1、全國 2002 年 10 月自學考試 機械工程控制基礎試卷一、單項選擇題 (在每小題的四個備選答案中選出一個正確答案，并將其號碼填在題干的括號內。每小題 共 30 分 )1.控制工程主要研究并解決的問題之A. 系統已定，B.系統已定，C.系統已定，D.系統不定，2.f(t) 如圖所示是輸入不確定，求系統的輸出 輸入已知，求系統的輸出 規定系統的輸入 輸入已知，求出系統的輸出(響應)(響應 )則 L f(t) 為 ()A.1-2t es2B.-2se-2ssC.1 -2sD.1 -tseess3.已知F(s)=1 ，則L-1F(s)為()s(s 1)4.已知F(s)=L f(t) ，若F(s)=

2、1=2,則 f(t)| t=?( )s 2s 11A.25.下列系統中為線性系統的微分模型為：B.11C.3(D.01.5 分，2d2x0(t)dx0(t) 2 dxi(t)A.160212( 0 )2 x0(t) dxi(t)dt2 dt dt2 d x 0(t)dx0(t)B.160212 024x0(t) xi (t)dt2 dt2d2x 0(t) 2dx0(t)C.16( 02 )2 12 0 dt2dt 24x0(t) xi (t)D.16 d2x02(t) etdt212 dxd0t(t ) 24ln(t) x0(t) xi(t) dt6.對于定?？刂葡到y來說， ( ) A.表達系

3、統的微分方程各項系數不隨時間改變 B.微分方程的各階微分項的冪為1C.不能用微分方程表示D.系統總是穩定的7.系統方框圖如圖所示，則系統的閉環傳遞函數為A. G(S)H(S)A. 1 G(S)H(S)C. 1+G(S) ·H(S)( )G(S) H(S) B.1 - G(S)G(S)D.1 G(S)H(S)8.二階系統的傳遞函數為(s 0.5)(s 4) ,則系統增益為 ( )A.10 B.0.59.若系統的單位脈沖響應為C.4 D.5e-2t+2e-t，則系統的傳遞函數為： ( )12A.s 2 s 110.某系統的傳遞函數為B. s2 2s 1 5C.s12e 2sD.s1A.極

4、點B.極點C.極點 D.極點系統的零極點為 ( (s 1)(s 2)s1=-1, s2=-2, 零點 s3=5s1=1, s2=2 s1=-1, s2=-2 s1=1, s2=2, 零點 s3=-511.下列信號中，哪個用來定義二階系統的瞬態響應指標 A.單位階躍12.系統如圖B.單位脈沖，其穩態誤差定義為 (C.單位斜坡)D.單位正弦A.e ss= lim SG(S)B.ess= lim te(t)sC.ess= lim e(t)tD.ess= lim e(t)t013.某系統傳函數為G(s)= k ，則轉角頻率為 s1A.14. 控制系統中 (A.系統型次越高，B.系統型次越高，C.系統階

5、次越高，D.系統階次越高，15.在設計控制系統時，穩定性判斷 ( ) A. 不必判斷B. 絕對必要)增益增益增益B.C.k/D.kK 越大，系統穩定誤差越大K 越大，系統穩定誤差越小K 越大，系統穩定誤差越小穩態誤差越大C.有時是必要的D.根據系統而定16.系統的正弦響應是指 ( )A.不論輸入為何種信號，輸出都為正弦時的情況B.對系統輸入一系列不同頻率正弦信號時，輸出的響應變化情況C.對系統輸入一個固定的頻率正弦信號時，輸出的響應變化情況D.對系統輸入一系列幅值不同的正弦信號時，輸出的響應變化情況17.勞斯判據應用于控制系統穩定性判斷時是針對 ( )A.閉環系統的傳遞函數C.閉環系統中的開環

6、傳遞函數的特征方程18.為了增加系統的穩定性裕量，可以 (A.減小系統的增益C.減小輸入信號B.開環系統的傳遞函數D.閉環系統的特征方程)B.增大系統的增益D.使用開環系統19.所謂校正 (又稱補償 )是指 ( A. 加入 PID 校正器 C.使系統穩定)B.在系統中增加新的環節或改變某些參數D.使用勞斯判據20.二階振蕩環節 G(s)= 2 n 2 的幅頻特性( s2 2 n s2nA. 越大，諧振峰越高C.n 越小，諧振峰越高、填空題 (每空 0.5分，共 10 分)B.越小，諧振峰越高D. n越大，諧振峰越高21. 閉環系統是指系統的 對系統有控制作用，或者說，系統中存在 的回路。22.

7、 設計控制系統基于以下幾個要求： 性、 性、 性和 性。23. 傳遞函數通過 與 之間信息的傳遞關系，來描述系統本身的動態特征。24. 系統在外加激勵作用下，其 隨 變化的函數關系稱為系統的時間響應。25. 頻率響應是系統對 輸入的 。26. 若系統傳遞函數 G（S）的所有 均在 S平面的 ，則系統稱為最小相位系統。27. 一個系統穩定的必要和充分條件是，其特征方程的所有的根都必須為 或 。也即穩定系統的全部根 Si 均應在復平面的 。28. PID 校正器是能夠實現 P， I 和 D控制作用的校正器。三、簡答題 （每小題 5 分，共 20分）29. （5 分 ）什么是反饋 （包括正反饋和負反

8、饋 ）?什么是閉環控制系統 ?30. （5 分）單位反饋系統的前向通道傳遞函數為Gk（s）=，a、 b、 c為大于 0 的常數。s（bs 1）（cs 1）（1）試寫出靜態誤差系數 Kp、Kv和 Ka。（2）當系統輸入為單位斜坡函數時，系統有無穩態誤差，若有為何值31. （5 分 ）簡述系統相對穩定性的概念 ?何為相位裕量 ?（畫圖說明 ）32. （5 分 ）串聯相位超前校正時瞬態響應作了何種改善?簡述原理。四、計算題 （共 40 分）33. （6 分 ）某系統方框圖如下，求使系統穩定的f 值范圍。34. （6 分）寫出圖示系統的傳遞函數，并寫出系統的n 和。35. （6 分 ）化簡下列方框圖，

9、并寫出傳遞函數。36. （6 分 ）某系統如圖（單位階躍輸入 ）1037.（8 分 ）設單位反饋系統的開環傳遞函數G(s)= (2s 1)(s 1)試求該系統的峰值時間、最大超調量試求閉環的 Mr, r 和 d1000( s 1)38.（8 分 ）已知系統開環傳遞函數為 G（s）=10 ss s( 1)( 1)2 100（1）試畫出傳遞函數對應的漸近線幅頻特性曲線；（2）試畫出相應的近似相頻特性曲線；（3）系統是否穩定，為什么 ?全國 2001年 10 月機械工程控制基礎試題課程代碼： 02240第一部分 選擇題、 單項選擇題（本大題共 30 小題，每小題 1 分，共 30 分）在每小題列出的

10、四個選項中只有一個選項是符合題 目要求的，請將正確選項前的字母填在題后的括號內。1. 開環系統與閉環系統最本質的區別是（ A ）A. 開環系統的輸出對系統無控制作用，閉環系統的輸出對系統有控制作用B. 開環系統的輸入對系統無控制作用，閉環系統的輸入對系統有控制作用C. 開環系統不一定有反饋回路，閉環系統有反饋回路 D.開環系統不一定有反饋回路，閉環系統也不一定有反饋回路2. 若f(t) 0, 0t<5，則 Lf(t) ( B )1, t 5A.esB.C.11 5sD. e3. 已知 f (t) 0.5t 1,其 Lf(t) ( C )2A.s 0.5s2B.0.5s2C.12s21D.

11、2s4. 下列函數既可用初值定理求其初始值又可用終值定理求其終值的為（A.5s2 25B.ss2 16C.1s2D.1s25. 若f(t) te 2t，則Lf(t) ( B )1A.s2B.1(s 2)2C.1s2D.1(s 2)26. 線性系統與非線性系統的根本區別在于（ C ）A. 線性系統微分方程的系數為常數，而非線性系統微分方程的系數為時變函數B. 線性系統只有一個外加輸入，而非線性系統有多個外加輸入C. 線性系統滿足迭加原理，非線性系統不滿足迭加原理D. 線性系統在實際系統中普遍存在，而非線性系統在實際中存在較少7. 系統方框圖如圖示，則該系統的開環傳遞函數為（10A.5s 120s

12、B.5s 110C.2s(5s 1)D.2s8. 二階系統的極點分別為s10.5 , s24 ，系統增益為5，則其傳遞函數為（A. 2(s 0.5)(s 4)B. 2(s 0.5 )( s 4)C.(s 0.5 )( s 4)10D.(s 0.5 )( s 4)59. 某系統的傳遞函數為 G(s) ，則該系統的單位脈沖響應函數為(s2A.5e 2tB.5tC.5e2t5 D.t10. 二階欠阻尼系統的上升時間 tr 定義為( CA.單位階躍響應達到穩態值所需的時間B.單位階躍響應從穩態值的 10%上升到 90%所需的時間C.單位階躍響應從零第一次上升到穩態值時所需的時間D.單位階躍響應達到其穩

13、態值的 50%所需的時間11. 系統類型A.系統型次B.系統型次C.系統型次D.系統型次A ) 系統穩態誤差越小 系統穩態誤差越小 系統穩態誤差越小 系統穩態誤差越小、開環增益 K 對系統穩態誤差的影響為( 越高，開環增益 越低，開環增益 越高，開環增益 越低，開環增益12. 一系統的傳遞函數為 G(s)K 越大， K 越大， K 越小， K 越小，KTs 1，則該系統時間響應的快速性(A.與 K 有關 C.與 T 有關B. 與 K 和 T 有關D. 與輸入信號大小有關13. 一閉環系統的開環傳遞函數為 G(s)8(s 3)，則該系統為(s(2s 3)(s 2)A. 0 型系統，開環增益為 8

14、B.I 型系統，開環增益為C. I型系統，開環增益為 4D.0 型系統，開環增益為14. 瞬態響應的性能指標是根據哪一種輸入信號作用下的瞬態響應定義的(A. 單位脈沖函數C.單位正弦函數B.單位階躍函數 D.單位斜坡函數15.二階系統的傳遞函數為 G(s) 2 2Ks 2s 1，當 K 增大時，其( CA.無阻尼自然頻率n 增大，阻尼比增大B.無阻尼自然頻率n 增大，阻尼比減小C.無阻尼自然頻率n 減小，阻尼比減小D.無阻尼自然頻率n 減小，阻尼比增大S平面左半平面S平面右半平面S平面右半平面16. 所謂最小相位系統是指( B )A. 系統傳遞函數的極點均在 S 平面左半平面B. 系統開環傳遞

15、函數的所有零點和極點均在C. 系統閉環傳遞函數的所有零點和極點均在D. 系統開環傳遞函數的所有零點和極點均在17. 一系統的傳遞函數為10G(s) 10 ，則其截止頻率 b 為( A ) s2A. 2rad/ sC.5 rad / sB.0.5rad / sD.10 rad / s18. 一系統的傳遞函數為KG(s) K ，則其相位角 ( ) 可表達為( B ) s(Ts 1)A. tg 1TB. 90 tg 1TC.90 tg 1TD.tg 1T19. 一系統的傳遞函數為2G(s) 2 ，當輸入 r(t) 2sin2t 時，則其穩態輸出的幅值為( A ) s2A. 2B. 2 /2C.2D.

16、420. 延時環節 e s( 0) ，其相頻特性和幅頻特性的變化規律是(D )A. ( ) 90 ,L( ) 0 dBB. ( ) , L( ) 1 dBC. ( ) 90 ,L( ) dBD. ( ) , L( ) 0 dB21. 一單位反饋系統的開環傳遞函數為G(s)Ks(s 1)(s 2)當 K 增大時，對系統性能能的影響是(A. 穩定性降低B.頻寬降低C.階躍輸入誤差增大D.階躍輸入誤差減小22. 一單位反饋系統的開環 Bode 圖已知，其幅頻特性在低頻段是一條斜率為20dB/ dec的漸近直線，且延長線與 0dB 線的交點頻率為 c 5 ，則當輸入為 r(t) 0.5t時，其穩態誤差

17、為(AA.0.1B.0.2C.0D.0.523. 利用乃奎斯特穩定性判據判斷系統的穩定性時，Z P N 中的 Z 表示意義為(D )A.開環傳遞函數零點在S左半平面的個數B.開環傳遞函數零點在S右半平面的個數C.閉環傳遞函數零點在S右半平面的個數D.閉環特征方程的根在S右半平面的個數24. 關于勞斯胡爾維茨穩定性判據和乃奎斯特穩定性判據，以下敘述中正確的是(B )A. 勞斯胡爾維茨判據屬代數判據，是用來判斷開環系統穩定性的B. 乃奎斯特判據屬幾何判據，是用來判斷閉環系統穩定性的C. 乃奎斯特判據是用來判斷開環系統穩定性的D. 以上敘述均不正確25.以下頻域性能指標中根據開環系統來定義的是( D

18、 )A.截止頻率 bB.諧振頻率 r與諧振峰值 M rC.頻帶寬度D. 相位裕量 與幅值裕量 kg26. 一單位反饋系統的開環傳遞函數為G(s)則該系統穩定的s(s K)K 值范圍為( AA.K>0B.K> 1C.0<K< 10D. K> 127. 對于開環頻率特性曲線與閉環系統性能之間的關系，以下敘述中不正確的有(A.開環頻率特性的低頻段表征了閉環系統的穩定性B. 中頻段表征了閉環系統的動態特性C. 高頻段表征了閉環系統的抗干擾能力 D.低頻段的增益應充分大，以保證穩態誤差的要求 28. 以下性能指標中不能反映系統響應速度的指標為( D )B.調整時間 tsA.

19、上升時間 t rC.幅值穿越頻率cD.相位穿越頻率gs129. 當系統采用串聯校正時，校正環節為Gc(s) s 1 ，則該校正環節對系統性能的影響是( c 2s 1A.增大開環幅值穿越頻率cB. 增大穩態誤差C. 減小穩態誤差D. 穩態誤差不變，響應速度降低As 130. 串聯校正環節 Gc(s)，關于 A與 B之間關系的正確描述為(A )c Bs 1A.若 Gc(s)為超前校正環節，則 A>B> 0B. 若 Gc(s)為滯后校正環節，則 A> B>0C. 若 Gc(s)為超前滯后校正環節，則 ABD. 若 Gc(s)為 PID 校正環節，則 A=0，B>0第二部

20、分 非選擇題、填空題(本大題共 5小題，每小題 2分，共 10 分)31. 傳遞函數的定義是對于線性定常系統,在 初始條件為零 的條件下， 系統輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換 之比。32. 瞬態響應是系統受到外加作用激勵后，從初始狀態狀態到最終狀態狀態的響應過程。33. 判別系統穩定性的出發點是系統特征方程的根必須為負實根或負實部的復數根，即系統的特征根必須全部在復平面的左半平面 是系統穩定的充要條件。34.034.I 型系統 G(s)Ks(s 2)在單位階躍輸入下，穩態誤差為0 ，在單位加速度輸入下，穩態誤差為 。35.頻率響應是系統對 正弦輸入的穩態響應，頻率特性包括幅頻和相頻 兩種特

21、性。 三、簡答題(共 16 分)36.二階系統的傳遞函數為1，s2 s 1試在左圖中標出系統的特征根在S平面上的位置，在右圖中標出單位階躍曲線。解：37. 時域動態性能指標有哪些？它們反映系統哪些方面的性能？解： td延遲時間tr上升時間tp峰值時間Mp 超調量 ts調節時間td、tr、tp、ts 反映系統的快速性 Mp 反映系統的相對穩定性。38. 簡述相位裕量 的定義、計算公式，并在極坐標上表示出來。解：定義：是開環頻率特性幅值為 1 時對負實軸的相位差值。即從原點到奈氏圖與單位圓交點的連線與負實 軸的夾角。計算公式：在極坐標下表示為39. 簡述串聯相位超前校正的特點。解： .相位超前校正

22、特點： 增加相位余量 ，提高穩定性 增加幅值穿越頻率c ，提高快速性 增加高頻增益（或高通濾波器） ，抗干擾能力下降。k 為彈四、計算題（本大題共 6 小題，共 44分）40. （7 分）機械系統如圖所示，其中，外力f（t） 為系統的輸入，位移 x（t） 為系統的輸出， m 為小車質量，簧的彈性系數， B 為阻尼器的阻尼系數，試求系統的傳遞函數（忽略小車與地面的摩擦）。解：系統的微分方程為拉氏變換得： （零初始條件）41.（7 分）已知系統結構如圖，試求傳遞函數C(s) 及 C(s)R(s) N(s)42.(7分)系統如圖所示， r(t) 1t 為單位階躍函數，試求：1. 系統的阻尼比和無阻尼

23、自然頻率 n14S(S 2) s(s 2 n)2. 動態性能指標：超調量 Mp 和調節時間 ts( 5)2 Mp e 1 100% 16.5%ess 2.25時， K的數值。8 分)如圖所示系統，試確定使系統穩定且在單位斜坡輸入下28 分)已知單位反饋系統的閉環傳遞函數 W(s) ，試求系統的相位裕量 和幅值裕量 kg2 3 2.D(s) s(s 3)2 K s3 6s2 9s K 0由勞斯判據：第一列系數大于零，則系統穩定得 0 K 549又有： ess 2.25ss K可得： K 44 K<547 分)已知開環最小相位系統的對數幅頻特性如圖所示。1. 寫出開環傳遞函數 G(s)的表達

24、式；G(s) K 100s( s 1)( s 1) s(s 0.01)(s 100)0.01 1002. 概略繪制系統的乃奈斯特圖。s3解：系統的開環傳遞函數為G(s)W(s)1 W (s)2s12|G( j c) |21，解得 c 3c2 12005 年 10 月全國自考機械工程控制基礎試卷2005 年 10 月自考機械工程控制基礎答案浙江省 2002 年 1 月機械工程控制基礎試題課程代碼： 02240一、單項選擇題 （ 在每小題的四個備選答案中，選出一個正確答案，并將正確答案的序號填 在題干的括號內。每小題 1分，共 30 分）1. 當系統的輸入和輸出已知時，求系統結構與參數的問題，稱為

25、（ B ）A. 最優控制C.系統校正2. 反饋控制系統是指系統中有 （A. 反饋回路C. 積分環節3.(1A )= s a ,(a為常數 )A.L e atC.（ta）L e 4.L2 2t te =(B )A.1(s 2)3C.2(s 2)3B. 系統辯識D.A )B.慣性環節D.PIDB. L eatD.L e (t+a)B.1a(s a)D.2 s3B )B.2D.tf(t)dt =(0C)a A.sa1B.a(s a)C.1s(s a)D.1a(s a)37.f(t)= 30t2，則 Lf(t) =(C )31 2sA.B. e 2sss3 2s3 2sC. e 2sD. e2sss8

26、.某系統的微分方程為5x0(t) 2x0(t) x0(t) xi(t),它是 ( Ct2)A. 線性系統C.非線性系統 9.某環節的傳遞函數為G(s)=e 2s，它是 ( BA. 比例環節B.線性定常系統D.非線性時變系統B.延時環節10.圖示系統的傳遞函數為 ( B1 A.RCs 1RCsB.RCs 1C. RCs+1D. RCs 1RCs11.二階系統的傳遞函數為 G(s)=24s2 s 100A. 10B. 5,其無阻尼固有頻率 n是 ( BC. 2.5D. 25K12.一階系統 1 KTs的單位脈沖響應曲線在 t=0 處的斜率為 (K A.TB. KTC. TK2D.KT213.某系統

27、的傳遞函數G(s)= TsK 1,則其單位階躍響應函數為 (K t/T B. eT14.圖示系統稱為 ( B )A. 0B. A. 1e Kt/TTt/TC. K(1 et/T)D. (1 eC. D. 15.延時環節 G(s)=e s 的相頻特性Kt/TKt/T)G(jA. B. C.°D. 16.對數幅頻特性的漸近線如圖所示，它對應的傳遞函數G(s)為 ( D )A. 1+Ts1 B.1 Ts12C.D. (1+Ts) 2Ts17.圖示對應的環節為( C )A. Ts1 B.1 TsC. 1+Ts1 D.Ts3218.設系統的特征方程為 D(s)=s3+14s2+40s+40 =

28、0，則此系統穩定的 值范圍為 ( BA. >0B. 0< <14C. >14D. <019.典型二階振蕩環節的峰值時間與 ( D A. 增益C.增益和阻尼比D.阻尼比和無阻尼固有頻率20.若系統的 Bode 圖在 =5 處出現 轉折 (如圖所示 )，這說明系統中有 ( DA. 5s+1)環節。2B. (5s+1)21D. 2 (0.2s 1)221.某系統的傳遞函數為 G(s)= (s 7)(s 2) (4s 1)(s 3)A. 零點 s= 0.25,s=3;極點 s= 7,s=2C. 零點 s= 7,s=2;極點 s= 1,s=33(s 2)C. 0.2s+1其

29、零、極點是 ( D )B.零點 s=7,s= 2;極點D.零點 s= 7,s=2;極點s=0.25,s=3s=0.25,s=322.一系統的開環傳遞函數為A. 0.4 ，23.已知系統的傳遞函數,則系統的開環增益和型次依次為 s(2s 3)(s 5)B. 0.4 ，G(s)= K e ts ，其幅頻特性1 TsC. 3，G(j )應為 (D. 3 ，A. K e1TB.Ke1TC. 1 KT2 2 eD.K1 T2 224.二階系統的阻尼比 ，等于 (C )A. 系統的粘性阻尼系數B.臨界阻尼系數與系統粘性阻尼系數之比C.系統粘性阻尼系數與臨界阻尼系數之比D.系統粘性阻尼系數的倒數25.設c為

30、幅值穿越 (交界)頻率， (c)為開環頻率特性幅值為 為 (C )A. 180 ° ( c)C. 180° +(c)B.D. 90 °26.單位反饋控制系統的開環傳遞函數為4G(s)= s(s4 5)1 時的相位角，則相位裕度(c)+ ( c)，則系統在 r(t)=2t 輸入作用下，其穩態誤差為 ( A )10A.4B.C.D. 027.二階系統的傳遞函數為G(s)= s2 2 ns n2 ,在 0<2 時，2其無阻尼固有頻率 n與諧振頻率 r 的關系為A. n< rB. n= r28.串聯相位滯后校正通常用于 ( B )C. n> rD. 兩者

31、無關A. 提高系統的快速性B. 減少系統的阻尼29.下列串聯校正裝置的傳遞函數中，能在頻率B.D. c=4 處提供最大相位超前角的是 （ D ）s1B.4s 14s 1C.10s 14s 1 A.s130.從某系統的 Bode 圖上，已知其剪切頻率 在基本保持原系統穩定性及頻帶寬的前提下， 是 （ B ）0.004s 10.4s 1A. B.0.04s 14s 1二、填空題 （每小題 2 分，共 10分）1. 系統的穩態誤差與系統開環傳遞函數的增益、01. s 10.625s 1C. D.0.625s 10.1s 1 c 40，則下列串聯校正裝置的傳遞函數中能 通過適當調整增益使穩態誤差減至最

32、小的4s 1 D.0.4s 12.一個單位反饋系統的前向傳遞函數為s3 5s2 4s，則該閉環系統的特征方程為環增益為3. 二階系統在階躍信號作用下，其調整時間ts 與阻尼比、 和有關。4. 極坐標圖 （Nyquist 圖 ）與對數坐標圖 （Bode 圖）之間對應關系為： 極坐標圖上的單位圓對應于 Bode 圖上的 ；極坐標圖上的負實軸對應于 Bode 圖上的5. 系統傳遞函數只與 有關，與 無關。三、簡答題 （共 16 分 ）1.（4 分 ）已知系統的傳遞函數為2 ，求系統的脈沖響應表達式。2s2 4s 32. （4 分 ）已知單位反饋系統的開環傳遞函數為K ，試問該系統為幾型系統 ?系統的單位 s（7s 1）階躍響應穩態值為多少 ?3. （4 分 ）已知二階欠阻尼系統的單位階躍響應如下，如果將阻尼比 文字和圖形定性說明其單位階躍響應的變化。增大 （但不超過 1），請用4. （4 分 ）已知各系統的零點 （o）、極點 （x）分布分別如圖所示， 請問各個系統是否有非主導極點， 若有請在圖上標出。