1、全国自考（机械工程控制基础）-试卷 2及答案解析(总分：56.00，做题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)1.已知函数 f(t)的拉氏变换为 F(s)= （分数：2.00）A.5B.2C.0D.22.线性系统与非线性系统的根本区别在于 【 】（分数：2.00）A.线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数B.线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入C.线性系统满足叠加原理，非线性系统不满足叠加原理D.线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少3.二阶欠阻尼系统的上升时间为 【 】（分数：2.00）A.系统的单位
2、阶跃响应曲线第一次达到稳态值的 98的时间B.系统的单位阶跃响应曲线达到稳态值的时间C.系统的单位阶跃响应曲线第一次到达稳态值的时间D.系统的单位阶跃响应曲线达到稳态值的 98的时间4.以下关于系统稳态误差的说法中正确的是 【 】（分数：2.00）A.稳态误差只取决于系统型次和开环增益B.稳态误差只取决于系统输入信号和干扰信号C.稳态误差与系统型次、开环增益、输入信号和干扰信号等有关D.系统稳态误差始终为 05.系统的静态加速度误差系数 K a 的定义式为 【 】 （分数：2.00）A.B.C.D.6.微分环节 j 的相频特性和幅频特性的变化规律是 【 】（分数：2.00）A.()=90，L(
3、)=20lgB.()=，L()=20lgC.()=90，L()=20lgD.()=，L()=20lg7.系统 G(s)= 的奈奎斯特图为 【 】 （分数：2.00）A.B.C.D.8.已知某机械系统的传递函数为 G(s)= ，则系统的阻尼自然频率 d 为 【 】 （分数：2.00）A.B.C.D.9.设某系统的特征方程为 s 3 +s 2 +2=0，则此系统 【 】（分数：2.00）A.稳定B.临界稳定C.不稳定D.稳定性不确定10.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率 c =4处提供最大相位超前角的是 【 】 （分数：2.00）A.B.C.D.二、填空题(总题数：10，分数：20.00)1
4、1.频率响应是指系统对 1 输入的稳态响应。（分数：2.00）填空项 1:_12.对机械系统而言，其频率特性反映了系统 1 的特性。（分数：2.00）填空项 1:_13.频率特性的图形表示方法有对数坐标图(或伯德图)、 1 和对数幅一相图。（分数：2.00）填空项 1:_14.某比例环节 K的对数幅频特性为 20dB，则 K= 1。（分数：2.00）填空项 1:_15.G(j)是在频域中描述系统的动态性能，它仅与 1 有关。（分数：2.00）填空项 1:_16.若增加机械结构的阻尼 ，就能 1(填“提高”或“降低”)系统的动刚度。（分数：2.00）填空项 1:_17.伯德图的横坐标是按频率 的
5、以 1 为底的对数分度。（分数：2.00）填空项 1:_18.若系统的开环传递函数的所有零点和极点均在s平面的 1 时，则该系统称为最小相位系统。（分数：2.00）填空项 1:_19.在频域中，系统的 1 决定了系统对数幅频曲线低频段的斜率。（分数：2.00）填空项 1:_20.系统的谐振频率 r 阻尼自然频率 d 、无阻尼自然频率 n 之间的大小关系为 1。（分数：2.00）填空项 1:_三、简答题(总题数：5，分数：10.00)21.按是否存在反馈，可以把控制系统分为哪两类?各有什么特点?（分数：2.00）_22.简述列写系统微分方程的一般步骤。（分数：2.00）_23.简述系统的频率特性
6、与脉冲响应函数的关系。（分数：2.00）_24.简述相位裕量 的定义及计算公式。（分数：2.00）_25.简述 PID校正器各校正环节的作用。（分数：2.00）_四、分析计算题(总题数：3，分数：6.00)26.列出如图所示系统的输入扭矩与输入轴转角之间的运动微分方程，并求输入轴上的等效转动惯量 J eq 、等效阻尼系数 B eq 和等效输出扭矩 T eq 。图中 T M 、 1 为输入扭矩及输入轴转角，L 为输出端负载，T L 为负载扭矩，z 1 、z 2 、z 3 、z 4 分别为输入、输出轴上齿轮的齿数。 （分数：2.00）_27.运用框图简化法则，求下图所示系统的传递函数。 （分数：2
7、.00）_28.RC电网络系统如图所示，画出此系统的框图，并求传递函数 U o (s)U i (s)。 （分数：2.00）_全国自考（机械工程控制基础）-试卷 2答案解析(总分：56.00，做题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)1.已知函数 f(t)的拉氏变换为 F(s)= （分数：2.00）A.5B.2 C.0D.2解析：2.线性系统与非线性系统的根本区别在于 【 】（分数：2.00）A.线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数B.线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入C.线性系统满足叠加原理，非线性系统不满足叠加原理
8、D.线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少解析：3.二阶欠阻尼系统的上升时间为 【 】（分数：2.00）A.系统的单位阶跃响应曲线第一次达到稳态值的 98的时间B.系统的单位阶跃响应曲线达到稳态值的时间C.系统的单位阶跃响应曲线第一次到达稳态值的时间 D.系统的单位阶跃响应曲线达到稳态值的 98的时间解析：解析：二阶欠阻尼系统上升时间的定义是系统的单位阶跃响应曲线第一次到达稳态输出值所需的时间。4.以下关于系统稳态误差的说法中正确的是 【 】（分数：2.00）A.稳态误差只取决于系统型次和开环增益B.稳态误差只取决于系统输入信号和干扰信号C.稳态误差与系统型次、开环增益、输
9、入信号和干扰信号等有关 D.系统稳态误差始终为 0解析：解析：影响系统稳态误差的因素主要为输入信号、系统型次、开环增益、输入信号和干扰信号及系统的结构。系统型次越高，开环增益越大，稳态误差越小。5.系统的静态加速度误差系数 K a 的定义式为 【 】 （分数：2.00）A.B.C.D. 解析：解析：系统静态加速度误差系数的定义式为 K a = 6.微分环节 j 的相频特性和幅频特性的变化规律是 【 】（分数：2.00）A.()=90，L()=20lg B.()=，L()=20lgC.()=90，L()=20lgD.()=，L()=20lg解析：解析：微分环节 j 的幅频特性为 L()=20lg
10、j=20lg，相频特性为 ()=j=90，故选 A。7.系统 G(s)= 的奈奎斯特图为 【 】 （分数：2.00）A.B. C.D.解析：解析：由于 G(s)= 和 G(s)=8.已知某机械系统的传递函数为 G(s)= ，则系统的阻尼自然频率 d 为 【 】 （分数：2.00）A. B.C.D.解析：解析：二阶系统中， d 与 n 之间的关系式为 d = n 9.设某系统的特征方程为 s 3 +s 2 +2=0，则此系统 【 】（分数：2.00）A.稳定B.临界稳定C.不稳定 D.稳定性不确定解析：解析：根据劳斯判据知，三阶系统的特征方程的系数缺少 s项的系数，即其系数为 0，所以此系统不稳
11、定。10.下列串联校正装置的传递函数中，能在频率 c =4处提供最大相位超前角的是 【 】 （分数：2.00）A.B.C.D. 解析：解析：选项 B和 C都是串联相位滞后校正装置，产生的是负的相位，选项 A的两个转角频率分别为 1 = =025(rad.s 1 )， 2 = =1(rad.s 1 )，故 c =4不在二者之间；而选项 D的两个转角频率为 1 = =16(rad.s 1 )， 2 = 二、填空题(总题数：10，分数：20.00)11.频率响应是指系统对 1 输入的稳态响应。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：正弦）解析：12.对机械系统而言，其频率特性反映了系
12、统 1 的特性。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：机械阻抗）解析：13.频率特性的图形表示方法有对数坐标图(或伯德图)、 1 和对数幅一相图。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：极坐标图(或奈奎斯特图)）解析：14.某比例环节 K的对数幅频特性为 20dB，则 K= 1。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：10）解析：15.G(j)是在频域中描述系统的动态性能，它仅与 1 有关。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：系统本身的参数）解析：16.若增加机械结构的阻尼 ，就能 1(填“提高”或“降低”)系统的动刚度。（
13、分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：提高）解析：17.伯德图的横坐标是按频率 的以 1 为底的对数分度。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：10）解析：18.若系统的开环传递函数的所有零点和极点均在s平面的 1 时，则该系统称为最小相位系统。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：左半平面）解析：19.在频域中，系统的 1 决定了系统对数幅频曲线低频段的斜率。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：正确答案：类型）解析：20.系统的谐振频率 r 阻尼自然频率 d 、无阻尼自然频率 n 之间的大小关系为 1。（分数：2.00）填空项 1
14、:_ （正确答案：正确答案： r d n）解析：三、简答题(总题数：5，分数：10.00)21.按是否存在反馈，可以把控制系统分为哪两类?各有什么特点?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：控制系统的分类方式很多，若按系统是否存在反馈，则系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 闭环控制系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈回路的，称为闭环系统。 开环控制系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说，系统中不存在反馈回路的，称为开环系统。)解析：22.简述列写系统微分方程的一般步骤。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：列写系统微分方程的一般步骤如下： (1)确定系统的
15、输入和输出。 (2)按照信息的传递顺序，从输入端开始，按物体的运动规律，如力学中的牛顿定律；电路中的基尔霍夫定律和能量守恒定律等，列写出系统中各环节的微分方程。 (3)消去所列微分方程组中的各个中间变量，获得描述系统输人和输出关系的微分方程。 (4)将所得的微分方程加以整理，把与输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的各项放在等号左边，并按降幂排列。)解析：23.简述系统的频率特性与脉冲响应函数的关系。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：系统的频率特性是系统脉冲响应函数 g(t)的傅氏变换，如式 G(j)=G(s) s=j = g(t)e jt dt所示。可以说，g(t)是在时域中描述系
16、统的动态性能，G(j)则是在领域中描述系统的动态性能，它仅与系统本身的参数有关。)解析：24.简述相位裕量 的定义及计算公式。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在开环奈奎斯特图上，从原点到奈奎斯特图与单位圆的交点连一条直线，该直线与负实轴的夹角，就是相位裕量 ，可表示为 =180+( c ) 式中，( c )为奈奎斯特图与单位圆交点频率 c 上的相位角，一般为负值(对于最小相位系统)。 c 称为剪切频率或幅值穿越频率。)解析：25.简述 PID校正器各校正环节的作用。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)比例环节：成比例地反映控制系统的误差(偏差)信号，误差一旦产生，校正器立
17、即产生控制作用，以减少误差。 (2)积分环节：主要作用是消除静态误差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分环节系数 K 1 (或积分时间常数 T 1 )，K 1 越小(或 T 1 越大)，积分作用越弱；反之则越强。 (3)微分积分：反映误差信号的变化趋势(变化速率)，并能在误差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。)解析：四、分析计算题(总题数：3，分数：6.00)26.列出如图所示系统的输入扭矩与输入轴转角之间的运动微分方程，并求输入轴上的等效转动惯量 J eq 、等效阻尼系数 B eq 和等效输出扭矩 T eq 。图中 T M 、
18、 1 为输入扭矩及输入轴转角，L 为输出端负载，T L 为负载扭矩，z 1 、z 2 、z 3 、z 4 分别为输入、输出轴上齿轮的齿数。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由转动惯量定理得 由齿轮传递基本关系得 综上各式得 则等效转动惯量、等效阻尼系数和等效输出扭矩分别为 )解析：27.运用框图简化法则，求下图所示系统的传递函数。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：原系统运用框图简化法则化简的步骤如： (1)消除交叉，如下图(a)所示。(2)合并反馈内环，如下图(b)所示。 (3)再合并反馈外环，如下图(c)所示。 故此系统的传递函数为 )解析：28.RC电网络系统如图所示，
19、画出此系统的框图，并求传递函数 U o (s)U i (s)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)系统输入为 u i ，输出为 u 0 。 (2)列写微分方程： u i =R 1 i R +u 0 u 0 =R 2 i R 1 i R = i C dt i=i R +i C (3)对上式分别取拉氏变换得： U i (s)=R 1 I R (s)+U o (s) U o (s)=R 2 I(s) R 1 I R (s)= I C (s) I(s)=I R (s)+I C (s) (4)分别将(3)中各拉氏变换式用框图表示，再连成系统框图。图(a)、(b)、(c)、(d)分别对应式、，最终连成的系统框图如图(e)所示。 则求得系统的传递函数为 )解析：
