机械控制工程基础练习题考试题及其答案
1、简答题1、控制系统的基本要求。1) 、简述闭环控制系统的组成。测量元件,给定元件,比较元件,放大元件,执行元件,校正元件2) 、非最小相位系统有何特点,与最小相位系统的区别是什么?第二题 在复平面 【s】 右半平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数,反之,在【s】右半平面有极点和零点的传递函数称为非最小相位传递函数。具有最小相位传递函数的系统统称为最小相位系统,反之,具有非最小相位传递函数的系统称为最小相位系统3) 、简述系统串联滞后校正网络的校正原理。此滞后校正环节是一个低通滤波器,因为当频率高于1/T时,增益全部下降20lgb(db) ,而相位减小不多。如果把这段频率范围的增益提高到原来的增益直,当然低频段的增益就提高了。4) 、简述系统超前校正网络的校正原理在对数幅频特性曲线上有20db/dec段存在,故加大了系统的剪切频率 Wc、谐振频率Wr与截止频率Wb,其结果是加大了系统的带宽,加快了系统的响应速度;又由于相位超前,还可能加大相位裕度,结果是增加了系统相位稳定性。5) 、减小或消除系统稳态误差的措施主要有哪些?1:增大系统开环增益或扰动之前系统的前向通道增益2:在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节3:采用串级控制抑制内回路扰动。6) 、简要说明比例积分微分 PID 控制规律中 P、I 和 D 的作用(1)比例系数 Kp直接决定控制作用的强弱,加大 Kp可以减小系统的稳定误差,提高系统的动态响应速度,但Kp过大会使动态质量变坏,引起被控制量震荡甚至导致闭环系统不稳定(2)在比例的调节的基础上加上积分控制可以消除系统的稳态误差,因为只要存在偏差,它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差,直到积分的直为零,控制作用才停止(3)微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关。2.已知控制系统的结构图如下图所示,求: 4(2)sa s- -R(s) C(s)E(s)(1) 当不存在速度反馈 时, 试确定单位阶跃输入动态响应过程的)0(a, 和 。rts%(1)a=0 时, , ,所以42G24s0.5,2n, ,21rnt21pnt21%e(2)确定 时的速度反馈常数 值, 并确定 时系统的稳态误差0.7atr)(。se考虑内反馈时, 24241ssasa,所以0.7240.a28.7.84spGseK3.如图所示系统, ,123Gs1s2sRsENC(1)判断系统的稳定性;(2)求静态误差系数 , , ;pkva(3)当系统输入为 ,求系统的稳态误差;()30.21rttg(4)若系统的干扰为 ,求系统在输入和干扰共同作用下的稳n态误差。(1) 123265Gsss有劳斯表,可判定第一列均大于 0,所以系统稳定。(2)1202120limli0psvasKGs(3) .ssveK(4) 0032.1limli 0.16ssrnsns seEgg.2.ssrn4. 已知系统结构图如下图所示,化简系统结构图,求出系统的传递函数 C(s)/R(s)。R ( s )G1( s )G2( s )G3( s )G4( s )C ( s )5.化简系统结构框图,并求 和 。CsRsN1Gs2s3G1HRs Cs2Gs4Gs3Rs CsNs26、求下图所示系统的传递函数 。0iUsK0R12C0UsiUsK1R2C0UsiUs7、求下图力学模型的传递函数 。 为输入位移, 为输出位移。ixtoxt1f2f1K2ixox8、已知单位反馈的最小相位系统,其开环对数幅频特性如下图所示,试求(1)开环传递函数;(2)计算系统的相位裕度,并判断系统的稳定性;(3)若将其对数频率特性曲线向右平移十倍频程,试讨论对系统性能的影响。 (华南理工考试题)解:(1)设 ,由图可知,12KGsTs120,.5T20lg,0=kdbkQ传递函数为 1.51ss(2) (近似计算)2201. ccccg180189artn0artn.052.91ccGjooo o所以,系统稳定。(3)右移十倍频程,可得 ,10.5Gss 10,81809arctnrta0.52.91cc ccj ooo oQ相角裕度不变,截止频率扩大 10 倍,系统响应速度加快。9、设系统开环传递函数为: ,作出系统的开环幅频51KGss和相频特性曲线,并判断系统的稳定性。10、设电子心率起搏器系统如下图所示:(南航考试题) RsE0.51Kss期望心跳实际心跳电子起搏器 心脏其中,模拟心脏的传递函数相当于一纯积分器,试求:(1) 若 对于最佳响应,问起搏器的增益 K 为多大?0.5(2) 若期望心速为 60 次/min,并突然接通起搏器,问 1s 后实际心速为多大?瞬时最大心速为多大?(3) 10、 20,0.51kGsss(4) (1) ,2,,2nnK(5) (2) ,闭环极点,240ss1,203sj(6) 脉冲响应 1co3ithtetjt(7) 阶跃响应 1006t tde6.29/minc、(8) , p2t.18sn21%.5最大心率 次。601.569.11、系统方框图如下图所示。N ( s )cGsnGiXsE+_++1s2sHoX求:(1)输出对指令信号的传递函数 ;ois(2)输出对扰动信号的传递函数 ;XN(3)要消除扰动对系统的影响, 应如何选取。cGs、解:(1) 012iXsH(2) 21012nci ssNsg(3) ,可以消除扰动对系统的影响1ncG12、根据系统图,及所对应的阶跃响应曲线,确定系统质量 M、阻尼系数 C 和弹簧刚度 K 的数值。 (武汉科技考试题)MKCf = 3 0 0 Nxx1 . 0M p = 0 . 0 9 50 . 2t / s12、解: 2Xs1Fmcsk,21pMe0.95.6ts03licliC1,K30g,p2t.1n9.6n,求得:Kc,mngc18.3,m0.713、控制系统方块图如下图所示。 (中科院考试题)R ( s )K 10.25sY ( s )t(1) 确定是闭环系统稳定的参数 KKt 的取值范围;(2) 若要求:系统的最大超调量为 10%,调整时间为 1.5 秒(5%的误差带) ,试确定参数 K 和 Kt 的值。 13、解:(1)由结构图求闭环传递函数,应用劳斯判据 K Kt1(2)由超调量求 ,由调节时间求 ,对比传递函数标准型求得 K 及 Kt。n14、 (南航考试题)系统结构如图所示, ,()1)GsT定义误差 。()()etrct试求:(1)若希望(a )图中,系统所