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
即
035.0025.023=+++K s s s
其各阶系数为
K a a a a ====0123,1,35.0,025.0
根据胡尔维兹判据条件 （1）0>i a ，即要求0>K
（2）只需检查02>?，即
0025.035.003121
3
2
2>-=-==
?K a a a a a a a a 解得 14 结合（1），（2），要保证系统稳定，要求140< 习题五 题型：填空题 题目：胡尔维兹判据不仅可以判断系统是否稳定，还可以根据稳定性条件，确定 。 分析与提示：胡尔维兹判据不仅可以判断系统是否稳定，还可以根据稳定性条件，确定系统参数的允许范围。 答案：系统参数的允许范围 习题一 题型：综合题 题目：设系统特征方程为 s 4 + 2s 3 + 3s 2 + 4s + 5 = 0 试用劳斯稳定判据判别该系统的稳定性。 分析与提示：根据劳斯（Routh ）判据，计算劳斯阵列。 答案：该系统劳斯表为 1 3 5 2 4 0 5 5 由于劳斯表的第一列系数有两次变号，故该系统不稳定。 习题二 题型：综合题 题目：设单位反馈控制系统的开环传递函数为 ) 2)(1()(++= s s s K s G 试确定K 值的闭环稳定范围。 分析与提示：首先得到系统闭环传递函数，从而得到闭环特征方程，根据劳斯（Routh ）判据，计算劳斯阵列。 答案：其单位反馈系统的闭环传递函数为 K s s s K s G s G s X s Y +++=+=23)(1)()()(2 3 特征方程式为 02323=+++K s s s 劳斯阵列为 363210 123K s K s K s s - 由稳定条件得 ??? ??>->03 60K K 因此K 的稳定范围为 60< 习题三 题型：综合题 题目：设单位反馈系统的开环传递函数为 ?? ? ??+??? ??+= 1613)(s s s K s G 若要求闭环特征方程式的根的实部均小于-1，问K 值应取在什么范围。 分析与提示：令u =s +1，则原闭环特征方程式的根的实部均小于-1对应为关于u 的特征方程的根的实部均小于0（即系统稳定）；同习题二。 答案：其单位反馈系统的闭环传递函数为 ?? ? ??+??? ??++ ? ? ? ??+??? ? ?+=+=161311613) (1)()()(s s s K s s s K s G s G s X s Y 特征方程式为 01818923=+++K s s s 令u =s +1得如下u 特征方程 0)1018(3623=-+++K u u u 劳斯阵列为 10 -18391410 -186310 123K s K s K s s - 所以 5/9 习题四 题型：填空题 题目：劳斯判据为：系统稳定的充要条件是特征方程系数所组成的 ，则系统稳定。 分析与提示：系统稳定的充要条件是特征方程系数所组成的劳斯阵列第一列元素符号一致。 答案：劳斯阵列第一列元素符号一致 习题五 题型：填空题 题目：劳斯阵列第一列元素符号改变次数就是特征方程中所包含的 数目。 分析与提示：第一列元素符号改变次数就是特征方程中所包含的右根数目。 答案：右根 题型：填空题 题目：当ω从0到＋∞变化时，开环传递函数的Nyquist 轨迹 包围 点的圈数N 与其的右极点数P 具有 关系时，则闭环系统稳定，否则闭环系统不稳定。 分析与提示：根据劳斯（Routh ）判据，计算劳斯阵列。 答案：逆时针、(-1，j0)、N=P/2 习题二 题型：选择题 题目：关于开环传递函数)(s G K 、闭环传递函数)(s G B 和辅助函数)(1)(s G s F K +=，三者之间的关系是【 】 A ．三者的零点相同 B ．)(s G B 的极点与)(1)(s G s F K +=的零点相同 C ．)(s G B 的极点与)(1)(s G s F K +=的极点相同 D ．)(s G B 的零点与)(1)(s G s F K +=的极点相同 分析与提示：三者关系为()()()() s F s G s G s G s G K K K B =+= 1)(，故)(s G B 的极点与)(1)(s G s F K +=的零点相同。 答案： B 习题三 题型：选择题 题目：关于开环传递函数)(s G K 、闭环传递函数)(s G B 和辅助函数)(1)(s G s F K +=，三者之间的关系是【 】 A ．)(s G K 绕（-1，j0）点的圈数就是)(s G K 绕原点的圈数 B ．)(s G K 绕原点的圈数就是)(s G B 绕（-1，j0）点的圈数 C ．)(s G K 绕（-1，j0）点的圈数就是)(1)(s G s F K +=绕原点的圈数 D ．)(s G K 绕原点的圈数就是)(1)(s G s F K +=绕（-1，j0）点的圈数 分析与提示：)(s G K 绕（-1，j0）点的圈数就是)(1)(s G s F K +=绕原点的圈数。 答案：C 题型：综合题 题目：单位负反馈系统的开环传递函数为) 1.01(1 )(s s s G +=，试由Nyquist 图判断闭环 系统的稳定性。 分析与提示：首先由频率特性绘制Nyquist 图，再由Nyquist 图判断闭环系统的稳定性。 答案：系统频率特性为： ) 101.0(1 101.01.0)11.0)((1)(22+-++-=+=w w j jw jw jw G ω 其中1 01.01 )(2 += w jw G ω , w jw G 1.0arctan 2/)(--=∠π 1 01.01 .0)(2 +-=ωw u , )101.0(1)(2+-=w w v ω 当w=0时，=)(jw G ∞，=∠)(jw G -90o ，1.0)(-=w u ,-∞=)(w v 当∞=w 时，=)(jw G 0 , =∠)(jw G -180o , 0)(=w u , 0)(=w v Nyquist 图为： 系统含积分环节1个，作辅助线如上图， 开环右极点P=0，包围（-1，j0）点N=0， 故N=P/2，系统稳定。 习题五 题型：综合题 题目：单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)=50+1)/s 2 (4s+1)，由其开环Nyquist 图，判断闭环系统的稳定性。 分析与提示：同习题四。 答案：系统频率特性为： 4 242223216170161205043050)14()()16.0(50)(w w w j w w w w w j w j jw jw w j jw G ++++-=--+=++= 其中2 32 222) (43050)(w w w jw G ++= , w w jw G 4arctan 6.0arctan )(--=∠π 4221612050)(w w w w u ++-= , 4 216170)(w w w w v += 当w=0时，=)(jw G ∞，=∠)(jw G -180o ，-∞=)(w u ,∞=)(w v 当∞=w 时，=)(jw G 0 , =∠)(jw G -180o , 0)(=w u , 0)(=w v Nyquist 图为： 系统含积分环节2个，作辅助线如图，开环右极点P=0，包围（-1，j0）点N=-1， 故N ≠P/2，系统不稳定。 习题一 题型：多项选择题 题目：极坐标图与波德图之间对应关系 【 】 A 、极坐标图上的实轴对应于波德图上的-180°线 B 、极坐标图上的负实轴对应于波德图上的-180°线 C 、极坐标图上的正实轴对应于波德图上的-180°线 D 、极坐标图上的单位圆对应于波德图上的0分贝线 E 、极坐标图上的（-1，j0）点对应于波德图上的0分贝线 分析与提示：极坐标图上的负实轴对应于波德图上的-180°线；极坐标图上的单位圆对应于波德图上的0分贝线。 答案：B 、D 习题二 题型：填空题 题目：Bode 图稳定判据为：系统稳定的充要条件是在Bode 图的 的范围内，开环对数相频特性曲线()ω?在 上正负穿越次数之差等于开环右极点数的 。 分析与提示：系统稳定的充要条件：在Bode 图的L()>0dB 的范围内，开环对数相频特性曲线()ω?在-180o 线上正负穿越次数之差等于P/2。（P 为开环右极点数） 答案：L()>0dB 、-180o 线、1/2 Im ω Re ∞ω∞=w 习题三 题型：填空题 题目：正穿越是相频特性由下而上穿过 线。 分析与提示：正穿越是相频特性由下而上穿过-180o 线。 答案：-180o 习题四 题型：填空题 题目：负穿越是相频特性由上而下穿过 线。 分析与提示：负穿越是相频特性由上而下穿过-180o 线。 答案：-180o 习题五 题型：填空题 题目：正半次穿越是对数相频特性曲线始于-180o 向 。 分析与提示：正半次穿越是对数相频特性曲线始于-180o 向上。 答案：上 习题一 题型：间答题 题目：一最小相位系统开环传递函数为)(s G ，其伯德图如下 （1）请在图中标出幅值穿越频率c ω，相位穿越频率g ω，相位裕度 ，幅值裕度 )(dB K g ； （2）试判断系统的稳定性。 分析与提示：幅值裕量为相位为-180o 时在对数幅频特性曲线上所对应的幅值，相位裕量为幅值为0dB 时在对数相拼特性曲线上所对应的相位。对于最小相位系统，当相位裕度 >0，幅值裕度g K >0时，系统稳定。 答案：（1），如下 图 -1800 L /)(ω ω )(ωΦ0 -1800 L /)(ω )(ωΦ0 （2）该最小相位系统的相位裕度 >0，幅值裕度g K >0，故系统稳定。 习题二 题型：填空题 题目：最小相位系统，必须同时具有 和 ，闭环系统稳定。 分析与提示：最小相位系统，必须同时具有正幅值裕度和正相位裕度，闭环系统稳定。 答案：正幅值裕度、正相位裕度 习题三 题型：多项选择题 题目：下列各个量中反映系统稳定性的量是【 】 A. 调整时间 B. 超调量 C. 幅值裕度 D. 稳态误差 E. 相位裕度 分析与提示：调整时间反映了系统的快速性，超调量反映了系统瞬态过程的平稳性。 答案：C 、E 习题四 题型：多项题 题目：下列各个量中反映系统快速性的量是【 】 A. 调整时间 B. 超调量 C. 相位裕度 D. 幅值裕度 E. 带宽 分析与提示：超调量反映了系统瞬态过程的平稳性；相位裕度、幅值裕度反映系统稳定性。 答案：A 、E 习题五 题型：综合题 题目：设单位反馈系统的开环传递函数为 ()2 s 1 as s G += 求使相位裕度ο 45=γ时的a 值。 分析与提示：首先得到系统的开环频率特性，开环幅频特性和相频特性，由相位裕量和幅值裕量的定义可得。 答案：系统的开环频率特性为 ()() 2 21 ja j 1aj j G ωωωωω+-=+= 系统的幅频特性和相拼特性分别为 ()()2 21 a j G ωωω+= ()()ο180a -=ωω?arctan 因()1j G =ω时，对应频率为c ω，即 ()()11 a j G 2 c 2c c =+= ωωω （1） 又因ο 45=γ，即有 ()()οο45a 180c c ==+=ωω?γarctan 得 1a c =ω （2） 式（2）代入式（1），得4c 2=ω，再由式（2），解得 8401 a c .≈= ω 题目：某系统的开环传递函数) 21050(16 4)(2+++= s s s s s G ， （1）试写出标准形式的系统频率特性表达式。 （2）试分析构成系统的典型环节（包括名称．表达式．转折频率．幅相频特性曲线特点等）。 （3）试绘制各典型环节及其系统的近似对数幅频特性曲线和相频特性曲线。 （4）判断闭环系统的稳定性。 解：（1）)21050(164)(2 +++=s s s s s G ] 15)5[() 141 (82+++=s s s s ] 15)5)[(()141 ( 6)(2 +++=ωωωωωj j j j G （2）系统由以下典型环节组成： 比例环节：G 1=8, dB dB L 06.188lg 20)(1==ω,相角为00 。 积分环节：ω j G 1 2= ，ωωlg 20)(2-=L ，过（1，0）点的直线，斜率为-20dB/dec ，相角为-900 。 振荡环节：1 5)5(1 2 3++= ωωj j G ，)(3ωL 的两条渐进线为0dB 线和斜率为-40dB/dec 的直线，转折频率2.05/11==ω。相频特性)(3ω?由00 至-1800 ，对应于转折频率2.01=ω处的相角为-900 。 一阶微分环节：125.04+=ωj G ，)(4ωL 的两条渐进线为0dB 线和斜率为+20dB/dec 的 直线，转折频率425.0/12==ω。相频特性)(4ω?由00至900 ，对应于转折频率42=ω处的 相角为+450 。 （3）典型环节及统的对数幅频特性曲线和相频特性曲线如下： （4）开环右极点P=0，穿越-180o 线 N=-1，故N ≠P/2，系统不稳定 或开环右极点P=0，相位裕量 <0故系统不稳定 题目: 对于图示最小相位系统的开环幅频特性图， （1）写出其开环传递函数； （2）求稳定裕量 γ 和 kg ； （3）判系统稳定性。 dB L /)(ω ω 0 40 20) (ω? ω 00 900 -1800-270 -900 1 2 4 10 100 ) (1ω? )(2ω? ) (4ω? ) (3ω? ) (ω? L 1 L 21 L 32 L 431ω 2ω -40dB/dec -60dB/dec -20dB/dec ) (ωL 1 5 50250 5000 68dB 54dB 14dB -26dB L(ω ω) 解： 开环传递函数为 1)s 5000 11)(s 51s(1) s 501 2511.9(1)s 500011)(s 51s(1)s 501 ( 10G(s)20 68+++= +++= 1 K 180φ(ω)0 76.975000250tan 50250tan 5 250 tan 90180γ250rad/s ωg 1 11 c >∞=∴ ->>=-+--=∴ =---ο ο οοοΘΘ)(ωφ 则系统闭环后稳定。 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。 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 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 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： 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=- 一、填空题（每题1分，共10分）得分（） 1、孙子在《孙子兵法》中指出“不知彼而知己，_______________”。 2、军事高技术是建立在现代科学技术成就基础上，处于当代科学技术前沿，对______________起巨大推动作用，以________为核心的那部分高技术的总称。 3、战略环境是指国家（集团）在一定时期内所面临的影响______________和军事斗争全局的客观情况和条件。 4、毛泽东指出：“战争是从有私有财产和有阶级以来就开始了的，用以解决阶级和阶级、民族和民族、国家和国家、_______________，在一定发展阶段上的矛盾的一种最高斗争形式。” 5、信息化战争的作战目的是剥夺敌方信息控制权_______。 6、信息化战争首选的打击目标是_______、信息控制和信息使用的系统及其基础。 7、我国睦邻友好合作方针是______、______。 8、寻的制导是精确制导武器的主要体制，它包括__________、____________、红外成像制导、电视制导等四种制导方式。 9、人民战争的基本属性包括正义性和_______________。 10、我国倡导的新安全观的核心是互信、______、平等、______。 二、单项选择题（在括弧里填写适当的字母，每题1分，共10分）得分（） 1、（）是目前军事上最重要的探测设备。 A、望远镜 B、夜视仪 C、雷达 D、热像仪 2、与“以镒称铢”相匹配的军事含义是（）。 A、以寡击众 B、以少胜多 C、以弱胜强 D、以众击寡 3、信息化战争产生与发展的重要推动力量是（）。 A、军事理论创新 B、信息技术 C、高科技知识 D、战争实践 4、（）是攻击者在远程网络交换机或主机中有意插入的一种软件程序。它侵入敌方计算机系统后，可监视信息分组包，并将其复制后返回攻击者，攻击者通过检测可以获悉敌方计算机系统的口令和用户名而闯入系统。 A、“蠕虫”程序 B、“特洛伊木马”程序 C、截取程序 D、逻辑炸弹 5、信息化战争在战争指导上追求（）。 A、歼灭敌人 B、速决取胜 C、打击要害 D、精确战 6、信息化战争是政治通过暴力手段的继续，（）。 A、暴力性增强 B、无暴力性 C、暴力性减弱 D、不确定 7、“主不可以怒而兴师，将不可以愠而致战。合于利而动，不合于利而止”体现了孙武的（）思想。 A、备战 B、重战 C、慎战 D、计战 8、美英联军伊拉克战争中使用信息化的精确弹药所占比例是（）%。 A、50 B、60 C、70 D、80 9、弹道导弹是根据射程可以分为近程、中程、远程以及洲际导弹，远程导弹的射程（）。 A、小于1000千米 B、介于1000－3000千米 C、介于3000－8000千米 D、大于8000千米 10、机械化战争能量释放的主要形式是（）。 A、热能 B、机械能 C、体能 D、信息能三、多项选择题（在括弧里填写适当的字母，每题2分，共30分）得分（） 1、人工遮障伪装按外形可分为（）。 A、水平遮障 B、垂直遮障 C、掩盖遮障 D、变形遮障 2、《中华人民共和国国防法》将国家机构的国防职权概括为（）。 A、立法权 B、任免权 C、决定权 D、监督权 E、行政权 3、中央军事委员会在国防方面的职权主要有（)。 A、统一指挥全国武装力量 B、决定军事战略和武装力量的作战方针 C、决定中国人民解放军的体制和编制 D、会同国务院管理国防经费和国防资产 4、地地战略导弹（）。 A、主要打击陆地战略目标 B、射程在1000千米以上 C、是我国核力量的主体 D、肩负着威慑和实战双重使命 5、军用卫星按用途可分为（）。 A、侦察卫星 B、通信卫星 C、导航卫星 D、攻击卫星 6、以下属于功能假目标的有（）。 A、角反射器 B、同比例的坦克模型 C、红外诱饵 D、箔条 7、信息化战争交战双方可能是（）。 A、国家与国家之间 B、社会团体与社会团体之间 C、社会团体与国家之间 D、少数个人与社会团体之间 8、省军区、军分区、人武部既是（），是兼后备力量建设与动员工作于一体的机构。 A、同级党委的军事部门 B、政府的兵役机关 C、地方公务员 D、非现役文职军人 9、美国对伊开战理由是（）。 A、萨达姆实行独裁专制 B、伊拉克支持恐怖主义 C、伊拥有大规模杀伤性武器 D、伊违反联合国1441号决议 10、国防是为维护国家利益服务的，国防建设受（）制约。 A、国家性质 B、国家制度 C、国家政策 D、国家利益目标 11、目前，一般将国际格局分为（）。 A、单极格局 B、多极格局 C、两极格局 D、突变格局 12、美军在伊拉克战争中军事理论创新思维方式体现了（）。 A、求新 B、求异 C、求发展 D、超越自我 13、电子隐身的主要技术措施包括（）。 A、减少无线电设备 B、减小电缆的电磁辐射 C、避免电子设备天线的被动反射 D、对电子设备进行屏蔽 14、信息化战争的战场空间包括（）。 A、电磁空间 B、网络空间 C、心理空间 D、外层空间 15、军事思想的基本内容包括（）。 A、战争、军队、国防 B、战争观、军事问题的认识论和方法论 C、战争指导、军队建设和国防建设的基本方针和原则 D、军事建设和国防建设 四、判断题（在试题右边的括弧里打上√或╳，每题1分，共10分）得分（） 1、近期几场高技术战争表明，信息已经成为武器装备效能发挥的主导因素。（） 2、建设信息化军队，打赢信息化战争，信息是根本。（） 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 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（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 人武部训练题库含答案 专武干部基础理论复习题（外网） 第一部分：征兵工作（190题） ◆男兵征集（85题） 一、单项选择题（40题） 1、应征公民所在乡镇人民政府、街道办事处或者单位应当将批准入伍的公民姓名（d）。 a：登记造册 b：网上备案 c：报上级备案 d：张榜公布 2、预定征集的应征公民离开常住户口所在县、市（b）以上的，应当向所在基层人民武装部报告去向和联系办法。 a、15天 b、1个月 c、2个月 d、3个月 3、县级人民政府依照兵役法和有关法规实施的处罚，由（c）具体办理。 a、县级公安机关 b、县级人民法院 c、县级人民政府兵役机关 d、县级人民检察院 4、退兵的期限，自新兵到部队之日起至部队批准之日止，属于政治条件不合格的，不超过（ d ）天。 a、45 b、60 c、80 d、90 5、退兵的期限，自新兵到达部队之日起至部队批准之日止，属于身体条件不合格的不超过（d）。 a、60天 b、90天 c、70天 d、45天 6、男性应征青年身高应为（c）cm以上。 a：160 b：161 c：162 d：163 7、（a）文化程度人员右眼裸眼视力不低于4.9，左眼裸眼视力不低于4.8；高中文化程度人员右眼裸眼视力不低于4.7，左眼裸眼视力不低于4.5。 a：初中 b：高中 c：大专 d：本科 8、走访调查由县级（d）统一组织，乡（镇）人民政府、街道办事处负责承办，基层专武干部、派出所民警、卫生院医生、民兵营连长、接兵部队人员等组成调查组具体实施。 a：政府b：人武部c：国 。 部门 b：人武部 c：征兵办公室 d：公安机关 24、（ a ）的主要内容是：调查应征公民病史情况，了解掌握应征公民的政治思想、家庭背景、文化程度、个人经历、现实表现和入伍态度等情况。 a、走访调查 b、政治审查 c、调查询问 25、走访调查责任人组织填写（c），同行的调查人共同签字，调查表作为审批定兵的依据之一，留存县级征兵办公室备查，5年内不得销毁。 a、《应征公民政治审查表》 b、《入伍通知书》 c、《应征公民走访调查表》 26、（c）通常于新兵起运前1日组织新兵集中，按照新兵去向、人数进行编组，核对档案，发放被装物资，明确有关注意事项。 a、县人武部 b、军分区 c、县级征兵办公室 d、市级征兵办公室 27、对（d）不安心部队服役的，一般不宜做退兵处理，部队应耐心细致地做好思想教育工作，必要时可通过征集部门和新兵家长配合做好思想引导工作。 a、政治原因 b、政治问题 c、思想问题 d、思想原因 28、（b）特殊原因不能亲自前往兵役登记站登记或者履行复核手续的，可以书面委托其亲属或者所在单位代为登记或者履行复核手续。 a、适龄青年 b、适龄男性公民 c、适龄女性公民 《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 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 -（5分） 2． 求 1 3[ ](1)(2) s s s -++（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） 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 ◎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。 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)0(=a 时， 试确定单位阶跃输入动态响应过程的 r t ，s t 和%σ。 （1）a=0时，()()42G s s s =+，()24 24 s s s Φ=++，所以0.5,2n ζω==(完整版)机械控制工程基础习题及答案考试要点
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