班级 姓名 学号
| 题号 | 一 | 二 | 三 | 四 | 总得分 | 评卷人 | 审核人 |
| 得分 |
1、对控制系统的基本要求是________、_______ 、________。
2、已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 。
3、二阶系统的极点分别为s1=−0.5,s2=−4，系统增益为2，则其传递函数G(S)= 。
4、零频幅值A(0)表示当频率接近于零时， 环系统输出的幅值与输入幅值之比。
5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题，机械工程控制就是研究_______、_______、输出三者之间的动态关系。
6、系统的频率特性求取有三种方法：根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s换为 来求取。
7、微分环节的控制作用主要有_________、________、________。
8、二阶系统的传递函数为，其中为系统的__________，当时为 系统。在阻尼比ξ<0.707时，幅频特性出现峰值，称______，此时的频率称谐振频率ωr＝。
9、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为 系统。
10、对自动控制系统按照输出变化规律分为__________系统、________系统、_____________系统。
11、对积分环节而言，其相频特性∠G(jw)=________。
二、选择题（每题1分，共15分）
1.控制工程主要研究并解决的问题之一是( )。
A.系统已定，输入不确定，求系统的输出
B.系统已定，输入已知，求系统的输出(响应)
C.系统已定，规定系统的输入
D.系统不定，输入已知，求出系统的输出(响应)
2.已知F(s)=L［f(t)］，若F(s)=,则f(t)|t=?( )
A. B.1 C. D.0
3.下列系统中为线性系统的微分模型为：( )。
A.
B.
C.
D.
4.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幂为1
C.不能用微分方程表示
D.系统总是稳定的
5.二阶系统的传递函数为,则系统增益为( )。
A.10 B.0.5 C.4 D.5
6. 已知一个系统的单位阶跃响应为，则该系统的单位脉冲响应为（ ）。
A. B. C. D.
7.某系统的传递函数为系统的零极点为( )。
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
8.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 C.单位斜坡 D.单位正弦
9.系统如图，其稳态误差定义为( )。
A.ess=SG(S) B.ess=te(t) C.ess=e(t) D.ess=e(t)
10.某系统传函数为G(s)=，则转角频率为( )。
A. B.τ C.k/τ D.kτ
11.控制系统中( )。
A.系统型次越高，增益K越大，系统稳定误差越大
B.系统型次越高，增益K越大，系统稳定误差越小
C.系统阶次越低，增益K越大，系统稳定误差越小
D.系统阶次越高，稳态误差越大
12.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
13.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
14.劳斯判据应用于控制系统稳定性判断时是针对( )
A.闭环系统的传递函数 B.开环系统的传递函数
C.闭环系统中的开环传递函数的特征方程 D.闭环系统的特征方程
15. 设ωc为幅值穿越(交界)频率，φ(ωc)为开环频率特性幅值为1时的相位角，则相位裕度为( )
A. 180°－φ(ωc) B. φ(ωc) C. 180°+φ(ωc) D. 90°+φ(ωc)
三、计算分析题（共40分）
1、通过方框图的等效变换求取下图系统的传递函数G(s)=Xo (s)/ Xi(s)。（15分）
2、如下图所示的机械系统，在质量块m上施加一个阶跃力xi(t)=3牛顿后，系统的时间响应xo(t)如右图所示，试写出系统的最大超调量MP，峰值时间tp，计算弹簧的刚度K、质量块的质量m和阻尼系数的值。（15分）
3、设系统的特征方程为D(S)＝S5+3S4+4S3+12S2-5S-15 试用Routh表判别系统的稳定性，并说明该系统具有正实部特征根的个数。（10分）
四、综合题（共25分）
1．已知某单位负反馈最小相位系统的对数幅频特性曲线如下图所示，试:（13分）
(1)写出该系统的开环传递函数；
(2)求该系统的剪切频率和相位裕量。（图中：-2指斜率-40dB,-1指斜率-20dB）
2．设为某系统的开环传递函数。（12）
（1）概略绘制系统的开环Nyquist图；
（2）讨论值不同时系统的稳定性。
《机械工程控制基础》考试试卷（A卷）答案
一、填空题（每空2分，共20分）
1．系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 ;
2. 1/s2+1/s 或者（1+s）/s2；
3. 2/(s+0.5)(s+_4)；
4. 闭；
5. 系统, 输入；
6. jw；
7. 使输出提前 、 增加系统的阻尼 、 强化噪声 ；
8. 无阻尼固有频率 欠阻尼 谐振峰值;
9. 相似；
10. 自动调节系统、随动系统、程序控制系统；
11 .-90。
二、选择题（每题1分，共15分）
1、B；2、D；3、B；4、A；5、D；6、C；7、B；8、A；9、C；10、A;
11、B ；12、B；13、B；14、D；15、C
三、计算分析题（共40分）
1、（15分）解：根据系统结构特点，应先把图中的点A前移至B点，化简后，再后移至C点，然后从内环到外环逐步化简，其简化过程如下图。
2、（15分）解根据牛顿定律，建立机械系统的动力学微分方程，得系统的传递函数为：
G(S)=
将上式与二阶系统传递函数的标准形式比较可知
（1）由响应曲线的稳态值（1cm）求出k
由于阶跃力xi(t)=3N，它的拉普拉斯变换Xi(S)=3,故
由拉普拉斯变换的终值定理可求的X0（t）的稳态输出值
因此，k=3N/cm=300N/m
(2)由响应曲线可知道Mp=0.095，tp=01s，求取系统的、
由，得=0.6；由=0.1s
将代入上式求得=39.25rad/s
(3)将=39.25rad/s和=0.6代入，求得m=0.1959kg
根据 可知，使系统响应平稳，应增大，故要使阻尼系数c增大，质量减小；要使系统快速，应增大，减小质量。弹簧的刚度k一般由稳态值决定。为使系统具有好的瞬态响应性能应该减小质量，增大阻尼系数，在实践中经常采用轻质材料或空心结构减小质量。
3、（共10分）解：根据特征方程的系数，列Routh表如下：
| S5 | 1 | 4 | -5 | 0 |
| S4 | 3 | 12 | -15 | 0 |
| S3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
取F(S)对S的导数，则得新方程
12S3+24S＝0
得如下的Routh表
| S5 | 1 | 4 | -5 | 0 |
| S4 | 3 | 12 | -15 | 0 |
| S3 | 12 | 24 | 0 | 0 |
| S2 | 6 | -15 | 0 | |
| S1 | 54 | 0 | ||
| S0 | -15 | 符号改变一次，系统不稳定 | ||
四、综合（共25分）
1、（13分）解：(1)根据对数幅频特性曲线图可知，低频段的斜率为，故系统为Ⅱ型；当时，斜率由变为，故为一阶比例微分环节的时间常数；当时，斜率由变为，故为惯性环节的时间常数；当时，， 即，所以系统的开环传递函数为： （4分）
（2分）
(2)令，
即 （2分）
亦即： （1分）
可求得： （1分）
（1分）
， （1分）
由于，所以闭环系统是稳定的。 （1分）
2、（12分）解：(1)、 （1分）
（1分）
实频特性 （1分）
虚频特性 （1分）
当时 ， （1分）
当时 ， （1分）
系统的开环Nyquist图如下： （3分）
（2）、当时，即时，其乃氏曲线不包围（）点，此时闭环系统稳定； （1分）
当时，即时，其乃氏曲线过（）点，此时闭环系统临界稳定； （1分）
当时，即时，其乃氏曲线包围（）点，此时闭环系统稳定。 （1分）下载本文
