历年机械工程控制基础试题及答案.docx
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历年机械工程控制基础试题及答案
全国2002年10月自学考试机械工程控制基础试卷
一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案,并将其号码填在题干的括号内。
每小题1.5分,共30分)
1.控制工程主要研究并解决的问题之
A.系统已定,
B.系统已定,
C.系统已定,
D.系统不定,
2.f(t)如图所示
曰
是输入不确定,求系统的输出输入已知,求系统的输出规定系统的输入输入已知,求出系统的输出
(响应)
(响应)
则L:
f(t):
为()
A.1e-2t
s
3•已知
F(s)=冇
A,
4.已知
B.2e-2s
s
C.
D.1e-ts
s
,则L-1:
F(s)]为(
1
F(s)=L:
心,若呦=厂;
1
A.-
2
5.下列系统中为线性系统的微分模型为:
B.1
R.
D.
A.16
d2xo(t)
dt2
12(dx0(t))2
dt
x0(t)
B.16
d2xo(t)
dt2
12dxo(t)
dt
,则f(t)|t
1
C.1
3
(
=?
(
D.0
dxj(t)
dt
24xo(t)Xi(t)
2
"6(与)212勢24X0(t)Xi(t)dt2dt
2
D.16dX(2(t)eti2dxL(12241n(t)x0(t)xi(t)dt2dt
6•对于定常控制系统来说,()
A.表达系统的微分方程各项系数不随时间改变
B.微分方程的各阶微分项的幕为1
C.不能用微分方程表示
D.系统总是稳定的
7•系统方框图如图所示,则系统的闭环传递函数为()
AG(S)H(S)
.1G(S)H(S)
C.1+G(S)•H(S)
cG(S)H(S)tB.
1-G(S)
G(S)
D.-
1G(S)H(S)
8.二阶系统的传递函数为
10
(s0.5)(s
A.10B.0.5
9.若系统的单位脉冲响应为
12
A.-
s2s1
―,则系统增益为(
4)
C.4
则系统的传递函数为:
1
——C.——
s
D.5
(
e-2t+2e-t,
3
B.—s22s1
5
2s
e
2
D.丄es
s1
_系统的零极点为(
_(s1)(s2)
A.极点S1=-1,S2=-2,零点S3=5
B.极点S1=1,S2=2
C.极点S1=-1,S2=-2
D.极点S1=1,S2=2,零点S3=-5
11.下列信号中,哪个用来定义二阶系统的瞬态响应指标
A.单位阶跃B.单位脉冲
12.系统如图,其稳态误差定义为(
10.某系统的传递函数为
(
C.单位斜坡
)
D.单位正弦
X,(s)
Aw?
叫SG(S)
C.ess=lime(t)
B.ess=limte(t)
s
D.ess=lime(t)
to
k
13•某系统传函数为G(s)=4,则转角频率为()
s
1
A.B.tC.k/tD.kt
14•控制系统中()
A.系统型次越高,增益
B.系统型次越高,增益
C.系统阶次越高,增益
K越大,系统稳定误差越大
K越大,系统稳定误差越小
K越大,系统稳定误差越小
D.系统阶次越高,稳态误差越大
15.在设计控制系统时,稳定性判断()
A.不必判断
B.绝对必要
C.有时是必要的
D.根据系统而定
16.系统的正弦响应是指()
A.不论输入为何种信号,输出都为正弦时的情况
B.对系统输入一系列不同频率正弦信号时,输出的响应变化情况
C.对系统输入一个固定的频率正弦信号时,输出的响应变化情况
D.对系统输入一系列幅值不同的正弦信号时,输出的响应变化情况
17.劳斯判据应用于控制系统稳定性判断时是针对()
A.
B.开环系统的传递函数
D.闭环系统的特征方程
闭环系统的传递函数
C.闭环系统中的开环传递函数的特征方程
18.为了增加系统的稳定性裕量,可以
A.减小系统的增益
C.减小输入信号
19.所谓校正(又称补偿)是指()
A.加入PID校正器
C.使系统稳定
()
B.增大系统的增益
D.使用开环系统
B.在系统中增加新的环节或改变某些参数
D.使用劳斯判据
20.二阶振荡环节
G(s)=丐
s
2
n
2nS
的幅频特性(
A.
B.Z越小,谐振峰越高
D.3n越大,谐振峰越高
Z越大,谐振峰越高
C.3n越小,谐振峰越咼
、填空题(每空0.5分,共10分)
21.闭环系统是指系统的对系统有控制作用,或者说,系统中存在的回路。
22.设计控制系统基于以下几个要求:
性、性、性和性。
23.传递函数通过与之间信息的传递关系,来描述系统本身的动态特征。
24.系统在外加激励作用下,其随变化的函数关系称为系统的时间响应。
25.频率响应是系统对输入的。
26.若系统传递函数G(S)的所有均在S平面的,则系统称为最小相位系统。
27.一个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或
。
也即稳定系统的全部根Si均应在复平面的。
28.PID校正器是能够实现P,I和D控制作用的校正器。
三、简答题(每小题5分,共20分)
29.(5分)什么是反馈(包括正反馈和负反馈)?
什么是闭环控制系统?
a
30.(5分)单位反馈系统的前向通道传递函数为Gk(s)=,a、b、c为大于0的
s(bs1)(cs1)
常数。
(1)试写出静态误差系数Kp、Kv和Kao
(2)当系统输入为单位斜坡函数时,系统有无稳态误差,若有为何值?
31.(5分)简述系统相对稳定性的概念?
何为相位裕量?
(画图说明)
32.(5分)串联相位超前校正时瞬态响应作了何种改善?
简述原理。
四、计算题洪40分)
33.(6分)某系统方框图如下,求使系统稳定的f值范围。
34.(6分)写出图示系统的传递函数,并写出系统的3n和Z。
36.(6分)某系统如图
1
S(S+1)
B.05$
A.s05s
C.
1
2s2
1
D—
2s
试求该系统的峰值时间、最大超调量(单位阶跃输入)
37.(8分)设单位反馈系统的开环传递函数G(s)=10
(2s1)(s1)
试求闭环的Mr,cor和3d
1000(兰1)
38.(8分)已知系统开环传递函数为G(s)=10
ss
s
(1)
(1)
2100
(1)试画出传递函数对应的渐近线幅频特性曲线;
(2)试画出相应的近似相频特性曲线;
(3)系统是否稳定,为什么?
全国2001年10月机械工程控制基础试题
课程代码:
02240
第一部分选择题
、单项选择题(本大题共30小题,每小题1分,共30分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
1.开环系统与闭环系统最本质的区别是(A)
A.开环系统的输出对系统无控制作用,闭环系统的输出对系统有控制作用
B.开环系统的输入对系统无控制作用,闭环系统的输入对系统有控制作用
C.开环系统不一定有反馈回路,闭环系统有反馈回路
D.开环系统不一定有反馈回路,闭环系统也不一定有反馈回路
2.若f(t)
0,0 ,则L[f(t)](B) 1,t>5 s e A.—— s 5se B.—— s 1 C._s 15s D.-es 3.已知f(t) 05t1,其L[f(t)](C) 2 4.下列函数既可用初值定理求其初始值又可用终值定理求其终值的为( A. 5 s225 B.s216 C.— s 1 2 D. 1 r~2 5•若f(t)te2t,则L[f(t)](B) A. 1 r2 B.— (s D— (s c.— s 6.线性系统与非线性系统的根本区别在于(C) A线性系统微分方程的系数为常数,而非线性系统微分方程的系数为时变函数 B.线性系统只有一个外加输入,而非线性系统有多个外加输入 C线性系统满足迭加原理,非线性系统不满足迭加原理 D线性系统在实际系统中普遍存在,而非线性系统在实际中存在较少 7.系统方框图如图示,则该系统的开环传递函数为(B) 10 A.- 5s1 20s B._ 5s1 10 C.- 2s(5s1) D.2s 8.二阶系统的极点分别为0 05,s24,系统增益为 5,则其传递函数为(D) A. 2 (s05)(s4) B. 2 (s05)(s4) C. 5 (s05)(s4) D. 10 (s05)(s4) 则该系统的单位脉冲响应函数为( A.5e 2t B.5t D.5 2t C.5e 10.二阶欠阻尼系统的上升时间tr定义为 A.单位阶跃响应达到稳态值所需的时间 B.单位阶跃响应从稳态值的10%上升到90%所需的时间 C.单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值时所需的时间 D単位阶跃响应达到其稳态值的50%所需的时间 11.系统类型 、开环增益K对系统稳态误差的影响为 A.系统型次 越咼, 开环增益 K越大, 系统稳态误差 B.系统型次 越低, 开环增益 K越大, 系统稳态误差 C系统型次 越高, 开环增益 K越小, 系统稳态误差 D系统型次 越低, 开环增益 K越小, 系统稳态误差 12.一系统的传递函数为G(s) (A)越小越小越小越小 K Ts1 ,则该系统时间响应的快速性( A.与K有关 C与T有关 B.与K和T有关 D.与输入信号大小有关 13.一闭环系统的开环传递函数为 G(s) 8(s3),则该系统为( s(2s3)(s2) A.0型系统,开环增益为8 B.I型系统,开环增益为8 C.I型系统,开环增益为4 D.0型系统,开环增益为4 14.瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的(B A.单位脉冲函数 C単位正弦函数 15.二阶系统的传递函数为G(9 B.单位阶跃函数 D.单位斜坡函数 厂2,当K增大时,其(C Ks22s1 A.无阻尼自然频率 n增大,阻尼比 增大 B.无阻尼自然频率 n增大,阻尼比 减小 C无阻尼自然频率 n减小,阻尼比 减小 D无阻尼自然频率 n减小,阻尼比 增大 16.所谓最小相位系统是指(B) A.系统传递函数的极点均在S平面左半平面 B.系统开环传递函数的所有零点和极点均在S平面左半平面 C系统闭环传递函数的所有零点和极点均在S平面右半平面 D系统开环传递函数的所有零点和极点均在S平面右半平面 10 17.一系统的传递函数为G(s),则其截止频率b为(A) s2b A.2rad/sB.0.5rad/s c.5rad/sD.10rad/s 18.一系统的传递函数为G(s) ,则其相位角 s(Ts1) ()可表达为(B) 1十 A.tgT 1 C.90tgT 1 B.90tgT D.tg1T 19.一系统的传递函数为G(s) ,当输入r(t)2sin2t时,则其稳态输出的幅值 s2 为(A) B..2/2 D.4 A.2 C.2 s 20.延时环节e(0),其相频特性和幅频特性的变化规律是( 21.一单位反馈系统的开环传递函数为 G(s) s(s1)(s2),当K增大时,对系统性能 能的影响是(A) A稳定性降低 C阶跃输入误差增大 22.一单位反馈系统的开环 B.频宽降低 D.阶跃输入误差减小 Bode图已知,其幅频特性在低频段是一条斜率为 20dB/dec 的渐近直线,且延长线与0dB线的交点频率为c5,则当输入为r(t)05t时, 其稳态误差为(A) A.0.1 B.0.2 C.0 23.利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时, D.0.5 ZPN中的Z表示意义为(D) A.开环传递函数零点在 B.开环传递函数零点在 C.闭环传递函数零点在 D.闭环特征方程的根在 S左半平面的个数 S右半平面的个数 S右半平面的个数 S右半平面的个数 24.关于劳斯一胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据,以下叙述中正确的是 (B) A.劳斯一胡尔维茨判据属代数判据,是用来判断开环系统稳定性的 B.乃奎斯特判据属几何判据,是用来判断闭环系统稳定性的 C乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的 D以上叙述均不正确 25.以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是(D) A.截止频率b B.谐振频率r与谐振峰值Mr C.频带宽度 D.相位裕量与幅值裕量kg 26.一单位反馈系统的开环传递函数为 G(s) K s(sK) 则该系统稳定的 K值范围为 A.( ) 90,L( ) 0 dB B.( ) L( ) 1 dB c.( ) 90,L( ) dB D.( ) L( ) 0 dB C.OvKv10D.K>—1 27.对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系,以下叙述中不正确的有(A) A.开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性 B.中频段表征了闭环系统的动态特性 C•高频段表征了闭环系统的抗干扰能力 D•低频段的增益应充分大,以保证稳态误差的要求 28.以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为(D) A.上升时间trB.调整时间ts C幅值穿越频率c D.相位穿越频率g s1 29.当系统采用串联校正时,校正环节为 响是(D) Gc(9,则该校正环节对系统性能的影 2s1 A.增大开环幅值穿越频率 B.增大稳态误差 C.减小稳态误差 D.稳态误差不变,响应速度降低 As1 30.串联校正环节Gc(S),关于A与B之间关系的正确描述为(A) BS1 A若Gc(s)为超前校正环节,则A>B>0 B若Gc(s)为滞后校正环节,贝UA>B>0 C若Gc(s)为超前一滞后校正环节,则AMB D若Gc(s)为PID校正环节,则A=0,B>0 第二部分非选择题 、填空题(本大题共5小题,每小题2分,共10分) 31.传递函数的定义是对于线性定常系统•在初始条件为零的条件下,系统输出量的拉 氏变换与输入量的拉氏变换之比。 32.瞬态响应是系统受到外加作用激励后,从初始专状态到最终状态 —状态的响应过程。 33.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根或负实部的复数根,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。 34.0 34」型系统G(s) K s(s2) 在单位阶跃输入下, 稳态误差为 0,在单 位加速度输入下,稳态误差为—_。 35.频率响应是系统对正弦输入的稳态响应,频率特性包括幅频和相频两种特性。 三、简答题(共16分) 1一 36.二阶系统的传递函数为匕,试在左图中标出系统的特征根在S平面上的位置, ss1 在右图中标出单位阶跃曲线。 ( 7 -1 L"bN*.. ・▼. 解: n12n10.5 37.时域动态性能指标有哪些? 它们反映系统哪些方面的性能? 解: td延迟时间 tr上升时间 tp峰值时间 Mp超调量 ts调节时间 td、tr、tp、ts反映系统的快速性 Mp反映系统的相对稳定性。 38.简述相位裕量的定义、计算公式,并在极坐标上表示出来。 解: 定义: 是开环频率特性幅值为1时对负实轴的相位差值。 即从原点到奈氏图与单位 圆交点的连线与负实轴的夹角。 计算公式: 180(c) 在极坐标下表示为 39.简述串联相位超前校正的特点。 解: .相位超前校正特点: 1增加相位余量,提高稳定性 2增加幅值穿越频率c,提高快速性 3增加高频增益(或高通滤波器),抗干扰能力下降。 四、计算题(本大题共6小题,共44分) 40.(7分)机械系统如图所示,其中,外力f(t)为系统的输入,位移x(t)为系统的输出, 为小车质量,k为弹簧的弹性系数,B为阻尼器的阻尼系数,试求系统的传递函数(忽 略小车与地面的摩擦) 解: 系统的微分方程为 f(t)哙Kx(t) d2x m—2 dt2 d2x m―2 dt2 dx 际Kx(t)f(t) 拉氏变换得: (零初始条件) ms2X(s)BsX(s)KX(s)F(s) X(s)1 2 F(s)msBsK 41.(7分)已知系统结构如图,试求传递函数 Cs)及P(s) R(s)N(s) 解: 丄^! g2h1,l2 G1G2H2 C(s) G1G2 R(s) 1G2H1G1G2H2 R1 11G2H1 C(s) 1G2H1 P1G1G2 1 N(s)1G2H1G1G2H2 42.(7分)系统如图所示,r(t)1[t]为单位阶跃函数,试求: 1一2 2.Mpe 100%16.5% 3 3〜、 ts 3(s) n 0.52 1.系统的阻尼比 和无阻尼自然频率 4 S(S2) 2 n S(S2n) 0.5 2.动态性能指标: 超调量 Mp和调节时间ts( 5) 43.(8分)如图所示系统,试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下ess<2.25时,K的数 由劳斯判据: s31 s26 i54K s 6 s0K 0K54 第一列系数大于零,则系统稳定得亠9 又有: essw2.25 K 可得: K>4 4 44.(7分)已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图所示。 1.写出开环传递函数G(s的表达式; 1.G(s) ss S01)(而1) 100 s(s0.01)(s100) K 20Ig80dB K100 2•概略绘制系统的乃奈斯特图。 幅值裕量kg 45. 解: 系统的开环传递函数为 G(s)-W(s) 1 W(s)s1 |G(jc)| 1,解得c 180( c) 180tg c18060 120 Kg 2005年10月全国自考机械工程控制基础试卷 2005年下半年高等教育口学考试全国统一命题考试 机械工程控制基础试卷 (课程代码2240) 本试巻分为两部分,第一部分为选择题讥页至3页,第二部分为非选择Jg.4页至7页,共7页;迭择题30分"非选择題70分。 满分100分;考试时间为150分钟。 总分 題号 一 三 四 核分人 題分 30 20 20 30 复査人 得分 第一部分选择题(共30分) 得分 评卷人 复査人 一再单项选择通(本大10扶乃小題,每小题2分’共30分】 在毎小通列出的四个备选项中只有一个是符合题目耍求的,请将茸代码填写在题后的括号内-错选r峯送或未选均无分。 L作为控制系统•一般 &闭环不掘荡 D・闭环•定振荡 A-开环不振荡 C.开环定振荡 2-已知二卄: 切其反变换为/“)= <230)机械工程控制基础试卷第】頁(共7贞) 3.系统方图如图所示,其传递函数为 1+I+Gt) 偽(I-G) 1+(J)Gj C(s> r^fGl G(】-G) 1-C1+ D. 4*已知系统的单位脉冲输入时的响应为呂⑴=0.1(1则系统的传递函数是 B.0.1 5. C.0.1(—5 控制系统(如图)的稳态误差表达式为J= g r■■ V,1+G(j)A/(j) D*腆「十SH(d) {hM 一系统在干扰单独作用下的溟差函數咼匕)=-苗為,在输人信号单独作用下的溟 差函数Eg二: : *? 巴、则系统总的穂态逞菱% 5(J+3J+3) B.0 C-1 D.t® 二阶欠阻尼系统的性能指掠: 上升时间、峰值时间和调離时间•反映了泵统的 A,稳定性 R*响应的快連性 D,相对稳定性 C.精度 某一系统的稳态加速度馆差为一常数侧此系统是—墓紀 A.0型 B.有一积分环节的 C*II型 D.没有积分环节的 某控制元件的对数幅頻特性曲线(如图),则它的传递函数为口打- Ag R2o7T7 严01n0・g U08+10.洛+1 10.幅相频率特性曲线与对数频率特性曲线的关系是[】 k幅相频率特性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的-20分贝线兔福相频率特性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的+20分贝线G幅相频率特性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的零分贝线D・幅相频率特性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的+1分贝线 11已知系统的开环传递函数为一_•则系统的开环増益以及型次为 s(0.Ij+I)(5i+4} [】 九25』型B.](X)tn翹 G100,I型D.25,0型 12-设系统开环传递函数为C(j)=1+G3鸡其[】 A帳相特性曲线媳一条与虚轴平行的直线,所以闭环是稳定的 B.帳相特性曲线是一条与实轴平行的直线,所以闭环是稳定的 G福相特性曲线是一条与虚轴平行的直线,所以闭环是不稳定的 D・幅相特性曲线是一条与实轴平行的直线*所以闭环是不稳定的 13*设单位反慷系统的开环传递函数为C(j)=/■则系统稳宦时的开环増益 j+1)(j+2) K值的范围是【】 A・0 】4・在闭环控制系统中■通过增大开环
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