803-机械控制工程基础2012-答案

第1页（共9页）河南科技大学2012年硕士研究生入学考试试题答案及评分标准考试科目代码：803考试科目名称：机械控制工程基础一、单项选择题（在每小题的四个被选答案中，选出一个正确的答案，并将其答案按顺序写在答题纸上，每小题2分，共40分）1．闭环控制系统中（C）A.依输入信号的大小而存在反馈作用B.不一定存在反馈作用C.必然存在反馈作用D.一定不存在反馈作用2．对一个自动控制系统，最重要的要求是（A）A．稳定性B．快速性C．准确性D．抗干扰能力3．已知231()(22)sFssss，其原函数的终值()tft（B）A．0B．无穷大C．0.5D．0.54．一个系统的稳定性（C）A．和时间相关B．与外界输入有关C．与系统参数、结构有关D．与系统的初始状态有关5．某线性系统，输入匀速变化信号时，存在稳态误差，差值的大小和输入信号的变化速度有关。则此系统是（A）A．0型系统B．1型系统C．2型系统D.无法判断6．一般情况下，提高系统的开环增益可以改善（B）A．相对稳定性B．快速性C．可靠性D．抗干扰能力7．已知3()2tftte，其像函数()Fs为（D）A．23(2)sB．23(2)sC．22(3)sD．22(3)s8．已知某系统的频率特性，不可以（C）A．分析稳定性B．计算系统时间响应C．明确系统物理结构D．计算系统频率响应第2页（共9页）9．某系统的传递函数为1()(2)(3)sGssss，其零、极点是（D）A．零点0,2,3-；极点1B．零点0,2,3-；极点1C．零点1；极点0,2,3-D．零点1；极点0,2,3-10．某一阶系统，其单位阶跃响应如图1，则时间常数最可能是（A）A．2B．4C．6D．802468101200.10.20.30.40.50.60.70.80.91(seconds)幅值t(s)图111．减小二阶系统阻尼比可以（D）A．提高响应速度，提高相对稳定性B．减慢响应速度，降低相对稳定性C．减慢响应速度，提高相对稳定性D．提高响应速度，降低相对稳定性12．某系统的单位阶跃响应如图2，则超调量和调整时间分别为（C）A．120%、8sB．1.2、3.5sC．20%、8sD．0.1、3.5s02468101200.10.20.30.40.50.6(seconds)幅值t(s)图213．某单位负反馈系统的单位阶跃响应如图2，则稳态误差为（B）A．0B．0.5C．1D．无穷大第3页（共9页）14．若闭环系统特征方程的（C），则系统稳定A．极点全部位于复平面左半边B．极点全部位于复平面右半边C．零点全部位于复平面左半边D．零点全部位于复平面右半边15．若一个闭环负反馈控制系统中出现延时环节，则系统稳定性（B）A．系统稳定性一定会改善B．系统稳定性一定会恶化C．改善或是恶化取决于延时时间长短D．改善或是恶化取决于延时环节的具体位置16．系统的开环对数坐标图（Bode图）与极坐标图（Nyquist图）之间的对应关系为（B）A．Bode图上的零分贝线对应于Nyquist图上的(1,0)j点B．Bode图上的180线对应于Nyquist图的负实轴C．Bode图上的负分贝值对应于Nyquist图负实轴上(,1)区间D．Bode图上的正分贝值对应于Nyquist图正实轴17．若某系统闭环传递函数的零点和极点（D），则此系统是最小相位系统A．极点是负数B．零点是负数C．都是正数D．都是负数18．若某系统闭环Bode图如图3所示，当输入为sin2.5t时，稳态输出最有可能是（B）A．20sin(2.5210)tB．0.1sin(2.5210)tC．20sin(2.5210)tD．0.1sin(2.5210)tBodeDiagramFrequency(rad/s)10-1100101-240-210-180-150-120Phase(deg)-80-60-40-20020Magnitude(dB)第4页（共9页）图319．若某系统开环Bode图如图3所示，则幅值裕量和相位裕量大约为（D）A．-10dB，-150degB．10dB，-150degC．-10dB，30degD．10dB，30deg20．若某系统开环Bode图如图3所示，则频率在1rad/s附近区域最能够反映（B）A．系统的低频增益B．系统的瞬态特性C．系统的稳态误差D．系统的抗高频干扰能力二、（10分）某系统微分方程为()3()2()()ytytytxt初始条件为(0)1y，(0)2y。试求当()21()xtt时的响应()yt。解：方程两边进行拉氏变换，得到2()(0)(0)3()3(0)2()()sYssyysYsyYsXs（4分）222()(0)(0)3(0)11/213/2()32(32)12XssyyyssYsssssssss（3分）对上式进行反拉氏变换得到213()22ttytee（3分）三、（12分）对图4所示系统方块图进行简化。1HRY2H3G1G2G图4解：1HRY2H1G23GG（4分）第5页（共9页）1HRY1121GGH23GG（4分）RY123121231()1()GGGGHGGGH（4分）四、（18分）某控制系统结构如图5所示，25K，16K。1.不考虑()dt，写出()/()YsRs，并求阻尼比、无阻尼自然振荡频率。（8分）2.当()()1()rtdtt时，求系统的稳态误差()et。（10分）+()Ds++K21s()Rs()Ys()Es1Ks图5解：第1问：21()()YsKRssKsK（4分）5nK（2分）10.62nK（2分）第2问：2122111()()()sKsEsRsDssKsKsKsK（4分）第6页（共9页）212200111lim()lim()sssssKsesRssDssKsKsKsK（2分）21220011111limlim1sssssKsesssKsKssKsKsK（4分）五、（12分）如图6所示的机械系统，B为阻尼系数，1k、2k为弹簧系数，m为质量，()ft为输入力，()xt为输出位移；1.建立该系统的运动微分方程.（6分）2.求该系统的传递函数.（6分）mBx(t)f(t)2k1k图6解：系统运动方程为12()()()()()mxtftkxtkxtBxt（4分）12()()()()()mxtBxtkkxtft（2分）两边进行0初值拉氏变换，得到212()()()()()msXsBsXskkXsFs（4分）系统传递函数：212()1()XsFsmsBskk（2分）六、（20分）某水箱液位控制系统如图7所示，试回答1.系统的输入量、输出量、扰动量、检测环节、控制器是什么？2.如果系统液位当前处于稳定状态，但是由于某种原因突然导致液位下降，请描述系统对液位的控制过程。第7页（共9页）hQQ1Q2控制阀MKuaiR浮子电位器减速器放大器给定u1u2+V-V图7解：第1问输入量：u1、输出量：h、扰动量：Q2、检测环节：浮子、控制器：放大器（10分）第2问：液位下降，浮子下降，u2上升为正电压，差值增加，电机正转，阀门开大，Q1增加，液位上升（10分）七、（12分）已知某闭环控制系统如图8所示，试判断系统稳定时的K取值范围。+1Ks1(2)(3)sss()Rs()Ys图8解：闭环特征方程4321101(2)(3)(1)(2)(3)061160KssssssssKssssK（5分）列罗斯阵43210111661060610KssKsKssK（5分）第8页（共9页）6060,010010KKK（2分）八、（12分）某最小相位系统的开环对数幅频特性如图9所示。（1）试估计系统的开环传递函数；（8分）（2）在答题纸上按照图9所给比例，补充相频特性图（不要求精确）。（4分）10-210-1100101-60-40-200204060Magnitude(dB)BodeDiagramFrequency(rad/s)图9解：系统的开环传递函数10()=0.111Gssss（8分）开环相频特性（4分）10-210-1100101-270-225-180-135-90Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/s)第9页（共9页）九、（14分）已知系统的开环传递函数2105()=1sGsss，试利用Nyquist判据判断系统稳定性。解：当s沿虚轴从负无穷向正无穷运动，并绕过原点，然后以无穷大半圆包围右半平面时，G（s）运动轨迹如图,（8分）ImReG(s)平面001022PNZPN，，。系统不稳定==-=-=（6分）