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 中考模拟试题doc幼小衔接 数学试题 下载云南高中历年会考数学试题下载N4真题下载党史题库下载 （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.1RCR+C.1RCss+D.1RCs1+题1图2.负反馈是指反馈回去的信号与原系统的输入信号相位差A.180°B.30°C.90°D.60°3.下列系统中，最小相位系统是A.()()s1.01s1sG−=B.()s01.011sG−=C.()s01.011sG+=D.()1s01.01sG−=4.一个线性系统稳定与否取决于A.系统的干扰B.系统的结构和参数C.系统的输入D.系统的初始状态5.某环节传递函数为s1，则该环节为A.比例环节B.微分环节C.积分环节D.惯性环节6.PID校正器不包括以下哪个环节？A.惯性B.比例C.微分D.积分7.在系统分析中，一般习惯把几阶及其以上系统称为高级系统？A.三阶B.四阶C.五阶D.六阶8.欠阻尼系统的上升时间是A.单位阶跃响应曲线第一次达到稳态值的98%的时间B.单位阶跃响应曲线达到稳态值的时间RC()sUi()sU0C.单位阶跃响应曲线第一次达到稳态值的时间D.单位阶跃响应曲线达到稳态值的98%的时间9.系统幅值裕量Kg的定义是A.开环奈奎斯特图上，奈奎斯特图与负实轴交点处幅值B.开环奈奎斯特图上，奈奎斯特图与正实轴交点处幅值C.开环奈奎斯特图上，奈奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数D.开环奈奎斯特图上，奈奎斯特图与正实轴交点处幅值的倒数10.如果系统开环传递函数的增益变小，系统的快递性A.不变B.变好C.变差D.不定二、填空题（本大题共10小题，每空1分，共20分）请将答案填写在答题卡的非选择题的答题区。错填、不填均无分。11.传递函数的定义是对于系统，在为零的条件下，系统的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。12.系统中各环节之间的联系归纳起来有串联、并联和。13.判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根都须为负实或，即系统的特征根都须全部在复平面的是系统稳定的充要条件。14.某系统传递函数为2s1，在输入()t3sin2tr=作用下，稳态输出响应的幅值为。15.奈奎斯特图上以原点为圆心的单位圆对应于伯德图上的线。16.响应是系统对正弦输入的稳态响应，频率特性包括幅频和两种特性。17.控制系统的基本要求主要有：、、。18.延迟时间dt规定为响应c（t）第一次达到其稳态值的所需的时间。19.并联校正按校正环节的并联方式分为校正、校正和前馈校正。20.若按控制系统的微分方程进行分类，则可分为系统和系统。若根据微分方程的系数是否随时间变化，有可分为定常系统和系统。三、简答题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）21.典型二阶系统的传递函数是什么？解释其中的参量。22.系统稳态误差的定义是什么？其影响因素有哪些？23.简述串联相位超前校正、相位滞后校正的优缺点是什么？四、计算题（本大题共2小题，每小题15分，共30分）24.当系统处于静止平衡状态时，施加输入信号()t1tr+=，测得响应()9.0e9.0ttct10+−=−，试求系统传递函数。25.如题25图所示单位反馈系统，试根据劳斯判据确定使系统稳定的K值范围。题25图Xi(S)一s1s1()()1s5sK++()sX0参考答案及解析一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.【C】此题考查数学模型之传递函数，知识点在课本91、105页：91页表3-3第1项即是，RC电路也是一阶系统的典型，105页上有其传递函数式4-9。2.【A】此题考查负反馈，知识点在课本32页。如果反馈回去的信号（或作用）与原系统的输入信号（或作用）的方向相反（或相位相差180°），则称为“负反馈”。3.【C】此题考查最小相位系统的灵活应用，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。A、B和D项的极点均在s平面的右半平面，不是最小相位系统。4.【B】此题考查线性系统稳定的决定因素，知识点在课本124、171页。此题也可以采用排除法，A、C和D项都不是决定性因素，均可排除。5.【C】此题考查典型环节的传递函数，知识点在课本73页。Ts1为积分环节的传递函数，此处T=1。6.【A】此题考查PID校正器，知识点在课本222页。比例环节P，积分环节I，微分环节D。7.【A】此题考查高阶系统的概念，知识点在课本111页。三阶或三阶以上的系统称为高阶系统。8.【C】此题考查欠阻尼系统的性能指标-上升时间，知识点在课本114页。单位阶跃响应()tc第一次从稳态值的10%上升到90%（通常用于过阻尼系统），或从0上升到100%所需的时间（通常用于欠阻尼系统），称为上升时间。9.【C】此题考查幅值裕量Kg的定义，知识点在课本191页。在开环奈奎斯特图上，奈奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数称为幅值裕量。10.【C】此题考查开环传递函数的增益对系统的快速性的影响，如果系统开环传递函数的增益变小，系统的快速性变差。二、填空题（本大题共10小题，每空1分，共20分）11.答案：单输入-单输出线性定常，初始条件，输出量。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。12.答案：反馈联接。此题考查系统中各环节之间的联系，知识点在课本80-81页。系统中各环节之间的联系归纳起来有串联、并联和反馈联接。13.答案：具有负实部的复数，左半平面。此题考查判别系统稳定性的出发点和统稳定的充要条件，知识点在课本173页。一个系统稳定的必要和充分条件是其特征方程的所有的根都必须为负实数或为具有负实部的复数。也就是稳定系统的全部特征根is均应在复平面的左半平面。14.答案：92。此题考查频率特性，知识点在课本134页。式（5-7）中()ω=jGAB为输出正弦信号的幅值。在此题中系统传递函数为2s1，在输入()t3sin2tr=作用下，稳态输出响应的幅值为()()()923j12j12jGAB22==ω=ω=。15.答案：0dB。此题考查频率特性的几何表示，知识点在课本140页。奈奎斯特图上以原点为圆心的单位圆，其()1jG=ω，对应于伯德图上()()dB01lg20jGlg20L==ω=ω线。16.答案：频率，相频。此题考查频率响应，知识点在课本133-134页。频率响应是系统对正弦输入的稳态响应，系统的幅频特性和相频特性，总称为系统的频率特性。17.答案：稳定性、快速性、准确性。此题考查对控制系统的基本要求，知识点在课本34页。对控制系统的基本要求（即控制系统所需的基本性能）一般可归纳为稳定性、快速性、准确性。18.答案：单位阶跃，50%。此题考查瞬态响应的性能指标，知识点在课本114页。延迟时间dt：单位阶跃响应()tc第一次达到其稳态值的50%所需的时间，称为延迟时间。19.答案：反馈、顺馈。此题考查校正的方式，知识点在课本201页。并联校正又可分为反馈校正、顺馈校正和前馈校正。20.答案：线性、非线性，时变。此题考查控制系统的分类方式，知识点在课本31页。若按控制系统的微分方程进行分类，则可分为线性系统和非线性系统。根据微分方程的系数是否随时间变化，线性系统和非线性系统又分别有定常系统与时变系统之分。三、简答题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）21.答案：典型二阶系统的传递函数为2nn22ns2sω+ξω+ω其中：ξ为阻尼比，nω为无阻尼固有频率。此题考查二阶系统的传递函数，知识点在课本108页。22.答案：稳态误差：当时间趋于无穷大时，误差的时间响应e(t)的输出量sse即：sse=)t(elimt→∝；影响系统稳态误差的因素主要有：系统的类型（型次）、开环增益、输入信号和干扰信号及系统的结构。此题考查系统稳态误差，知识点在课本123-124页。23.答案：相位超前校正：优点：加快系统的响应速度，提高系统相对稳定性缺点：稳态精度变化不大相位滞后校正：优点：提高系统稳态性能缺点：降低系统响应速度此题考查系统校正，知识点在课本209页。四、计算题（本大题共2小题，每小题15分，共30分）24.当系统处于静止平衡状态时，施加输入信号()t1tr+=，测得响应()9.0e9.0ttct10+−=−，试求系统传递函数。此题考查传递函数。解：22s1ss1s1)s(R+=+=)10s(s)1s(10s9.010s9.0s1)s(C22++=++−=10s10)s(R)s(C)s(G+==25.如题25图所示单位反馈系统，试根据劳斯判据确定使系统稳定的K值范围。此题考查框图等效变换和劳斯判据。题25图解：K)5s)(1s(sK)s(G+++=特征方程为：0K)1s)(5s(s=+++即：0Ks5s6s23=+++列写劳斯表：K6K30K651ssss0123−依劳斯判据，系统稳定要求：30K,06K30<>−则0K,0K>>则得：0<K<30Xi(S)一s1s1()()1s5sK++()sX02014年4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5小题，每小题2分，共10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.下列哪种说法符合对线性系统的描述A.描述系统的数学模型可线性化B.能描述控制系统的特征C.能用微分方程农示的数学模型D.数学模型表达式是线性的2.二阶系统振荡的主要原因是A.系统存在固有频率B.系统存在欠阻尼C.上升时间太长D.超调量过大3.速度误差是指在[]输入时系统在位置上的误差。A.单位脉冲B.单位阶跃C.单位斜坡D.单位加速度4.有关系统类型哪种说法是正确的A.取决于闭环系统中积分环节个数B.取决于开环系统中积分环节个数C.取决于闭环系统中微分环节个数D.取决于开环系统中微分环节个数5.若()ft的拉氏变换为5(2)()(5)sFsss+=+，则()ft的终值等于A.2B.5C.0D.∞二、填空题（本大题共8小题，每空2分，共20分。请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。）6.机械工程控制论的研究对象是。7.某控制系统的象函数1()(4)Gsss=+，其原函数为。8.二阶系统瞬态响应中的pM，表征了机械工程控制系统二个基本要求中的。9.已知系统误差传递函数为41()(1)(52)sEssss+=++，则其稳态误差为。10.系统传递函数1()(1)Gsss=+，则其幅频特性为。11.通常表征系统相对稳定性程度的指标是和。12.系统校正的实质是。13.已知象函数()Fs，求原函数的方法有：查表法、有理函数法、、。三、分析并回答下列问题（本大题共5小题，每小题8分，共40分）14.系统传递函数10()(5)(20)Gsss=++，用图标明极点位置，并说明哪个对系统的性能影响较大。15.已知系统的开环传递函数为()(1)(2)seGssssτ−=++，试分析系统由哪些环节组成.影响系统稳定性的主要有哪些，如何影响。16.某最小相位系统的渐近伯德图如题所示。试估计系统的传递函数。17.已知系统的单位阶跃函数1()(2)2tCte−=−，试确定系统的传递函数。18.简化图示方框图，求其传递函数。19.已知系统方框图如图所示，当系统输入信号()sin2ixtt=，试求系统的稳态输出。其中1()1Gss=+，()1Hs=。20.求如图所示的微分方程（其中输入位移ix，输出位移0x）。21.判断下列单位负反馈系统是否稳定。其中前向传递函数10(1)()(1)(5)sGssss+=−+。参考答案及解析一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）1.D(P61)2.B(P108-109)3.C(P127)4.B(P124)5.A(P48)3.[解析]位置误差、速度误差、加速度误差，是指在单位阶跃、斜坡和加速度输入时系统在位置上的误差。4.[解析]在开环传递函数中，按系统拥有积分环节的个数（λ)将系统进行分类：λ=0，无积分环节，称为0型系统。λ=1，有一个积分环节，称为I型系统。λ=2,有两个积分环节，称为Ⅱ型系统。5.[解析]根据终值定理可得0005(2)5(2)lim()=lim()limlim2(5)5tssssssftsFssss→→→→++===++∞。二、填空题（本大题共8小题，每空2分，共20分）6.(P28)以机械工程技术为对象的控制论问題7.(P44,50-51)41()(1)4tfte−=−8.(P115)稳定性9.(P123-124)12sse=10.(P133-134)21()1Gjωωω=+11.(P191)相位裕量幅值裕量12.(P201)改变系统的零点和极点分布，达到改变系统性能的目的13.(P42)部分分式法Matlab函数7.[解析]()Fs的原函数111411111()[()][][()](1)(4)444tftLFsLLessss−−−−===−=−++。9.[解析]系统的稳压误差(41)411lim()lim()limlim(1)(52)(1)(52)2sstsssssseetsEssssss→→→→++=====++++∞000。10．[解析]由传递函数1()(1)Gsss=+，可求得频率特性1()(1)Gjjjωωω=+，幅频特性211()(1)1Gjjjωωωωω==++。三、分析并回答下列问题（本大题共5小题，每小题8分，共40分）14.(P112-114)影响较大的是5s=−，因其为主导极点。15.(P73、76、77)（1）系统由一个延迟环节，一个积分环节和两个惯性环节组成。（2）影响系统稳定性的主要因素是延迟环节的τ值。（3）τ值愈大，系统的稳定性愈差。16.(P160-162）由图可知.该系统应由比例环节和积分环节组成。20lg20K=10K=,故其传递函数10()Gss=。17.(P44-45、71、106）由题设输入系统的象函数1()Rss=输出象函数112()2(1)2(1)sCsssss+=−=++故其传递函数()2()()2(1)CssGsRss+==+18.(P84-87）(1)(2)(3)系统传递函数1233[1()][()()]()()()1()()GsGsGsCsGsRsGsHs++==+四、计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）19.(P133-134）系统的闭环传递函数0()()1()()1()()2BiXsGsGsXsGsHss===++输入频率2ω=，则1()2BGjjωω=+2211()222Gjωω==+()arctanarctan1452BGjωω∠=−=−=−系统的稳态输出：01()sin(245)22xtt=−20.(P63-64）由达朗贝尔原理：00102()icxxcxmx−−=整理得：00121()imxccxcx++=21.(P174-176）系统闭环传递函数为：32()1010()1()()4510BGssGsGsHssss+==++++特征方程：3245100sss+++=劳斯数列320154102.510ssss由劳斯数列知，系统稳定。绝密启用前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）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.以下系统属于程序控制系统的是A.恒温炉的控制B.火炮自动瞄准系统C.洲际弹道导弹的飞行D.机器人足球的比赛2.已知原函数2()532tftte−=+−，则其拉氏变换()Fs=A.25322sss+++B.25322sss+−−C.25322sss++−D.25322sss+−+3.以下元件不属于开环控制系统的是A.给定元件B.测量元件C.执行元件D.被控对象4.二阶系统的传递函数为219181ss++，则其无阻尼振荡频率nω和阻尼比为A.3,1B.13,1C.3,3D.13,35.某控制系统结构图如下，则改系统的闭环传递函数为A.1231231()1BGGGGsGGGH=+B.1231231()1BGGGGsGGGH=−C.123121()1BGGGGsGGH=+D.123121()1BGGGGsGGH=−6.某单位负反馈控制系统的开环传递函数为5()(2)Gsss=+，则闭环系统为A.0型系统B.Ⅰ型系统C.Ⅱ型系统D.Ⅲ型系统7.高阶系统中距离虚轴最近的主导极点对应的动态响应分量衰减A.最慢B.不一定C.最快D.与其他参数有关8.频率响应是系统对正弦输入的稳态响应，其能否研究系统的动态特性A.不能B.不确定C.能D.与其他参数有关9.以下性能指标中可以表征系统相对稳定性好坏的是A.谐振峰值B.谐振频率C.截止频率D.频宽10.以下不属于相位超前校正特点的是A.提高系统响应速度B.提高系统相对稳定性C.具有正相角特性D.改善系统稳态性能非选择题部分二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）11.把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回到输入端，再输入到系统中去，称之为。12.当输入与输出已知而系统结构参数未知时，要求确定系统的结构与参数，即建立系统数学模型，此类问题为。13.已知22()11Fss=−+，则其拉氏反变换()ft=。14.传递函数是线性定常系统在条件下输出量与输入量的拉氏变换之比。15.传递函数的表达式为20.110.10.06sss+−−，则具有负实部或为负数的极点的个数为。16.若线性定常系统在单位阶跃输入作用下，其输出为2()1tyte−=−，则系统传递函数为。17.已知系统闭环传递函数为225()525Gsss=++，则系统单位阶跃响应的超调量PM=。18.振荡环节奈奎斯特图与负虚轴交点处的频率表示。19.对最小相位系统而言，系统稳定时，相位裕量和幅值裕量均零。20.按校正系统在原系统中并联的方式，并联校正又可分为反馈校正、顺馈校正和。三、简答题(本大题共5小题，每小题6分，共30分）21.机械工程控制论的研究对象是什么？22.非线性系统的定义及其线性化方法？23.时间响应及其组成部分的含义？24.采用对数坐标图表示频率特性有哪些优点？25.PID校正相对于串联校正、反馈校正的特点有哪些，试分析之。四、分析计算题(本大题共3小题，每小题10分，共30分）26.如图所示机械运动系统，输入位移ix，输出位移0x，求传递函数()Gs。27.单位反馈系统的开环传递函数为()(2)KGsss=+，输入为斜坡函数，试求当系统的稳态误差0.01sse=时的K值。28.控制系统如图所示，试用劳斯判据判定系统稳定性。参考答案及解析―、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.C(P31)2.D(P42-44)3.B(P31)4.D(P108)5.D(P80-83)6.B(P124)7.A(P112)8.C(P135)9.A(P164)10.D(P206、209)2.[解析]由题意可知拉氏变换22532()[()][532]2tFsLftLtesss−==+−=+−+。4.[解析]将传递函数转换成典型二阶系统的形式，由题意可得22119()19182529Gsssss==++++,则219nω=，22nζω=，由此可得13nω=，3ζ=。5.[解析]由图可得闭环传递函数123123121121()11BGGGGGGsGGGHGGH==−−。6.[解析]系统的类型取决于开环系统中积分环节个数，该系统的开环传递函数为5()(2)BGsss=+,有一个积分环节.故为Ⅰ型系统。7.[解析]在高阶系统中，距虚轴最近的主导极点.对应的动态响应分量衰减最慢，在决定过渡过程形式方面起主导作用。9.[解析]一个系统谐振峰值的大小表征了系统相对稳定性的好坏。一般来说，谐振峰值越大，则该系统瞬态响应的超调量PM也大，表明系统的阻尼小，相对稳定性差。二、填空题（本大题共10小题，每空2分，共20分>11．(P32)反馈/信息的反馈12.(P61)系统辨识13.(P43-44、51-52)()2sinttδ−14.(P71)零初始15.(P72)116.(P106)22s+17.(P115-116）16.3%18.(P151-152)无阻尼固有频率19.(P192)大于/>20.(P201)前馈校正13.[解析]11112221()[()][1][1]2[]()2sin11ftLFsLLLttssδ−−−−==−=−=−++15.[解析]传递函数20.110.110.10.06(0.2)(0.3)ssssss++=−−+−,由此可见，该传递函数具有1个负数的极点。16.[解析]当输入为单位阶跃响应，则1()Rss=；输出2()1tyte−=−，则112()2(2)Ysssss=−=++，则系统传递函数为()2()2YsRss=+。17.[解析]由闭环传递函教225()525Gsss=++可得5nω=,0.5ζ=，则220.5110.5=0.163=16.3%PMeeζζ−−−−=≈ππ。三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）21.(P28-29)机械工程控制论是研究以机械工程技术为对象的控制论问题。（2分）具体的讲，是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题，（2分）即研究系统在一定的外界条件作用下，系统从某一初始状态出发，所经历的整个动态过程，（1分）也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。（1分）22．(P62)用非线性方程描述的系统称为非线性系统。(3分）线性化方法是指在工作点附近，将非线性函数用泰勒级数展开，并取一次近似。（3分）23.(P102)机械工程系统在外加作用激励下，其输出量随时间变化的函数关系称之为系统的时间响应。(3分）任意系统的时间响应都是由瞬态响应和稳态响应两部分组成。（1分）当系统受到外加作用激励后，从初始状态到最后状态的响应过程称为瞬态响应。（1分）当时间趋于无穷大时，系统的输出状态称为稳态响应。(1分）24.(P140)采用对数坐标图表示频率特性的主要优点有：（1）可以将幅值相乘转化为幅值相加，便于绘制多个环节串联组成的系统的对数频率特性图。(2分）（2）可采用渐近线近似的作图方法绘制对数幅频图，简单方便。尤其是在控制系统设计、校正及系统辨识等方面，优点更为突出。（2分）（3）对数分度有效地扩展了频率范围,尤其是低频段的扩展，对于机械系统的分析是有利的。(2分）25.(P202)PID校正与串联校正，反馈校正相比有如下特点：(1)对被控对象的模型要求低，甚至在系统的模型完全未知的情况下，也能进行校正。(2分）(2)校正方便。(1分）在PID校正器中,其比例、积分、微分的校正作用相互独立，最后以求和的形式出现，可任意改变其中的某一校正规律.大大增加了使用的灵活性。(1分）(3)适用范围广。（1分）采用一般的校正装置，当原系统参教变化时.系统的性能产生很大变化，而PID校正器的适用范围要广得多，在一定的变化区间中，仍有较好的校正效果。（1分）四、分析计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）26.(P63-64，75-78)取阻尼器移动端A位移量为x，如图所示。按牛顿定律列力学方程01020()()0()0idxdxkxxBdtdtdxdxkxBdtdt−+−=−+−=（4分）整理，消去中间变量可得系统的微分方程为：02201(1)idxdxkBkxBkdtdt++=.（3分）在零初始条件下进行拉氏变换得：0221()()()(1)iXsBsGskXsBskk==++（2分）27.(P124,126)对于单位反馈系统，其稳态误差计算采用误差系数法，将系统的开环传递函数化为常数为1的各因式乘积形式，则有：2()(21)KGsss=+（3分）系统为Ⅰ型系统，其开环增益为2K。（2分）当输入斜坡函数时，系统的稳态误差为120.012sseKK===（3分）解得200K=（2分）28.(P174-177)闭环传递函数为：350()(5)(10)350Gssss=+++(2分）特征方程为3215503500sss+++=(2分）劳斯数列为3211501535026.67350ssss(4分）第一列元素均大于0，系统稳定。(2分）绝密启用前绝密启用前2015年4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。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。一、单项选择题(本大题共l0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。未涂、错涂或多涂均无分。1．在直流电机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输入，两者之间的传递函数是_______。A.微分环节B．积分环节C．惯性环节D．比例环节2．如果系统不稳定，则系统_______。A．可以工作，但稳态误差很大B.可以工作，但过渡过程时间很长C．不能工作D．可以正常工作3．PI调节器是一种_______校正装置。A.相位滞后一超前B．相位超前—滞后C．相位超前D．相位滞后4．自动控制系统的反馈环节中必须具有_______。A．检测元件B．执行元件C．放大元件D．给定元件5．在阶跃函数输入作用下，阻尼比_______的二阶系统，其响应具有减幅振荡特性。A．10<<ξB．1=ξC．1>ξD．0=ξ6.若ttetf3)(−=，则)]([tfL=_______。A．31+sB．2)3(1+sC．21−sD．2)3(1−s7.若自控系统微分方程的特征根在复平面上的位置在右半平面，那么系统为_______系统。A.不确定B．稳定C．稳定边界D.不稳定8.已知系统的特征方程为S3十S2+Is+5=0，则系统稳定的I值范围为_______。A．I>0B．I<0C.I>5D．0<I<59．系统方框图如图所示，则系统的开环传递函数为_______。A．1510+sB．1520+ssC．)15(210+ssD．s210.系统传递函数为G(s)=1+TsK，则系统时间响应的快速性_______。A．与T有关B.与K和T有关C．与K有关D．与输入信号大小有关二、填空题(本大题共l0空，每空2分，共20分)请在答题卡上作答。11．瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从______状态到______状态的响应过程。12．I型系统G(s)=)2(+ssK，在单位阶跃输入下，稳态误差为______，在单位加速度输入下，稳态误差为______。13．二阶系统在阶跃信号作用下，其调整时间ts与阻尼比、______和______有关。14．极坐标图(Nyquist)与对数坐标图(Bode)之间对应关系为：极坐标图上的单位圆对应于Bode图上的______，极坐标图上的负实轴对应于Bode图上的______。15.系统传递函数只与______有关，与______无关。三、简答题(本大题共5小题，每小题5分，共30分)请在答题卡上作答。16．简述串联相位超前校正的特点。17.简述系统稳定性的定义。18.什么是外加反馈?为什么要进行反馈控制?19．试写出静态误差Kp，Kv，Ka的定义。20．简述相位裕量γ的定义和计算公式。四、计算题(本大题共2小题，每小题l5分，共30分)请在答题卡上作答。21．求图示两个系统的传递函数。1510+ss2R(sC(s+22．试判别具有下列传递函数的系统是否稳定。其中G(S)为系统前向通道传递函数，H(S)为系统的反馈函数。)5)(1()1(10)(+−+=sssssG,1)(=sH参考答案及解析一、单项选择题(本大题共l0小题，每小题2分，共20分)1.【D】此题考查传递函数的定义以及典型环节的传递函数，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】此题考查稳定性的定义，知识点在课本34页。稳定性是系统正常工作的首要条件。3.【D】此题考查PI调节器的特点，知识点在课本223页。PI调节器类似于相位滞后校正环节。4.【A】此题考查反馈系统的特点，知识点在课本32页。通过检测装置检测信号再反馈。5.【A】此题考查不同阻尼比作用下二阶系统的时间响应特点，知识点在课本109页。6.【B】此题考查函数的拉氏变换，知识点在课本45页。7.【D】此题考查系统稳定的充分必要条件，知识点在课本173页。一个系统稳定的充分必要条件是其特征方程的所有根都位于复平面的左半平面。8.【C】此题考查劳斯判据的应用，知识点在课本175页。特征方程式的各项系数大于零，所列劳斯表中的第一列元素大于零，系统稳定，由此得出I的取值范围。9.【B】此题考查开环传递函数的定义，知识点在课本83页。10.【A】此题考查一阶系统的时间常数T的特征，知识点在课本107页。时间常数T表征了系统过渡过程的品质，其值越小，响应越快。二、填空题(本大题共l0空，每空2分，共20分)11.答案：初始，最终。此题考查瞬态响应的定义，知识点在课本102页。12.答案：0，∞。此题考查不同输入信号作用下系统的稳态误差为多少，知识点在课本127页。13.答案:误差带,无阻尼固有频率。此题考查二阶系统的调节时间的计算公式，知识点在课本116页。14.答案：0分贝线，-180°线。此题考查开环奈氏图与伯德图的对应关系，知识点在课本192页。15.答案：本身的参数和结构，输入。此题考查传递函数的特点，知识点在课本71页。三、简答题(本大题共5小题，每小题5分，共30分)16.答：（1）增加相位裕量，提高稳定性；（2）增加幅值穿越频率，提高快速性；（3）增加高频增益，抗干扰能力下降。此题考查串联超前校正的特点，知识点在课本206页。17.答：稳定性是指系统在初始状态作用下，由它引起的系统的时间响应随着时间的推移，逐渐衰减并趋向于零的能力。若随着时间的推移，系统能回到平衡位置，则系统是稳定的，若随着时间的推移，系统偏离平衡位置越来越远，则系统是不稳定的。此题考查稳定性的定义，知识点在课本169页。18.答：外加反馈是指人们为了达到一定目的，有意加入的反馈。闭环系统的工作是基于系统的实际输出与参考输入之间的偏差上的，在系统存在扰动作用下，偏差就会出现，进行适当的反馈正好能检测这种偏差，并力图减小它，使其最终为0。此题反馈的概念及作用，知识点在课本33页。19.答：Kp,Kv,Ka分别代表了控制系统中，对于阶跃输入，斜坡输入，抛物线输入响应，消除或减小稳态误差的能力。此题考查静态误差的定义，知识点在课本125-126页。20.答：在开环奈氏图上，从原点到奈氏图与单位圆的交点连一直线，该直线与负实轴的夹角，就是相位裕量。表示为)(180cωϕγ+=。此题考查相位裕量的定义及计算公式，知识点在课本191页。四、计算题(本大题共2小题，每小题l5分，共30分)21.解：由图（a）可得动力学方程：•••+=−)()()]()([txctmxtxtxkoooi方程两边作拉氏变换：)()()]()([2scsXsXmssXsXkoooi+=−则传递函数kcsmsksXsXsGio++==2)()()(由(b)图，设电网中电流为i,可得方程为：∫∫=++=idtCUidtCdtdiLRiUoi11作拉氏变换：)(1)()(1)()()(sICssUsICssLsIsRIsUoi=++=消除中间变量：11)()()(2++==RCsLCssUsUsGio22.解：1054)1(10)()(1)()(23++++=+=sssssHsGsGsφ特征方程式：0105423=+++sss劳斯表如下：s315s2410s12.5s010第一列元素符号均大于零，系统稳定。绝密启用前2015年10月