机械控制工程复习题

1、机械控制工程复习题一、 填空题1自动控制系统按按有无反馈来分有_、 和_按控制作用的特点来分有_、_和_。对控制系统的基本要求是 、 、和 。2系统在输入信号的作用下，其输出随时间的变化过程称为系统的 响应，它由_响应和_响应两部分构成。3 二阶系统的响应特性完全由和Wn这两个特征量来描述，当1时,称为_,其响应曲线的特点是_,=1时称为_,01时称为_,其响应曲线的特点是_,=0时称为_,其响应曲线的特点是_。从平稳性和快速性两方面来综合考考虑，一般取=_。4_的传递函数称为最小相位传递函数，_称为最小相位系统。某传递函数为，它是 阶系统，是 型系统，其零点是 ，其极点个数有 个，它 （是/否）最小相位传递函数。5系统的稳定性是指 ，系统稳定的必要的充分条件为 6 输出信号经反馈元件变换后加到输入端的信号称为_信号。若它的符号与输入信号相同，称为_反馈；若它的符号与输入信号不同，称为_反馈；若在主反馈通道中不设反馈元件，即输出为主反馈信号时，称为_反馈。7、线性定常系统稳定的充分必要条件是：系统闭环传递函数的（ ）均位于S的左半平面。 8、一般认为系统的方框图有三要素组成：（ ）、（

2、 ）、（ ）。9、理想微分环节的幅频特性为（ ），相频特性为（ ）10、系统的频率特性可表示为幅频和相频，幅频特性表示（ ）的比值。11、对最小相位系统，其幅频特性与相频特性间具有确定的（ ）关系。12、线性定常系统时间响应的一条重要性质是：系统的输入信号间存在微分和积分关系，那么系统的响应就存在对应（ ）关系。13、已知某系统的闭环传递函数为，则该系统是（ ）的。（填稳定，不稳定，临界稳定）。二、简化以下方框图，并求系统的传递函数K1三、解方法1梅逊公式法该系统共有两个前向通道，且与各反馈环路都接触P1=G1G2G3G4G5 P2=G1G2G5 1=2=1反馈回路共四个，且彼此接触所以系统传递函数为：方法2方框图简化法求解：可将图简化为下图所示。则所以系统传递函数为：三、求下图1所示系统的传递函数四、设单位反馈控制系统的开环传递函数为试确定使相位裕量=45的a值。五、 单位反馈控制系统的开环传递函数为试确定系统稳定时开环放大系数K值的范围。解得系统稳定时，K的取值范围为0K6六、 已知系统的传递为，求系统的频率特性及系统对正弦输入r(t)=Asinwt 的稳态响应。七、 设有一闭环系

3、统的传递函数为为了使系统的单位阶跃响应有5%的超调量和TS=2秒的调整时间，试求和n的值。（课后作业）九计算题：1、右图是某闭环控制系统的典型动态结构图。 （1）以R为输入，当N=0时，分别以C ，B ， E为输出时的闭环传递函数。（2）以N为输入，当R=0时，分别以C ，B ， E为输出时的闭环传递函数。2、 设单位反馈系统的开环传递函数G(s)=1/s(s+1)， 试求系统的单位阶跃上升时间、 超调量、调整时间，并判断系统的稳定性。（课后作业）3、 系统的结构如右下图所示。 欲保证5且单位斜坡函数输入时稳态误差ess=0.25, 试确定K和的取值。 综合上面的式子，得 4设某控制系统的结构图如右图所示，试分析若是该系统的最大超调量等于0.2，峰值时间等于1秒，确定增益K和Kh 的数值，并计算上升时间t r和调节时间t s5 已知单位反馈系统的开环传递函数为 ， 求系统的单位阶跃响应。解：已知单位反馈系统的开环传递函数为 ， 则闭环传递函数为 则 可得 由此可知，系统为欠阻尼状态 代入计算结果即可。 6分析题. (1) 设某单位反馈控制系统如图所示， 试计算K为何值时系统稳定。 第一

4、题图 第二题图（1）解： 系统的闭环传递函数为 其特征方程为 s3+3s2+2s+K=0 根据劳斯-赫尔维茨稳定性判据， 系统稳定的充要条件有：则 当 0K6 时， 三阶系统是稳定的。 （2） 单位反馈系统的系统结构如图所示， 参数K1、 K2大于零。 设输入信号r(t)=1(t), 干扰信号n(t)=1(t)， 试求系统的稳态误差ess。解：(1) 判别系统稳定性。 图 2所示系统为一阶系统， 参数K1、 K2都大于零， 因此系统必稳定。 (2) 分析稳态误差求E(s)。 E(s) =GBr(s)R(s)+GBn(s)N(s) 7、已知系统的开环传递函数为 , 求出=c时的相角(c)。 8、单位反馈系统的开环传递函数 ， 计算分别在单位阶跃函数r(t)=1(t)和单位斜坡函数r(t)=t时，系统地的稳态误差。（1/21 ）9、已知放大器的传递函数为 ， 并测得=1 rad/s、 幅频|g(j)|=12 / ， 相频g(j)=/4。试问放大系数K及时间常数T各为多少？解：由系统的传递函数可以得出，系统地幅相频率特性为 ，由已知可以得出， 解方程得出， 10设特征方程为的反馈系统，试用代

5、数判据判定系统的稳定性。稳定性判断（1） 稳定的必要条件 0 （i=0,1,2,3,4）(2) 列劳斯阵列表，判断第一列元素的正负，元素为1，8，16，13.5, 5 结论 系统是稳定的。10、某控制系统的特征方程为s6+2s5+8s4+12s3+20s2+16s+16=0，试判断系统的稳定性。11、已知系统的单位阶跃响应为c(te-4te-9t， 求： （1） 系统的闭环传递函数; （2） 系统的阻尼比和无阻尼自然振荡频率。 解：由系统的单位阶跃响应为c(te-4te-9t，则， ， 12（1）已知单位负反馈二阶系统的单位阶跃响应曲线如图所示。试确定系统的传递函数。 解以上三个方程，可以计算出。13、设最小相位系统开环对数幅频渐近线如图所示。 (1) 写出系统开环传递函数； (2) 计算开环截止频率c； (3) 判别闭环系统的稳定性；解：（1） 由图可以分析得出，该系统中含有两个积分环节，一个惯性环节，一个一阶微分环节和一个比例环节，其传递函数为，其中，待求。 （2）由，可以求出 （3）系统是稳定的。 14、设单位负反馈系统的开环传递函数为g(s)=1/(s+1)， 试求输入信号r(

6、t)=sin5t作用时，系统的稳态输出响应。答案：15、控制系统方块图如图所示：（1） 当=0时，求系统的阻尼比，无阻尼自振频率和单位斜坡函数输入时的稳态误差；（2）当=0.7时，试确定系统中的值和单位斜坡函数输入时系统的稳态误差；解：系统的开环传函为 闭环传函为 16、设某控制系统的开环传递函数为 试分析系统稳定时K的取值范围。解：由Routh稳定判据得 0 K4 17、设某控制系统的开环传递函数为=，试绘制该系统的Bode图，并确定剪切频率的值。18、已知最小相位系统Bode图的渐近幅频特性如图所示，求该系统的开环传递函数。 解：(1) 该系统的开环传递函数为=； 19、已知最小相位开环系统的渐进对数幅频特性曲线如图3所示，试：（1）求取系统的开环传递函数（2）利用稳定裕度判断系统稳定性(1) （2） 临界稳定 20、已知系统传递函数为，当输入信号为时，根据频率特性的物理意义，求系统的稳态响应。21、设单位反馈控制系统的开环传递函数为试确定使相位裕量=45的K值。 22判别具有下述传递函数的系统是否稳定。其中G（S）为系统的前向通道传递函数，H（S）为反馈通道传递函数。解：系统的闭环传递函数为对特征议程劳斯表第一列所有元素大于0，故系统稳定。十作图并分析： （1）某系统的开环传递函数为 ， 试绘制系统的开环极坐标图，并根据Nyquist稳定性判据分析系统的稳定性。（2）已知 ，试绘制系统的开环对数频率特性曲线十一、简答题1 什么是零频幅值、复现带宽频率、截止频率和带宽？其特点是什么？2 什么是系统的稳定性？系统稳定的充要条件是什么？3什么是最小相位传递函数，什么是最小相位系统。设某传递函数为，其零点和极点分别为什么，它是否属于最小相位系统？4 根据阻尼比的不同，二阶系统有几种状态， 在各种阻尼比下二阶系统的响应曲线有何特点？

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