机械工程控制基础第1阶段测试题

江南大学现代远程教育 第一阶段测试卷

考试科目:《机械工程控制基础》（第一章、第二章）（总分100分） 时间：90分钟

学习中心（教学点） 批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分：

一、单项选择题（本题共15小题，每小题2分，共30分。）

3?(t)?xo(t)?xo(t)?xi(t)x1、某系统的微分方程为 o则它是（ ）。

A、线性定常系统 B、线性系统 C、非线性系统 D、非线性时变系统 2、开环系统的控制信号取决于（ ）。

A、系统的实际输出 B、系统的实际输出与理想输出之差 C、输入与输出之差 D、输入 3、机械工程控制论的研究对象是（ ）。

A、机床主传动系统的控制论问题 B、高精度加工机床的控制论问题 C、自动控制机床的控制论问题 D、机械工程领域中的控制论问题 4、对于控制系统，反馈一定存在与于（ ）。

A、开环系统 B、线性定常系统 C、闭环系统 D、线性时变系统 5、闭环系统的特点是系统中存在（ ）。

A、执行环节 B、运算放大环节 C、反馈环节 D、比例环节 6、开环控制系统的特点是（ ）。

A、不能实行计算机控制 B、存在信息反馈 C、容易引起不稳定 D、结构简单，成本低 7、线性定常系统的微分方程为

??(t)?2xo?(t)?3xo(t)?4xi(t)xo则该系统极点为（ ）。

A、s1??1?j2;s2??1?j2; B、s1?C、

2?j;s2?2?j;

s1?2?j;s2?2?j;s3?0 D、以上都对

8、系统数学模型是指（ ）的数学表达式。

A、输入信号 B、输出信号

C、系统的动态特性 D、系统的特征方程 9、系统传递函数为 G(s)=2 / (2s+3s+1)，则系统放大系数为（ ）。 A、0.5 B、1 C、2 D、无法确定 10、下图所属环节为（ ）。

2

A、微分环节 B、积分环节 C、导前环节 D、惯性环节 11、以下传递函数属于振荡环节的是（ ）。

A、G(s)=(2s+1) / (s+3s+2) B、G(s)=1 / (s+3s+2) C、G(s)=1 / (s+s+1) D、G(s)=(2s+1) / (s+s+1) 12、以下关于信息的说法正确的是（ ）。

A、不确定性越小的事件信息量越大 B、不确定性越大的事件信息量越大 C、越大的事件信息量越大 D、越小的事件信息量越大 13、某传递函数 G(s)=K1+K2(1/s)+K3s，则它是由（ ）组成的。 A、比例环节 B、微分环节 C、惯性环节 D、PID环节 14、以下关于系统数学模型说法正确的是（ ）。 A、只有线性系统才能用数学模型表示 B、所有系统都可用精确的数学模型表示 C、建立系统数学模型只能用分析法

D、同一系统可以用不同形式的数学模型进行表示 15、在下列系统或过程中不存在反馈的有（ ）。 A、抽水马桶 B、电饭煲 C、并联的电灯 D、教学过程

2

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2

2

二、填空题（本题共6小题，每空1分，共10分）

1、自动控制系统按元件的静态特性分类，可分为：_____________和_____________。

2、 、 和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。

3、线性系统符合叠加原理,线性系统初始条件为零时,几个输入信号同时作用在系统上所产生的输出信号等于 的和。 4、用时域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是________。

5、当二阶系统的特征方程的两根为_____________________________时,系统称为临界阻尼系统；两根为_____________________________时，系统称为欠阻尼二阶系统；两根为_____________________________时，系统称为过阻尼二阶系统。 6、一阶系统1 /(Ts+1)的单位阶跃响应为 。

三、简答题(本题共2小题，每小题5分，共10分)

1、控制系统中常用的典型信号有哪些？

2、定值控制系统、伺服系统和程序控制系统各有什么特点？

四、计算题（本题共4小题，每小题10分，共40分）

1、下图所示系统中，m1、m2是质量，k为弹簧的弹性系数，摩擦力为零，f（t）为外力，x1（t）、x2（t）位移。求系统的微分方程、动态框图和传递函数 X2（s）/F（s）。

2、若某线性定常系统在单位阶跃输入作用下，其输出为y(t)?1?e?2t?2e?t。试求系统的传递函数。

3、系统如图所示，求C（s）/R（s）。

4、求下图所示机械系统的微分方程。图中M为输入转矩，Cm为圆周阻尼，J为转动惯量。

五、应用题（本题共1小题，每小题10分，共10分）

下图为恒温箱的温度自动控制系统，当恒温箱温度变化时，试述系统的调节过程，画出系统的原理方框图，指出系统属于哪一种类型？

电压放大器ΔU＝Ur-Uf热电偶电阻丝功率放大器电机减速器调压器～220

附：参考答案：

一、单项选择题（本题共15小题，每小题2分，共30分）

1、C 2、D 3、D 4、C 5、C 6、D 7、A 8、C 9、B 10、D 11、C 12、B 13、D 14、D 15、C

二、填空题（本题共6小题，每空1分，共10分）

1、线性控制系统 非线性控制系统 2、稳定性 快速性

3、各输入信号单独作用时所产生的输出信号 4、单位阶跃信号

5、两相等的负实数根 两共轭复数根 两不相等的负实数根

y(t)?1-e－t/T6、

三、简答题(本题共2小题，每小题5分，共10分)

1、答：单位阶跃函数、单位斜坡（速度）函数、单位加速度（抛物线）函数、单位脉冲函数和正弦函数。

2、答：定值控制系统的输入量是恒值，不变。伺服系统的输入量是变化的，却变化规律是未知的。程序控制系统的输入量是变化的，变化规律是已知的。各种系统都要求被控量与输入量一致，误差在允许范围内。

四、计算题（本题共4小题，每小题10分，共40分）

1、解：微分方程是??1x?f(t)?k(x2?x1)?m1? ??k(x?x)?mx1222?X2(s)?取拉普拉斯变换,得

k[X1(s)?X2(s)]m2s2F(s)?k[X2(s)?X1(s)]X1(s)?m1s2

化简框图时可按虚线移动分支点。也可用梅森公式，一条前向通路，2个回路。

X2(s)k ?2F(s)s(m1m2s2?km1?km2)

2、解：由传递函数的定义有

?

3、解：由图可得

1s112 Y(s)???ss?2s?12s2?6s?2Y(s)/Xi(s)?2s?3s?2Xi(s)?

G3G4G3G4G2G3G41?G3G4H1?G3G4H21?G3G4H1?G2G3H21?G3G4H11?G2??1?G3G4H1G4G2G3G4G1?C(s)G1G2G3G41?G3G4H1?G2G3H2??G2G3G4R(s)1?G3G4H1?G2G3H2?G1G2G3G4H31?G1??H31?G3G4H1?G2G3H2G2?4、解：设系统输入为M(即M(t))，输出为θ(即θ(t))，分别对圆盘和质块进行动力学分析，

???C???M?J?m?Rk(R??x)列写动力学方程如下：?

??cx?k(R??x)?m?x?消除中间变量x，即可得到系统动力学方程

????(R2km?Cc?kJ)????k(cR2?C)???mM???cM??kM mJ?(4)?(mCm?cJ)?mm

五、应用题（本题共1小题，每小题10分，共10分）

解：当恒温箱温度低于（高于）设定温度值时，则有UfUr），差值ΔU>0(ΔU<0)，经过电压放大器和功率放大器的信号放大后，驱动直流电机M正转（反转），经减速器后，驱动调压器的输出电压升高（降低），从而驱使电加热丝的发热量提高（降低）。当恒温箱温度和设定值温度相等时，调节运动停止。该系统是定值控制系统。

设定温度值ΔU电压、功率放大器控制电机减速器热电偶调压器恒温箱

G3G4G3G4G2G3G41?G3G4H1?G3G4H21?G3G4H1?G2G3H21?G3G4H11?G2??1?G3G4H1G4G2G3G4G1?C(s)G1G2G3G41?G3G4H1?G2G3H2??G2G3G4R(s)1?G3G4H1?G2G3H2?G1G2G3G4H31?G1??H31?G3G4H1?G2G3H2G2?4、解：设系统输入为M(即M(t))，输出为θ(即θ(t))，分别对圆盘和质块进行动力学分析，

???C???M?J?m?Rk(R??x)列写动力学方程如下：?

??cx?k(R??x)?m?x?消除中间变量x，即可得到系统动力学方程

????(R2km?Cc?kJ)????k(cR2?C)???mM???cM??kM mJ?(4)?(mCm?cJ)?mm

五、应用题（本题共1小题，每小题10分，共10分）

解：当恒温箱温度低于（高于）设定温度值时，则有UfUr），差值ΔU>0(ΔU<0)，经过电压放大器和功率放大器的信号放大后，驱动直流电机M正转（反转），经减速器后，驱动调压器的输出电压升高（降低），从而驱使电加热丝的发热量提高（降低）。当恒温箱温度和设定值温度相等时，调节运动停止。该系统是定值控制系统。

设定温度值ΔU电压、功率放大器控制电机减速器热电偶调压器恒温箱

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