系统； B.开式控制系统； C.闭和控制系统； D.正反馈控制系统

2机械控制工程基础第二章答案

习题 2.1 什么是线性系统?其最重要的特性是什么?下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统? (1) x x x x x i o o o o 222=++ (2) x tx x x i o o o 222=++ (3) x x x x i o 222o o =++ (4) x tx x x x i o o o 222o =++ 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。 2.2 图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。图(题2.2) 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有

x m x c x x c i o o 2 o 1 )(=-- 即 x c x c c x m i 1 2 1 o o )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有 )1()()(1 x x c k x x o i -=- )2()(2 x k x x c o o =- 消除中间变量有 x ck x k k x k k c i o 1 2 1 o 2 1 )(=-- (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 x k x x k x x c o o i o i 2 1 )()(=-+- 即 x k x c x k k x c i i o o 1 2 1 )(+=++ 2.3求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。图（题2.3）解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有 ?+=idt C i R u o 12 2 i R u u o i 1 1=-

机械控制工程基础试题及答案

一、单项选择题（在每小题的四个被选答案中，选出一个正确的答案，并将其答案按顺序写在答题纸上，每小题2分，共40分） 1．闭环控制系统的特点是 A 不必利用输出的反馈信息 B 利用输入与输出之间的偏差对系统进行控制 C 不一定有反馈回路 D 任何时刻输入与输出之间偏差总是零，因此不是用偏差来控制的 2．线性系统与非线性系统的根本区别在于 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 3． 2 22 )]([b s b s t f L ++=，则)(t f A bt b bt cos sin + B bt bt b cos sin + C bt bt cos sin + D bt b bt b cos sin + 4．已知 ) (1 )(a s s s F += ，且0>a ，则 )(∞f A 0 B a 21 C a 1 D 1 5．已知函数)(t f 如右图所示，则 )(s F A s s e s e s --+2211 B s s e s s 213 212+-- C )22121(1332s s s s se e e se s ------+ D )221(1s s s e e s e s ----+ 6．某系统的传递函数为 ) 3)(10() 10()(+++= s s s s G ，其零、极点是 A 零点 10-=s ，3-=s ；极点 10-=s B 零点 10=s ，3=s ；极点 10=s

C 零点 10-=s ；极点 10-=s ，3-=s D 没有零点；极点 3 =s

机械控制工程基础期末试卷_2

一. 填空题(每小题2.5分，共25分) 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系统和闭环系统。 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．误差响应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。 5．一阶系统 1 1 Ts +的单位阶跃响应的表达是。 6．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。 7．频率响应是线性定常系统对谐波输入的稳态响应。 8．稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与的类型有关。 9．脉冲信号可以用来反映系统的。 10. 阶跃信号的拉氏变换是。二．图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）炉温控制系统图1 炉温控制结构图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。三、如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分方程，并求该电路的传递函数（10分）图2 四、求拉氏变换与反变换 (10分) 1．求[0.5]t te -l （5分） 2．求1 3[ ](1)(2) s s s -++l （5分） R u 0 u i L C u 0u i (a) (b) (c)

五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）图3 六、图4示机械系统由质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度K 和外力)(t f 组成的机械动力系统。图4(a)中)(t x o 是输出位移。当外力)(t f 施加3牛顿阶跃力后(恒速信号)，记录仪上记录质量m 物体的时间响应曲线如图4（b ）所示。试求： 1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5分) 2）该系统的自由频率n ω、阻尼比ξ；(2分) 3）该系统的弹簧刚度质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度k ；（3分） 4）时间响应性能指标：上升时间s t 、调整时间r t 、稳态误差ss e （5分）。 1.0 x 0 图4(a) 机械系统图4（b ）响应曲线图4 七、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数1 510 += s G k ，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号（斜坡信号）作用下的稳态误差ss e 分别是多少？（10分）

机械控制工程基础复习题及复习资料

机械控制工程基础复习题1 1、选择填空（30分，每小题2分）（下列各题均给出数个答案，但只有一个是正确的，请将正确答案的序号写在空白处） 1.1在下列典型环节中，属于振荡环节的是。 (A) 101.010)(2++= s s s G (B) 1 01.01)(2 ++=s s s G (C) 101 )(+=s s G 1.2系统的传递函数定义为在零初始条件下输出量的Laplace 变换与输入量的Laplace 变换之比，其表达式。（A ）与输入量和输出量二者有关（B ）不仅与输入量和输出量二者有关，还与系统的结构和参数有关（C ）只与系统的结构和参数有关，与输入量和输出量二者无关 1.3系统峰值时间p t 满足。（A ） 0)(=p p o dt t dx （B ）)()(∞=o p o x t x （C ）)()()(∞??≤∞-o o p o x x t x 其中，)(t x o 为系统的单位阶跃响应。 1.4开环传递函数为G (s )的单位反馈系统的静态速度误差系数的计算式为。 (A) )(lim 0 s G K s v →= (B) )(lim 2 s G s K s v →= (C) )(lim 0 s sG K s v →= 1.5最大百分比超调量(%)p M 的定义式为。（A ）)()(max (%)∞-=o o p x t x M (B) %100) () ()(max (%)∞∞-= o o o p x x t x M （C ）) () (max (%)t x t x M i o p = 其中，)(t x i 为系统的输入量，)(t x o 为系统的单位阶跃响应，)(max t x o 为)(t x o 的最大值。 1.6给同一系统分别输入)sin()(11t R t x i ω=和)sin()(2t R t x r i ω=这两种信号（其中， r ω是系统的谐振频率，1ω是系统正常工作频率范围内的任一频率），设它们对应的稳态输出分别为)sin()(1111?ω+=t C t x o 和)sin()(222?ω+=t C t x r o ，则成立。（A ）21C C > （B ）12C C > （C ）21C C = 1.7 若一单位反馈系统的开环传递函数为) ()(1220 a s a s a s G += , 则由系统稳定的必要条件可知，。（A ）系统稳定的充分必要条件是常数210,,a a a 均大于0

机械控制工程基础实验报告

中北大学机械与动力工程学院实验报告专业名称__________________________________ 实验课程名称______________________________ 实验项目数_______________总学时___________ 班级______________________________________ 学号______________________________________ 姓名______________________________________ 指导教师__________________________________ 协助教师__________________________________ 日期______________年________月______日____

实验二二阶系统阶跃响应一、实验目的 1．研究二阶系统的特征参数如阻尼比ζ和无阻尼自然频率ω n 对系统动态性能的影响；定量分析ζ和ω n 与最大超调量Mp、调节时间t S 之间的关系。 2．进一步学习实验系统的使用方法。 3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验仪器 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台三、实验原理 1．模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2.时域性能指标的测量方法：超调量% σ： 1)启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2)测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3)连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1 输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4)在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应] 。 5)鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。 6)利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下式算出超调量： Y MAX - Y ∞ % σ=——————×100% Y ∞ t P 与t s :利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到t P 与t s 。四、实验内容典型二阶系统的闭环传递函数为 ω2 n ?（S）= （1） s2＋2ζω n s＋ω2 n

机械控制工程基础

机械控制工程基础（专升本）多选题 1. 微分环节的特点和作用是_______.(5分) (A) 输出提前于输入 (B) 干扰噪声放大 (C) 高通滤波 (D) 作为反馈环节，可改善系统的稳定性 (E) 作为校正环节，使系统的剪切频率增大标准答案是：A,B,C,D,E 2. 闭环控制系统必不可少的环节有_______.(5分) (A) 输入输出 (B) 被控对象 (C) 测量环节 (D) 校正环节 (E) 比较环节标准答案是：A,B,C,D,E 3. 若系统的传递函数为G(s)=10(s+5)/[s2(s+2)(s2+0.2s+100)]，则其特性是_______.(5分) (A) 其奈奎斯特曲线在频率趋于零时的起点处，应平行于负实轴 (B) 其奈奎斯特曲线在频率趋于无穷大的终点处，应平行于正实轴，并进入坐标原点 (C) 其Bode图的转折频率依次为2，3.14，10，50 (D) 其Bode图的幅频特性的斜率依次为[-40],[-60],[-100],[-80]dB/Dec (E) 系统的增益为5/2 标准答案是：A,B,C,D 4. 工程实际中常用的典型测试信号有________.(5分) (A) 脉冲信号 (B) 阶跃信号 (C) 斜坡信号 (D) 抛物线信号 (E) 正弦信号标准答案是：A,B,C,D,E 5. PID调节器与无源器件的相位滞后-超前校正器在原理上的区别有_______.(5分) (A) PID调节器在低频段的斜率为-20dB/Dec，相位滞后-超前校正器的低频段斜率为0dB/Dec (B) PID 调节器的高频段的斜率为+20dB/Dec，相位滞后-超前校正器的高频段斜率为0dB/Dec (C) PID调节器对高频噪声敏感，无源器件的相位滞后超前校正器则不放大高频噪声 (D) PID调节器构成带阻滤波器 (E) PID调节器是带通滤波器标准答案是：A,B,C 6. 单位负反馈系统的闭环传递函数为G(s)=9(0.2s+1)(0.5s+1)/[s2(0.1s+1)]，则系统特性为_______.(5分) (A) 它是II型系统 (B) 闭环系统包含的典型环节有六个 (C) 闭环系统跟踪斜坡信号的稳态误差为零 (D) 闭环系统跟踪阶跃信号的稳态误差为零 1

机械控制工程基础实验指导书(07年)

中北大学机械工程与自动化学院实验指导书课程名称：《机械工程控制基础》课程代号：02020102 适用专业：机械设计制造及其自动化实验时数：4学时实验室：数字化实验室实验内容：1.系统时间响应分析 2.系统频率特性分析机械工程系 2010.12

实验一系统时间响应分析实验课时数：2学时实验性质：设计性实验实验室名称：数字化实验室一、实验项目设计内容及要求 1.试验目的本实验的内容牵涉到教材的第3、4、5章的内容。本实验的主要目的是通过试验，能够使学生进一步理解和掌握系统时间响应分析的相关知识，同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。 2.试验内容完成一阶、二阶和三阶系统在单位脉冲和单位阶跃输入信号以及正弦信号作用下的响应，求取二阶系统的性能指标，记录试验结果并对此进行分析。 3.试验要求学习教材《机械工程控制基础（第5版）》第2、3章有关MA TLAB 的相关内容，要求学生用MA TLAB 软件的相应功能，编程实现一阶、二阶和三阶系统在几种典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号和正弦信号）作用下的响应，记录结果并进行分析处理：对一阶和二阶系统，要求用试验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响；对二阶系统和三阶系统的相同输入信号对应的响应进行比较，得出结论。 4.试验条件利用机械工程与自动化学院数字化试验室的计算机，根据MA TLAB 软件的功能进行简单的编程来进行试验。二、具体要求及实验过程 1.系统的传递函数及其MA TLAB 表达 (1)一阶系统传递函数为：1 )(+= Ts K s G 传递函数的MA TLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统传递函数为：2 2 2 2)(n n n w s w s w s G ++= ξ 传递函数的MA TLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，ξ2wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统传递函数为：n n n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++= ----11 101110)( 传递函数的MA TLAB 表达： num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[n n a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den)

2020年春季学期《机械控制工程基础》在线考核试题_10.doc

1.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（） A.τ>0 B.0<τ<14 C.τ>14 D.τ<0 【参考答案】: B 2.传递函数的零点和极点均在复平面的左侧的系统为（） A.非最小相位系统 B.最小相位系统 C.无差系统 D.有差系统【参考答案】: B 3.若系统无开环右极点且其开环极座标曲线只穿越实轴上区间（－1，＋∞），则该闭环系统一定（） A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.不一定稳定【参考答案】: A 4.控制框图的等效变换原则是变换前后的（） A.输入量和反馈量保持不变 B.输出量和反馈量保持不变 C.输入量和干扰量保持不变 D.输入量和输出量保持不变【参考答案】: D 5.以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统其精度比较为（） A.开环高 B.闭环高 C.相差不多 D.一样高【参考答案】: B 6.PID调节器的积分部分消除系统的（） A.瞬态误差 B.干扰误差 C.累计误差 D.稳态误差【参考答案】: D

7.对惯性环节进行位置负反馈校正，校正后系统的（） A.增益下降，快速性变差 B.时间常数下降，快速性变好 C.增益下降，稳定性变差 D.时间常数下降，快速性变差【参考答案】: B 8.Ⅰ型系统的速度静差系数等于（） A.0 B.开环放大系数 C.∞ D.时间常数【参考答案】: B 9.自动控制系统的（）是系统正常工作的先决条件。 A.稳定性 B.动态特性 C.稳态特性 D.精确度【参考答案】: A 10.理想微分环节对数幅频特性曲线是一条斜率为（） A.20dB/dec ，通过ω=1点的直线 B.-20dB/dec ，通过ω=1点的直线 C.- 20dB/dec ，通过ω=0点的直线 D.20dB/dec ，通过ω=0点的直线【参考答案】: A 11.串联相位滞后校正通常用于（） A.提高系统的快速性 B.提高系统的稳态精度 C.减少系统的阻尼 D.减少系统的固有频率【参考答案】: B 12.开环对数频率特性的中频段决定系统的（） A.型别 B.稳态误差 C.动态性能 D.抗干扰能力【参考答案】: C

机械控制工程基础复习重点总结

◎闭环控制系统主要由给定环节、比较环节、运算放大环节、执行环节、被控对象、检测环节（反馈环节）组成 ◎开环控制反馈及其类型：内反馈、外反馈、正反馈、负反馈。 ◎1、从数学角度来看，拉氏变换方法是求解常系数线性微分方程的工具。可以分别将“微分”与“积分”运算转换成“乘法”和“除法”运算，即把微分、积分方程转换为代数方程。对于指数函数、超越函数以及某些非周期性的具有不连续点的函数，用古典方法求解比较烦琐，经拉氏变换可转换为简单的初等函数，就很简便。 2、当求解控制系统输入输出微分方程时，求解的过程得到简化，可以同时获得控制系统的瞬态分量和稳态分量。 3、拉氏变换可把时域中的两个函数的卷积运算转换为复频域中两函数的乘法运算。在此基础上，建立了控制系统传递函数的概念，这一重要概念的应用为研究控制系统的传输问题提供了许多方便。 ◎描述系统的输入输出变量以及系统内部各变量之间的数学表达式称为系统的数学模型，各变量间的关系通常用微分方程等数学表达式来描述。 ◎建立控制系统数学模型的方法主要有分析法（解析法）、实验法 ◎建立微分方程的基本步骤：1、确定系统或各元件的输入输出，找出各物理量之间的关系 2、按照信号在系统中的传递顺序，从系统输入端开始列出动态微分方程 3、按照系统的工作条件，忽略次要元素，对微分方程进行简化 4、消除中间变量 5整理微分方程，降幂排序，标准化。 ◎传递函数具有以下特点：1、传递函数分母的阶次与各项系数只取决于系统本身的固有特性，而与外界输入无关。 2、当系统在初始状态为0时，对于给定的输入，系统输出的拉氏逆变换完全取决于系统的传递函数。 x0(t)=L^-1[X0(s)]=L^-1[G(s)Xi(s)] 3、传递函数分母中s 的阶次n 不小于分子中s 的阶次m ，即n ≥m 。这是由于实际系统或元件总是具有惯性的 ◎方框图的结构要素：1、传递函数方框。2、相加点。3、分支点。 ◎时间响应及其组成：瞬态响应：系统在某一输入信号作用下，其输出量从初始状态到稳定状态的响应过程，也称动态响应，反映了控制系统的稳定性和快速性。稳态响应：当某一信号输入时，系统在时间t 趋于无穷时的输出状态，也称静态响应，反映了系统的准确性。 ◎二阶系统的微分方程和传递函数： ◎系统稳态误差0lim (s)H(s)p s K G →=0 lim (s)H(s)v s K sG →=2 0lim (s)H(s)a s K s G →= ◎二阶系统响应的性能指标：1、上升时间r t ，响应曲线从原始工作状态出发，第一次达到稳态值所需要的时间定义为上升时间。对于过阻尼系统，上升时间定义为响应曲线从稳态值得10%上升到90%所需要的时间。2、峰值时间p t ，响应曲线达到第一个峰值所需要的时间定义为峰值时间。3、最大超调量p M ，超调量是描述系统相对稳定性的一个动态指标。一般用下式定义系统的最大超调量。 4、调整时间 s t 。5、振荡次数N ，在调整时间s t 内，0(t)x 穿越其稳定值0()x ∞次数的一半定义为振荡次数。（振荡次数与n ω无关，ξ 越大N 越小） ◎由此可见，系续稳定的充分必要条件是：系统特征方程的根全部具有负实部。系统的特征根就是系统闭环传递函数的极点，因此，系统稳定的充分必要条件还可以表述为系统闭环传递函数的极点全部位于［S ］平面的左半平面线性定常系统对正弦输入的稳态响应被称为频率响应，该响应的频率与输入信号的频率相同，幅值和相位相对于输入信号随频率w 的变化而变化，反映这种变化特性的表达式0()i X X ω和-arctanTw 称系统的频率特性，它与系统传递函数的关系将G(S)中的S 用jw 歹取代，G(jw)即为系统的频率特性。

浙师大机械控制工程基础实验报告资料

机械控制工程基础实验报告学院工学院职业技术教育学院班级机械设计制造及其自动化姓名XXX 学号xxxxxxxx

实验项目名称： Matlab语言基础实验《机械控制工程基础》实验报告之一一、实验目的和要求 1、掌握Matlab软件使用的基本方法 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、掌握Matlab软件求拉普拉斯变换与逆变换基本方法二、实验内容 1) MATLAB工作环境平台 Command 图1 在英文Windows 平台上的MATLAB6.5 MATLAB工作平台 ①命令窗口（Command Window）命令窗口是对 MATLAB 进行操作的主要载体，默认的情况下，启动MATLAB 时就会打开命令窗口，显示形式如图 1 所示。一般来说，MATLAB的所有函数和命令都可以在命令窗口中执行。掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界的第一步。命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要的人机交互，通过对命令行操作，避免了编程序的麻烦，体现了MATLAB所特有的灵活性。在运行MATLAB后，当命令窗口为活动窗口时，将出现一个光标，光标的左侧还出现提示符“>>”，表示MATLAB正在等待执行命令。注意：每个命令行键入完后，都必须按回车键！当需要处理相当繁琐的计算时，可能在一行之内无法写完表达式，可以换行表示，此时需要使用续行符“…”否则 MATLAB 将只计算一行的值，而不理会该行是否已输入完毕。使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算，并与下一行衔接，等待完整输入后再计算整个输入的结果。在 MATLAB 命令行操作中，有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。比如：“↑”可用于调出前一个命令行，“↓”可调出后一个命令行，避免了重新输入的麻烦。当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。 ②历史窗口（Command History）历史命令窗口是 MATLAB6 新增添的一个用户界面窗口，默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令的历史记录，并标明使用时间，以方便使用者的查询。而且双击某一行命令，即在命令窗口中执