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：采用串级控制抑制回路扰动。

. 专业资料.

. .

. 专业资料. 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：

（1） 当不存在速度反馈)0(=a 时， 试确定单位阶跃输入动态响应过程的

r t ，s t 和%σ。

（1）a=0时，()()42G s s s =+，()2424

s s s Φ=++，所以0.5,2n ζω== r t =，p t =，%e σ=

（2）确定0.7ζ=时的速度反馈常数a 值， 并确定t t r =)

(时系统的稳态误差

ss e 。 考虑反馈时，()()()()24

2444244124s s as s s a s s s as

++Φ==++++++

. .

. 专业资料. 0.7ζ=，所以2440.2a a ζ

+=∴= ()()

41 2.80.72.84ss p G s e s s K =∴===+ 3.如图所示系统，122

G s =+，()233G s s =+

（1）判断系统的稳定性；

（2）求静态误差系数p k ，v k ，a k ；

（3）当系统输入为()()()30.21r t t t =+，求系统的稳态误差；

（4）若系统的干扰为()()0.11n t t =，求系统在输入和干扰共同作用下的稳态误差。

（1）()()()()()12321261566

G s G s s G s G s s s s Φ==++++ 有劳斯表，可判定第一列均大于0，所以系统稳定。

（2）()()()()()()120

1202120

lim lim 1lim 0p s v s a s K G s G s K sG s G s K s G s G s →→→==∞====

（3）120.200.2ss ss ss v

e e e K =+=+= （4）()()()()00320.1lim lim 0.1236

ss ssr ssn

ssn n s s e e e s e s E s s s s s s →→=+-+===-+++ 0.20.10.1ss ssr ssn e e e ∴=+=-=

. .

. 专业资料. 4. 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)。

5.化简系统结构框图，并求()()C s R s 和()()C s N s 。

()

s

()

s

. .

. 专业资料.

6、求下图所示系统的传递函数()()0i U s U s 。

)

s i U

)

s i U

7、求下图力学模型的传递函数()s Φ。()i x t 为输入位移，()o x t 为输出位移。

1f

8、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）

. . . 专业资料.

解：（1）设()()()

1211K G s s T s T s =++，由图可知，1210,0.05T T == 20lg 0,10=10k

db k ωω==∴

传递函数为()()()

101010.051G s s s s =++ （2）()2210

1110010.051c c c c ωωωω=∴=++ （近似计算）

()()18018090arctan10arctan0.05 2.91c c c G j γωωω=+∠=+---= 所以，系统稳定。

（3）右移十倍频程，可得()()()

10010.0051G s s s s =++， ()()10,

18018090arctan arctan 0.005 2.91c c c c G j ωγωωω'=''''∴=+∠=+---=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：()()()515K G s s s s =++，作出系统的开环幅频和相频特性曲线，并判断系统的稳定性。