机械工程控制期末考试试题和标准答案及评分标准模板

1

《机械工程控制基础》试题（A 卷）

（考试时间：120分钟）

一、单项选择题（共10分，每小题2分）

1.控制系统中，下列元件通常属于反馈元件的是________ 。

A ．电压放大器；

B ．热电偶；

C ．液压马达；

D ．电动机；

2.某系统的传递函数是)

1)(1()5.0()(2++++=s s s s s G ，其中没有________ 环节。 A ．比例环节；B ．惯性环节；C ．积分环节；D ．一阶微分环节；

3.二阶系统的时域性能指标上升时间r t 、峰值时间p t 、调整时间s t 、最大超调量p M 和振荡次数N ，反应系统稳定性的是________ 。

A ．r t 、p M ；

B ． p t 、s t ；

C ．r t 、N ；

D ．p M 、N ；

4.某放大器的传递函数)

1()(+=Ts K s G ，当s rad /1=ω，相频为 45-，则T 的值为________。

A ．1；

B ．2；

C ．3； D. 4；

5. PID 校正是针对___________进行比例、积分和微分运算后形成的控制规律。

A ．输入信号)(t x i ；

B ．输出信号)(0t x ；

C ．误差信号)(t e ；

D ．偏差信号)(t ε；

二、填空题（共20分，每空2分）

6.1954年，我国科学家_____________发表了《工程控制论》，奠定了控制工程的理论基础。

7.对于受干扰的闭环系统，如果系统只受输入)(t x i 作用时的输出是)(01t x ，系统只受干扰)(t n 作用时的输出是)(02t x ，则系统同时受)(t x i 和)(t n 作用时的输出=)(0t x _______________。

8.如图所示的信号流图，前向通道的传递函数为_________，反馈通道有_________条，系统的传递函数为_________。

(X i )(0s 题8图

2 9. 已知单位反馈系统的开环传递函数为)

12(5)(+=s s s G ，则系统单位阶跃和单位速度输入时的稳态误差分别为________、_________ 。

10. 某系统未校正前和已校正后的Bode 图如图所示，则系统的稳态性能______，系统的快速性______，稳定性_______（填“提高”“不变”或“减弱”）。

(L (ω?

题10图

三、计算、分析和作图题（共70分）

11.（10分）求下图所示的电气系统的传递函数。

u i )

(0t

题11图

12.（10分）画出题11电气系统的系统框图和信号流图。

13.（10分）简化框图求传递函数。

3

题13图

14.（10分）已知单位反馈系统的开环传递函数是)

5(4)(+=

s s s G ， （1）求该系统的单位阶跃响应。 （2）输入信号为)45sin(2)( +=t t x i ，求系统的稳态响应。（计算结果用含有根号和反三角函数的式子表示）

15.（10分）具有特征方程0122234=++++s s s s 的反馈系统判断其稳定性。

16.（10分）已知系统的开环传递函数220(51)()(10

1)s G s s s +=

+，试绘出其对数幅频特性图的渐近线。

17.（10分）（1）（6分）系统的开环传递函数为3

)(s K s G =，判断系统的稳定性。 （2）（4分）系统开环右极点数q=2，开环Nyquist 图如图所示，判断系统的稳

定性。

题17（2）图

4 《机械工程控制基础》试题（B 卷）

（考试时间：120分钟）

一、选择题（共10分，每小题2分）（每个小题只有一个合理的答案）

1.控制系统的三个基本要求中主要反映稳态性能的是_______。

A ．稳定性；

B ．精确性；

C ．快速性；

D ．不确定；

2.某系统的传递函数是2(30.5)()(21)(32)

s G s s s s s +=+++，其中没有________环节。 A ．比例环节；B ．惯性环节；C ．积分环节；D ．振荡环节；

3. 已知单位反馈系统的开环传递函数为)11.0)(1(5)(++=

s s s s G ，则在信号2t 作用下的稳态误差为_____ 。

A ．0；

B ．0.2；

C ．0.4；

D ．无穷大；

4. 某放大器的传递函数)

1(12)(+=

s s G ，输入正弦信号的s rad /1=ω，幅值为1，则其频率响应的幅值为________ 。

A ．1；

B ．12；

C ．212 ； D. 26；

5. PID 校正是针对___________进行比例、积分和微分运算后形成的控制规律。

A ．输入信号)(t x i ；

B ．输出信号)(0t x ；

C ．误差信号)(t e ；

D ．偏差信号)(t ε； 二、填空题（共20分，每空2分）

6. 闭环系统的组成元件中，检测输出信号产生反馈信号的是 、操纵控制对象的元件是 。

7. 系统的信号流图如图所示，其传递函数为 。

(X i )(0s 题7图

8. 二阶系统的阻尼比越大，系统的响应速度越_______。

9. 某系统未校正和已校正的Bode 图如图所示，则系统的稳态性能______，系统的快速性______，稳定性_______（填“提高”“不变”或“减弱”）。

5

(L (ω?

L

题9图 题10图

10. 已知某单位反馈系统未校正时的开环传递函数)(s G 和校正装置的传递函数)(s G c 的对

数幅频特性图渐近线如图所示，则=)(s G ，=)(s G c

，校

正后系统的开环传递函数为 。

三、计算、分析和作图题（共70分）

11.（10分）求下图所示系统的传递函数。

)

(0t x

题11图

6 12.（10分）绘出下图所示系统的系统框图和信号流图。

u i )

(0t u 题12图

13. （10分）如图所示，求)(s G c 的表达式满足什么条件时可以消除干扰信号对输出的影响。

题13图

14.（10分）已知系统的传递函数是1212)(2+++=

s s s s G ，求该系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应。（2)

(1)(a s te L at +=-） 15. （10分）对于具有特征方程0161620128223456=++++++s s s s s s 的反馈系统，

试用Routh 判据判断系统的稳定性。

16.（10分）已知系统的开环传递函数)

1.0()

2.0(10)(2++=s s s s G ，试概略绘出其Bode 图（只画对数幅频特性图）。

17.（10分）试用Nyqusit 判据和Bode 判据判断下列曲线所对应系统的稳定性，简要写出判定缘由，对应的开环传递函数和系统开环特征方程右根数已经给出。

7

ω

(1))

1()1()(221++=

s T s s T K s G （2）)1()(-=

Ts s K

s G

(ωL (ω?-

（3）系统开环右极点数q=2 （4）开环特征方程右根数q=2

8 《机械工程控制基础》（A 卷）试题标准答案及评分标准

一、选择题

评分标准：（每小题2分，共10分）

1.B

2.C

3.D

4.A

5.D

二、填空题

评分标准：（每空2分，共20分）

6.钱学森

7. )()(0201t x t x +

8. abc 5

bce

ch f gb abcd abc -----1 9. 0 15 10. 不变 提高 提高 三、计算、分析和作图题

11.（10分）根据基尔霍夫定律，有：

o i u dt i C u +=?

1；iR u =0 (4分，1个式子2分) 消去中间变量)(t i ，整理可得电气系统的微分方程为：

dt

du CR u dt du CR i o =+0 (2分) 零初始状态下，两边求Laplace 变换为：

i o o CRsU U CRsU =+ (2分) 故电气系统的传递函数为：1

)()(0+=CRs CRs s U s U i (2分) （电气系统用复阻抗的概念计算也正确）

12.（10分）根据基尔霍夫定律，有：

o i u dt i C

u +=?1；iR u =0 (2分，1个式子1分) 零初始状态下，两边求Laplace 变换为：

o i U Cs

I U +=；IR U o = (2分，1个式子1分) 则系统框图为：

)

(s (3分，错1点扣1分)

则信号流图为： )

(s U U -Cs 1 (3分，错1点扣1分)

9 13.（10分）3

32123212132101)()(H G G G H G G H G G G G G s X s X i ++-= (简化过程1步2分，正确给8分，结果正确给2分)

14.（10分）系统的闭环传递函数为：

454)

5(41)5(4

)(1)()(2++=+++=+=Φs s s s s s s G s G s (1分) (1)当单位阶跃信号输入时，s

s X t t x i i 1)(),(1)(==， (1分) 则系统在单位阶跃信号作用下输出的Laplace 变换为：

4

13111341)45(1)()()(20+?++?-=++=Φ=s s s s s s s X s s X i (2分，式子1分，结果1分) 对上式进行Laplace 反变换，得出系统的单位阶跃响应为：

[]t t e e s X L t x 401013

1341)()(---+-== (1分) (2) )14

)(1(1)4)(1(4454)(2++=++=++=Φs s s s s s s （1分） 17

342161

1111)4(111)1(2

2=++=++=

ωωA (1分) 41arctan 4541arctan

1arctan 4arctan arctan )1(--=--=--= ω

ω? （1分) 系统的稳态响应)45sin(2)(0?++?= t A t x =)4

1arctan sin(17344-t （2分） 15.（10分）各项系数大于零， (2分)

Routh 阵列为：

εε22010022111-≈0100

1

2

3

4

s s s s s (6分，第1,2行1分，第3行2分，第4行2分，第5行1分)

由于第一列出现0项，故用一个趋近于0的正数ε代替，由Routh 阵列可以看出，

022lim 0

?-→εε，故系统不稳定。 (2分)

10 16.（10分）该系统的开环传递函数由下列典型环节组成：

比例环节：20； 2个积分环节：21s

； 一阶微分环节：5s+1 转折频率0.2rad/s ； 惯性环节：1

101+s 转折频率0.1rad/s ； (3分，错1个扣1分) 该系统的近似对数幅频特性图为：

L (ω (7分，斜率、点错1

个扣1分)

17.（10分）（1）该开环传递函数的Nyquist 图如图所示，

（3分，起点终点各1分，趋势1分）

N=-1，q=0，N ≠q/2，故系统不稳定； (3分，N 、q 值各1分，结论1分)

（2）2=+N ，1=-N ，21q N N =

=--+，故系统稳定；(4分，N 值各1分，结论1分)

11 《机械工程控制基础》（B 卷）试题标准答案及评分标准

一、选择题

评分标准：（每小题2分，共10分）

1.B

2.D

3.C

4.D

5.D

二、填空题

评分标准：（每空2分，共20分）

6.反馈元件 执行元件

7. bce

ch f gb abcd abc -----1 8. 慢 9. 提高 减弱 提高 10. )11.0(20)(+=s s s G 1101)(++=s s s G c )

11.0)(110()1(20)()(+++=s s s s s G s G c 三、计算、分析和作图题

11.（10分）（1）根据牛顿第二定律，有：

)()()()(022

t x dt

d m t f t f t f K C i =-- (2分) 由阻尼器和弹簧的特性，可写出：

)()(0t x dt

d C t f C =；)()(0t Kx t f K = (2分，1个式子1分) 由以上3个式子可得机械系统的微分方程为：

)()()()(00022t f t Kx t x dt d C t x dt

d m i =++ (2分) 零初始状态下，两边求Laplac

e 变换为：

)()()()(0002s F s KX s CsX s X ms i =++ (2分) 故机械系统的传递函数为：K

Cs ms s F s X i ++=201)()( (2分) 12.（10分）根据基尔霍夫定律，有：

o i u iR dt di L u ++=；dt i C

u ?=10 (1个式子1分，共2分) 零初始状态下，两边求Laplace 变换为： o i U IR LsI U ++=；Cs I U o =

(1个式子1分，共2分) 则系统框图为：

)

(3分,错1个点扣1分，扣完为止)

12 则信号流图为： )

(s U U -R Ls +1Cs 1

(3分,错1个点扣1分，扣完为止)

13.（10分）

)

（5分，错1个点扣1分，扣完为止） 简化框图得：N G G G G G X C 2

12101)1(+-= （4分,简化过程对1步得1分） 故当1

1)(G s G c =时，干扰信号对输出没有影响。 (1分) 14.（10分）（1）当单位阶跃信号输入时，s s X t t x i i 1)(),(1)(=

=， (1分) 则系统在单位阶跃信号作用下输出的Laplace 变换为：

11)

1(11)12(12)()()(220+-++=+++==s s s s s s s s X s G s X i (4分，式子1分，三个因式1个1分)

对上式进行Laplace 反变换，得出系统的单位阶跃响应为：

[]t t e te s X L t x ----+==1)()(0101 (1分)

（2）当单位脉冲信号输入时，根据线性定常系统时间响应的性质，得单位阶跃响应为： t t t t te e e te dt

d dt t dx x -----=-+==2)1()(010δ (4分，式子2分，结果2分) 15.（10分）各项系数为正。 （1分）

Routh 阵列为：01

2

34

5

6

s s s s s s s 0

1603/801660

24080016122016122162081→→ (8分，.第1、2行1分，第3行2分，构造多项式2分，第5,6,7行各1分)

由于第4行出现0行，故构造辅助多项式：16122)(24++=s s s A ，s s s A 248)(3'+=，

13 把此式系数填入0行，由Routh 阵列看出第一列都为正，故系统临界稳定（1分）。

16.（10分）该系统的开环传递函数为：

)

110()15(20)1.0()2.0(10)(22++=++=s s s s s s s G (1分) 所以该系统由下列典型环节组成：

比例环节：20；

2个积分环节：21s

； 一阶微分环节：5s+1 转折频率0.2rad/s ； 惯性环节：1

101+s 转折频率0.1rad/s ； (2分，错1个扣1分) 该系统的近似对数幅频特性图为：

L )(ω (1分)

(转折频率、斜率、交点错1个扣1分，扣完为止，共7分) 17.（10分）（1）N=0，q=0，N=q/2，故系统稳定； (2分，N 、q 各1分)

（2）N=-1/2，q=1，N ≠q/2，故系统不稳定； (2分，N 、q 各1分)

（3）2=+N ，1=-N ，2

1q N N =

=--+，故系统稳定； (3分，N 、q 各1分) （4）1=+N ，2=-N ，21q N N ≠-=--+，故系统不稳定； (3分，N 、q 各1分)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9knq.html