机械工程控制基础历年自考真题

机械工程控制基础历年自考真题2012年10月高等教育自学考试全国统一命题考试机械工程控制基础试题（课程代码：02240考试时间：150分钟）一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将答题卡的相应代码涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。1.在零初始条件下，线性定常系统输出和输入量的拉氏变换之比称为系统的A.相频特性B.幅频特性C.稳态误差D.传递函数2.函数()0tteact≥+−的拉氏变换式为A.()2cs1as++B.2cssesa−+C.()2cs1sa++D.()2cs1sa+−3.二阶系统的性能指标：rt、pt、st，反映了系统的A.稳定性B.响应的快速性C.精度D.相对稳定性4.某单位负反馈控制系统的开环传递函数为：()3s2sG+=，在单位脉冲信号输入下，输出函数为A.5s2+B.3s2+C.3s2−D.5s2−5.下图示控制系统的闭环传递函数为5题图()sR+()sG1()sG2()sG3()sC+一A.()[]()()()sGsG1sGsG13121+−B.()[]()()()sGsG1sGsG13221++C.()[]()()()sGsG1sGsG13231++D.()[]()()()sGsG1sGsG13231+−6.在欠阻尼二阶控制系统中，反映其相对稳定性指标的是A.上升时间B.延迟时间C.峰值时间D.超调量7.某单位反馈控制系统的开环传递函数为()1s2s2sG2−+=，则系统为A.Ⅲ型系统B.Ⅱ型系统C.Ⅰ型系统D.0型系统8.已知系统的传递函数为()()s5.01ss10sG++=,则系统的幅频特性为A.()2225.0110Aω+ωω=ωB.()225.0110Aω−ωω=ωC.()22225.01100Aω−ωω+=ωD.()22225.01100Aω+ωω+=ω9.对最小相位系统而言，系统的相对稳定性是指相位裕度γ和幅值裕度Kg为A.γ大于0，而Kg可以小于0B.γ和Kg均小于0C.γ和Kg均大于0D.γ小于0，而Kg可以大于010.增加系统的开环增益，可提高系统的稳态精度和响应速度，但稳定性下降，为保证系统的响应速度，又能保证其他特性不变坏而用的校正方法是A.相位滞后校正B.相位超前-滞后校正C.相位超前校正D.相位滞后-超前校正二、填空题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)请将答案填写在答题卡的非选择题答题区。错填、不填均无分。11.当ω＝0时的A(ω)值，称为。12.稳态响应是指。13.研究系统动态特性的模型称为。14.偏差指的是。15.校正的实质是。16.()1s2sG+=表示的控制系统中，静态速度误差系数Kv为。17.当系统传递函数()()s8.0s20sG+=时，该系统为阶系统。18.某控制系统输出信号()1s49sX2+=，则对应的x(t)为。19.若系统传递函数的所有零、极点均在s平面的，该系统称作最小相位系统。20.从系统某一环节输出端取出信号，加到该环节前面某一环节的输入端，并与该处的其它信号，该方式称为反馈校正。三、简答题(本大题共5小题，每小题6分，共30分)21.传递函数的零点、极点指的是什么？22.峰值时间指的是哪个时间？23.控制系统中对高阶系统的动态分析常用的方法是什么？为什么？24.频率特性指的是什么？25.何谓一阶系统？典型一阶系统单位阶跃响应中的时间常数T有何实际意义？四、分析计算题(本大题共3题，第26小题10分，第27、28小题各15分，共40分)26.分析下图，求所示系统的微分方程。27.系统的闭环传递函数为：()800s200s88s14s2s20s17s12s3sF234523+++++−++=试评价其稳定性，如果不稳定，求出在s平面的右半面的极点数目。28.设单位反馈系统的开环传递函数为()()()1s1.01ssKsG++=，试确定：（1）使系统的幅值裕度Kg＝20dB的K值；（2）使系统的相位裕度γ＝＋60º的K值。参考答案及解析一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.【D】]此题考查传递函数的定义，知识点在课本71页。传递函数的定义：对单输入-单输出线性定常系统，在初始条件为零的条件下，系统输出量与输入量的拉氏变换之比，称为系统的传递函数。2.【C】此题考查函数的拉氏变换式，知识点在课本44-45页，可以参照表2-1中序号2和5两项，另外此题中ctte−的拉氏变换可以根据复数域的位移定理推导出来。3.【B】此题考查对二阶系统性能指标的理解，知识点在课本115页：rt、pt、st反映了系统的快速性。4.【A】此题考查动态系统的构成中反馈联接中的负反馈，知识点在课本82页，某单位负反馈控制系统，暗含着()1sH=，负反馈对应的闭环传递函数()()()()()()sHsG1sGsXsYs+==Φ，开环传递函数已知，闭环传递函数带入公示求出，此题问的是在单位脉冲信号输入下的输出函数，()1sX=，()()5s213s213s2ssY+=×+++=Φ=5.【B】此题考查动态系统的构成中，环节的连接()sG1和下边的()1sH=构成并联，等效传递函数为()1sG1+，()sG2和()sG3构成反馈联接，等效传递函数为()()()sGsG1sG322+，等效后的两个环节构成串联，环节传递函数相乘，所以框图的传递函数为()[]()()()sGsG1sGsG13221++。6.【B】此题考查欠阻尼二阶控制系统的性能指标，知识点在课本115页，pM表征了系统的相对稳定性。()sR+()sG1()sG2()sG3()sC+一()sR()1sG1+()()()sGsG1sG322+()sC()sR()()()()()sGsG1sGsG13221++()sC7.【D】此题考查系统的分类，知识点在课本124页，按开环传递函数中拥有积分环节的个数进行分类，无积分环节为0型系统，1个积分环节为I型系统，此题中单位反馈控制系统的开环传递函数为()1s2s2sG2−+=，无积分环节，则系统为0型系统。8.【D】此题考查系统的幅频特性，知识点在课本133-134页，已知系统的传递函数为()()s5.01ss10sG++=,则系统的幅频特性为()22225.01100Aω+ωω+=ω。9.【C】此题考查相位裕度γ和幅值裕度Kg，知识点在课本191页，对最小相位系统而言，°γ0时，系统稳定；°≤γ0时，系统不稳定。0kg，系统是稳定的；0kg≤时，系统是不稳定的，故而系统要稳定，需要γ和Kg均大于0。10.【C】此题考查系统校正，知识点在课本205页相位超前校正概念。二、填空题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)11.答案：零频幅值。此题考查频率特性。当ω＝0时的A(ω)值，称为零频幅值。12.答案：当t趋于无穷大时系统的输出。此题考查稳态响应的定义，知识点在课本102页。13.答案：数学模型。此题考查数学模型的概念，知识点在课本61页。为研究系统的动态特性，要建立另外一种模型-数学模型。14.答案：输入与反馈值之差。此题考查偏差的概念。偏差指的输入与反馈值之差。15.答案：改变系统的零极点分布。此题考查校正的实质，知识点在课本201页，校正的实质就是通过引入校正环节，改变整个系统的零点和极点分布。16.答案：零。此题考查误差系数，知识点在课本125页。()()01ss2limsHssGlimk0s0sv=+==→→17.答案：二。此题考查系统阶次的概念，知识点在课本107-108页。二阶系统是用二阶微分方程描述的系统。2nn22ns2sω+ζω+ω为典型二阶系统的传递函数。此题系统传递函数()()s8.0s20s8.0s20sG2+=+=，此系统最高阶次为2，所以是二阶系统。18.答案：t21sin29。此题考查系统拉氏反变换，知识点在课本45，50-51页。某控制系统输出信号()1s49sX2+=，则对应的()()[]t21sin2921s2129L1s49LsXLtx221211=+=+==−−−。19.答案：左半平面。此题考查最小相位系统，知识点在课本158页。若系统的开环传递函数的所有零点和极点均在s平面的左半平面时，则该系统称为最小相位系统。20.答案：叠加。此题考查反馈校正的概念，知识点在课本217页。所谓反馈校正，是从系统某一环节的输出中取出信号，经过校正网络加到该环节前面某一环节的输入端，并与那里的输入信号叠加，从而改变信号的变化规律，实现对系统进行校正的目的。三、简答题(本大题共5小题，每小题6分，共30分)21.答案：使传递函数为零的S值，称为零点。使传递函数趋于无穷大的S值，称为极点。此题考查传递函数的零点、极点，知识点在课本72页。22.答案：响应曲线到达超调量第一个峰值所需要的时间。此题考查峰值时间，知识点在课本114页。23.答案：三阶或三阶以上的系统称为高阶系统；对高阶系统在一定条件下简化为有一对闭环主导点的二阶系统进行分析研究；因主导极点对系统起主导作用，而其它极点对系统的影响较小，故在近似分析中可忽略不计。此题考查高阶系统的动态分析方法，知识点在课本111-112页。24.答案：指线性系统或环节在正弦函数作用下，稳态输出与输入之比对频率的关系特性。此题考查频率特性的概念，知识点在课本133页。25.答案：能用一阶微分方程描述的系统称为一阶系统；T表征了系统过渡的品质，其值愈小，则系统的响应愈快。此题考查一阶系统的概念及一阶系统中T的意义，知识点在课本105、107页。四、分析计算题(本大题共3题，第26小题10分，第27、28小题各15分，共40分)26.分析下图，求所示系统的微分方程。此题考查数学模型-微分方程的建立。()tx1解：分别对质量m和()tx1利用牛顿第二定律得：()()()()()txmtxtxktf12=−−()()()()0txtxktxk1211=−−−整理得：()()()tftxkkkktxm2121=++27.系统的闭环传递函数为：()800s200s88s14s2s20s17s12s3sF234523+++++−++=试评价其稳定性，如果不稳定，求出在s平面的右半面的极点数目。此题考查劳斯判据。解：特征方程为：S5+2S4+14S3+88S2+200S+800=0各项系数均为正，列出劳斯数列S5114200S4288800S3-30-200S274.7800S1121S0800劳斯表中第一列元素符号改变2次，说明系统不稳定，不稳定根的数目为2个。28.设单位反馈系统的开环传递函数为()()()1s1.01ssKsG++=，试确定：（1）使系统的幅值裕度Kg＝20dB的K值；（2）使系统的相位裕度γ＝＋60º的K值。此题考查幅值裕度和相位裕度。解：（1）使系统的幅值裕度Kg=20dB的K值；由给定的条件20Lg）丨丨jω(1G=20即丨G(jω)丨=0.1又ω=ωg时，()°−=ωφ180则()°−=ω−ω−°−=ωφ−−180tan1.0tan90g1g1gg=3.16rad/S丨G(jωg)丨=1.01)ω(1)ω(0.1ωK2g2gg=++得K≈1.05(2)使系统的相应裕度γ=+600的K值。由给定条件()°=ω−ω−°−°=ωφ+°=γ−−60tan1.0tan90180180c1c1cωc=0.5rad/sω将ωc=0.5rad/s代入幅频特性，并令其等于1，即11)ω(1)ω(0.1ωK2c2cc=++得K≈0.56A119绝密启用前2013年10月高等教育自学考试全国统一命题考试机械工程控制基础试题（课程代码：02240考试时间：150分钟）注意事项：答案必须写在答题卡规定的区域内，未按要求作答的答案无效。一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将答题卡的相应代码涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。1.在题1图中电网络的传递函数是A.1RCRC+B