X i X 01. 什么是系统的反馈？一个系统的输出，部分或全部地被反过来用于控制系统的输入。 2. 一个系统的动力学方程可以写成微分方程，这一事实就揭示了系统本身状态变量之间的
联系，也就体现了系统本身存在着反馈；而微分方程的解就体现了由于系统本身反馈的存在与外界对系统的作用的存在而决定的系统的动态历程。
3. 几何判据有奈奎斯特判据、波德判据两种；代数判据有劳斯判据、胡尔维茨判据两种。
4. 列写微分方程的步骤： （1）.确定系统或各元素的输入量输出量（2）.按照信号的传递顺序，从系统的输入端开始，根据各变量所遵循的运动规律列写出在运动过程中的各个环节的动态微分方程 (3).消除所列各微分方程的中间变量，得到描述系统的输入量输出量之间的关系的微分方程。(4).整理所得微分方程。
5. 非线性系统有：本质非线性和非本质非线性两种，能进行线性化的是非本质非线性系统。
6. 给出两种传递函数的定义：1.传递函数是经典控制理论中对线性系统进行研究分析与综
合的基本数学工具 2.在外界输入作用前，输入输出的初始条件为零时，线性定常系统环节或元件的输出 （t ）与输入 （t ）经Laplace 变换后 与 之比称为该系统环节或元件的传递函数。
7. 写出六种典型环节的名称、微分方程和传递函数、奈奎斯特图和波德图。 8. 方框图的基本元素由传递函数方框、相加点、分支点组成。
9. 二阶系统时间响应的性能指标是根据欠阻尼二阶系统在单位阶跃信号作用下得到的。 10. 系统稳定的充要条件是：系统所有特征根的实部为负。 11. 什么是系统的动柔度、动刚度、静刚度。
若机械系统输入为力，输出为位移（变形）则机械系统的频率特性就是机械系统的动柔度;机械系统的频率特性的倒数就是机械系统的动刚度;当W=0时系统频率特性的倒数为系统的静刚度
12. 线性定常系统对谐波输入的稳态响应称为频率响应。 13. 相频特性和幅频特性的定义：
相频特性是指：稳态输出信号与输入信号的相位差； 幅频特性是指：稳态输出与输入的幅值之比。 14.频率特性的求取方法有哪几种？
1.根据系统的频率响应来求取
2.将传递函数中的s 换为jw 来求取
3.用试验来求取。
15.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，相应的系统称之为最小相位系统。
16.劳斯判据的充要条件是什么？
所有特征方程的系数同号且不为零，而且劳斯数列表的第一列元素符号不变。 17.控制系统 ：由控制装置和被控对象按一定方式联系起来组成有机的总体。
18.数学模型：定量的描述系统的动态性能，揭示系统的结构参数与动态性能之间的数学表达式。
19.反馈：将输出信号或状态信号的一部分或全部引回到输入端，与输入信号进行比较，从而加强或削弱输入信号。
20.传递函数：对一线性定常系统，当其输入及输出的初始条件为零时，系统输出量的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。
21.稳态响应：系统在输入信号的作用下，当时间趋于无穷大时的时间响应，他主要反映系统的稳态精度。
22.控制系统是由控制部分和被控部分组成的总体。
23.经典控制理论主要研究线性定常系统在外界条件作用下，所经历的整个动态历程以及所表现出来的动、静态特性，研究系统输入与输出之间的动态关系。 24.系统响应的波得图包括对数幅频图和对数相频图。
25.根据校正环节在系统中的联结方式，校正可分为串联校正、反馈校正和顺馈校正。 26.当w 为相位交界频率时，开环幅频特性的倒数，称为系统的幅值裕度。
27.线性定常系统稳定判定的方法有：劳斯判据、乃奎斯特判据、波德判据、和幅值裕度和相位裕度判据等。
28.一阶系统的特征参数是：时间常数T ；二阶系统的特征参数是阻尼比和无阻尼固有频率。 29.在w 为剪切频率时，相频特性距-180O
线的相位差值γ称为相位裕度。 30.系统的数学模型是描述系统及其输入、输出 三者之间关系的。 31.闭环控制系统的控制量是输入信号 与反馈信号比较后的偏差。
32. 对于线性系统，若单位阶跃信号输入时系统的响应为T
t o Te t x /1)(--=，那么该系统对应的单位脉冲响应为T t o e t x /)(-=
33.控制系统的基本要求有稳定性、快速性和准确性。
34.所谓校正，就是指在系统中增加新的环节，以改善系统的性能的方法。
35.乃奎斯特判据判断系统稳定的表述是：当w 由负无穷到正无穷变化时，若[GH]平面上的开环频率特性G （jw ）H （jw ）逆时钟方向包围（-1，j0）点P 圈，则闭环系统稳定。P 为G （s ）H （s ）在[s]平面的右半平面的极点数。
对于开环稳定的系统，此是闭环系统稳定的充要条件是，系统的开环频率特性的奈奎斯特轨迹不包围（－1，j0）点。
36.相位校正有相位超前、相位滞后和相位超前滞后校正三种。
37.闭环系统的稳定的充要条件是，在Bode 图上，当w 由0变到＋∞时，在开环对数频率特性为正值的频率范围内，开环对数相频特性对-180°线正穿越与负穿越次数之差为P/2时，闭环系统稳定；否则不稳定。其中P 为系统开环传递函数在［s ］平面的右半平面的极点数。 38.对开环稳定的系统，若开环对数幅频特性比其对数相频特性先交于横轴，即g c w w <，则闭环系统稳定；若开环对数幅频特性比其对数相频特性后交于横轴，即g c w w >，则闭环系统不稳定；若开环对数幅频特性与其对数相频特性同时交于横轴，即g c w w =，则闭环系统临界稳定。
39.线性系统最大的特点是能够运用叠加原理。
40.对于线性系统，若单位阶跃信号输入时系统的响应为t w e t x d t w o n sin 11)(2
ξ
ξ--
=-，那么
该系统对应的单位脉冲响应为)cos sin (1)(2
t w t w t w e t x d d n t w o n -?-=
-ξξ
ξ
41.当系统的数学模型能用线性微分方程描述时，该系统称为线性系统。最重要的特性是可以利用叠加原理。
1.设一阶系统的传递函数为
5
23
+s ，则其时间常数和增益分别是（C ）。 A. 2，3 B. 2，1.5 C. 0.4，0.6 D. 2.5，1.5
2.系统的传递函数（C ）。
A.与外界无关
B.与系统的初始状态有关
C.反映了系统、输入、输出三者之间的关系
D.完全反映了系统的动态特性
3.以下关于线性系统时间响应的说法正确的是（C ）。
A.时间响应就是系统输出的稳态值
B.由单位阶跃响应和单位脉冲响应组成
C.由强迫响应和自由响应组成
D.与系统的初始状态无关
4.以下关于系统稳态偏差的说法正确的是（C ）。
A.稳态偏差值取决于系统结构和参数
B. 稳态偏差值取决于系统输入和干扰
C. 稳态偏差与系统结构、参数、输入和干扰等有关
D.系统稳态偏差始终为0
5.已知某环节频率特性Nyquist 图如图所示，则该环节为（C ）。 A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节
6.已知最小相位系统的对数幅频特性图如图所示，则系统包含（D ）个环节。 A.0 B.1 C.2 D.3
7.已知单位反馈系统传递函数)
7)(2(2
)(--+=
s s s s s G 则该系统（B ）。
A.稳定
B.不稳定
C.临界稳定
D.无法判断
8.关于开环传递函数)(s G K 、闭环传递函数)(s G B 和辅助函数)(1)(s G s F K +=三者之间的关系为（B ）。 A.三者的零点相同
B.)(s G B 的极点与)(1)(s G s F K +=的零点相同；
C.)(s G B 的极点与)(1)(s G s F K +=的极点相同； D )(s G B 的零点与)(1)(s G s F K +=的极点相同
9.已知开环稳定的系统，其开环频率特性的Nyquist 图如图所示，则该闭环系统（B ） A.稳定 B.不稳定 C.临界稳定 D.与系统初始状态有关
10.设系统的传递函数为K
s s s s s s G +++++=23223
32)(则此系统稳定的K 值范围为（C ）。
A.K<0
B.K>0
C.2>K>0
D. 20>K>0
11.闭环控制系统中（C ）反馈作用 A.以输入信号的大小而存在 B.不一定存在 C.必然存在 D.一定不存在
12.关于反馈的说法正确的是（D ）
A.反馈实质上就是信号的并联（信息的传递与交互）
B.正反馈就是输入信号与反馈信号相加
C.反馈都是人为加入的
D.反馈是输出以不同的方式对系统作用
13.开环控制系统的控制信号取决于(D) A.系统的实际输出
B.系统的实际输出与理想输出的差
C.输入与输出的差
D.输入
14.以下关于系统模型的说法正确的是(B)_ A.每个系统只能有一种数学模型
B.系统动态模型在一定条件下可简化为静态模型
C.动态模型比静态模型好
D.静态模型比动态模型好
15.系统的单位脉冲响应函数为t t w 1.0)(=，则系统的传递函数为（A ）。
A.
2
1.0s
B. s 1.0
C. 21
s D. s 1
16.关于叠加原理说法正确的是（C ）
A.对于作用于系统同一点的几个作用才能用叠加原理求系统的总输出
B.叠加原理只适用于线性定常系统
C.叠加原理只适用于线性系统
D.叠加原理适用于所有系统 17.设一个系统的传递函数为
s e s τ-+1
21
，则该系统可看成为由（A ）串联而成。 A.惯性环节与延时环节
B.比例环节、惯性环节与延时环节
C.惯性环节与导前环节
D.比例环节、惯性环节与导前环节
18.系统的传递函数(B) A.与外界无关
B.反映了系统、输入、输出三者之间的关系
C.完全反映了系统的动态特性
D.与系统的初始状态有关
19.系统的单位脉冲响应函数为t
e
t w 2.03)(-=，则系统的传递函数为（A ）
A.2.03
)(+=s s G
B.2.06
.0)(+=s s G
C.32
.0)(+=s s G
D.3
6
.0)(+=s s G
20.一阶系统的传递函数为2
7
)(+s s G ，若容许误差为2％，则其调整时间为（B ） A.8 B.2
C.7
D.3.5
21.已知机械系统的传递函数为4
4
)(2
++=s s s G 则系统的阻尼比为（A ） A.0.25 B.0.5 C.1 D.2
22.若二阶欠阻尼系统的无阻尼固有频率为n w ,则其有阻尼固有频率d w （C ） A.n w = B. n w > C. n w < D. 与n w 无关
25.二阶欠阻尼系统的上升时间为 (C)
A.系统的阶跃响应曲线第一次达到稳态值的98％的时间
B.系统的阶跃响应曲线达到稳态值的时间
C.系统的阶跃响应曲线第一次达到稳态值的时间
D.系统的阶跃响应曲线达到稳态值的98％的时间
23.以下二阶欠阻尼系统性能指标只与其阻尼比有关的是（D ） A.上升时间 B.峰值时间 C.调整时间 D.最大超调量
24.以下关于系统稳态偏差的说法正确的是(C) A.稳态偏差只取决于系统结构和参数 B.稳态偏差只取决于系统输入和干扰
C.稳态偏差与系统结构、参数、输入和干扰等有关
D.系统稳态偏差始终为0
25.单位反馈系统的开环传递函数为5)
1)(s s(s 500
(s)G K ++=，则在单位斜坡述如下的稳态误
差为（D ） A.500 B.1／500 C.100 D.0.01
26.以下系统中存在主导极点的是(D)
20)
10)(s 4)(s s (s
4
G(s) D. 1)1)(s 4)(2s s (s 4G(s) C. 1)
4)(s s (s 4
G(s) .B 4s s 4G(s) ..222
2++++=++++=+++=++=
A
27.以下说法正确的是(C)
A.时间响应只能分析系统瞬态特性
B.频率特性只能分析系统稳态特性
C.时间响应分析和频率特性分析系统都能揭示系统动态特性
D.频率特性没有量纲
28.以下关于频率特性与传递函数的描述、错误的是（C ） A.都是系统的数学模型 B.都与系统的初始状态无关
C.与单位脉冲响应函数存在一定的数学变换关系
D.与系统的微分方程无关
29.系统的传递函数为2
.03
)(+=
s s G ，则其频率特性为（D ）
)
2.0(04.03
)(04.03
)(2
.03
)(2.03)(22jw w jw G w jw G w jw G s jw G -+=+=
+=
+=
30.已知系统开环频率特性的Nyquist 图如图所示，则该系统的型次为（C ） A.0型 .B .Ⅰ型 C.Ⅱ型 D.无法确定
31.以下系统中属于最小相位系统的是（B ）
0.1s)-s(11
G(s) D. 10.01s 1G(s) C.0.01s
11
G(s) .B 0.01s -11G(s)A ==+=
=
－
32.一个线性系统稳定与否取决于（A ） A.系统的结构和参数 B.系统输入 C.系统的干扰
D.系统的初始状态
33.一个系统稳定的充要条件是（C ）
A.系统的全部极点都在[s]平面的右半平面内
B.系统的全部极点都在[s]平面的上半平面内
C.系统的全部极点都在[s]平面的左半平面内
D.系统的全部极点都在[s]平面的下半平面内
34.已知系统特征方程为02s s 5s 103s 2
3
4
=++++，则该系统包含正实部特征根的个数为（C ）
A.0
B.1
C.2
D.3
35.已知系统的相位裕度为45°，则（C ） A.系统稳定 B.系统不稳定
C.当其幅值裕度大于0分贝时，系统稳定
D.当其幅值裕度小于或等于0分贝时，系统稳定 36.对于二阶系统，阻尼比越大，则系统（B ） A.相对稳定性越小 B.相对稳定性越大 C.稳态误差越小 D.稳态误差越大
37.一个系统的开环增益越大，则（A ） A.相对稳定性越小，稳态误差越小 B.相对稳定性越大，稳态误差越大 C.相对稳定性越小，稳态误差越大 D.相对稳定性越大，稳态误差越小 38.所谓校正（又称补偿）是指（B ） A.加入PID 校正器
B.在系统中增加新的环节或改变某些参数
C.使系统稳定
D.使用劳斯判据
39..以下校正方案不属于串联校正的是（D ） A.增益调整 B.相位超前校正 C.相位滞后校正 D.顺馈校正
40.增大系统开环增益，可以（B ） A.提高系统的相对稳定性 B.降低系统的相对稳定性
C.降低系统的稳态精度
D.加大系统的带宽，降低系统的响应速度 41.开环控制系统的控制信号取决于（D ）
A 系统的实际输出；
B 系统的实际输出与理想输出之差；
C 输入与输出之差
D 输入 42.机械工程控制论的研究对象是（D ） A 机床主喘定系统的控制论问题； B 高精度加工机床的控制论问题； C 自动控制机床的控制论问题 D 机械工程领域中的控制论问题
43.闭环控制系统的特点是系统中存在（C ）、 A 执行环节 B 运算放大环节 C 反馈环节 D 比例环节
44.对控制系统的首要要求是(C) A 系统的经济性 B 系统的自动化程度 C 系统的稳定性 D 系统的响应速度
45.以下关于系统数学模型的说法正确的是（A ） A 只有线性系统才能用数学模型
B 所有的系统都可用精确的数学模型表示
C 建立系统数学模型只能用分析法
D 同一系统可以用不同形式的数学模型进行表示
46.系统的单位脉冲相应函数为w(t)=0.1t ，则系统的传递函数为（A ） A 2
1.0s B
s
1.0 C
2
1s D
s
1
47.传递函数2
31
2)(2+++=
s s s s G 的零点、极点和比例系数分别是（D ）
A 零点为5.0=z ，极点为2,121-=-=p p ，比例系数为1
B 零点为5.0=z ，极点为2,121-=-=p p ，比例系数为2
C 零点为5.0-=z ，极点为2,121-=-=p p ，比例系数为1
D 零点为5.0-=z ，极点为2,121-=-=p p ，比例系数为2
48.线性系统的单位斜坡相应为T t o Te T t t x /)(-+-=，则该系统的单位脉冲相应为（D ） A T t e t w /1)(--= B T t Te t w /1)(--= C T t e t w /)(-= D T t e T
t w /1)(-=
49.已知典型二阶系统的阻尼比为0.5，则系统的单位阶跃响应呈现为（C ） A 等幅振荡 B 发散的振荡 C 收敛的振荡 D 恒值
50.要想减少二阶欠阻尼系统的上升时间，可以采取的措施为（D ） A n w 不变 增大ξ B ξ不变，减小n w C ξ增大，减小n w D ξ减小，增大n w
要想减少二阶欠阻尼系统的最大超调量，可以采取的措施是（A ） A n w 不变 增大ξ B ξ不变，减小n w C ξ增大，减小n w D ξ减小，增大n w
51.以下系统中不属于最小相位系统的是（B ） A s
s G 01.011
)(-=
B s s G 01.011
)(+=
C 101.01
)(-=s s G
D )
1.01(1
)(s s s G -=
52.一阶系统的传递函数为1
1
)(+=s s G ，在输入)30cos(4)(o i t t x -=作用下的稳态输出为（B ）BQD
A )15cos(4)(o o t t x -=
B )75cos(22)(o o t t x -=
C )15cos(22)(o o t t x +=
D )15cos(4)(o o t t x +=
53.已知某环节频率特性的奈奎斯特图唯一单位圆，则该环节的幅频特性为（B ） A 0.1 B 1 C 10 D 无法确定
54.二阶振荡环节的传递函数为16416
)(2++=s s s G ，则其谐振频率为（C ）
A 4
B 22
C 32
D 不存在
55.已知系统开环频率特性的奈奎斯特图如图所示，则该系统的型次为（C ） A0型 BI 型 CII 型 D 无法确定
56.系统s
s G 01.011
)(-=
的奈奎斯特图为（B ）
57.已知最小相位系统的对数幅频特性图如图所示，则系统包含（D ）个积分环节。 A0 B1 C2 D3
58.一个系统开环增益越大，则（A ） A 相对稳定性越小，稳态误差越小 B 相对稳定性越大，稳态误差越大 C 相对稳定性越小，稳态误差越大 D 相对稳定性越大，稳态误差越小
59.劳斯判据用（A ）来判定系统稳定性。 A 系统特征方程 B 开环传递函数
C 系统频率特性的奈奎斯特图
D 系统开环频率特性的奈奎斯特图
60.对于一阶系统，时间常数越大，则系统（A ）
A 系统瞬态过程越长
B 系统瞬态过程越短
C 稳态误差越小
D 稳态误差越大
61.所谓校正（又称补偿）是指（B ）。 A 加入PID 校正器
B 在系统转增加新的环节或改变某些参数
C 使系统稳定
D 使用劳斯判据
62.以下环节正可以作为相位超前校正环节的是(A) A 1
1
2)(++=
s s s G C B 1
31
23)(++?=s s s G C C 121
)(++=
s s s G C D 1
21
3)(++?
=s s s G C
63.以下环节中可以作为相位滞后-超前校正环节的是（B ） A 11)(+=s s G C B 1
2
)(++=s s s G C C 2
1
)(++=s s s G C D 1
31
3.021)(++?
++=
s s s s s G C
机械工程控制基础（第六版）公式 1.典型时间函数的拉氏变换以及拉氏变换的性质 22222 1 111[1];[()]1;[];[]![sin ];[cos ];[]at n n L L t L t L e S S S a w S n L wt L wt L t S w S W S δ+= ===-===++ ①延迟性质：[()].()as L f t a e F S --= ②复数域的位移性质：[()]()at L e f t F S a -=+ ③相似定理：1[()]()S L f at F a a = ④微分性质：()12'(1)[()][](0)(0)(0)n n n n n L f t S F S S f S f f -+-+-+=---- 当初始条件为零时：()[()][]n n L f t S F S = ⑤积分性质：(1)()1[()](0)F S L f t dt f S S -+= +? 初始条件为零时：() [()]F S L f t dt S =? ⑥初值定理：0 (0)lim ()lim ()s t f f t SF S + + →+∞ →==;⑦终值定理：0 lim ()lim ()t s f t SF S →+∞ →= 2.传递函数的典型环节及公式 ①比例环节K ；②积分环节 1S ；③微分环节S ；④惯性环节11TS +；⑤一阶微分环节1TS + ⑥振荡环节 22 121 T S TS ζ++；⑦二阶微分环节2221T S TS ζ++；⑧延时环节S e τ- ⑨开环传递函数()()H S G S ； 其中G(S)为向前通道传递函数，()H S 为反馈传递函数 闭环传递函数() ()1()() G S G S H S G S = +闭 ⑩梅逊公式n n n t T ∑?= ? ； 1231i j k i j k L L L ?=-∑+∑-∑+ 其中：T ——总传递函数 n t ——第n 条前向通路得传递函数； ?——信号流图的特征式 3.系统的瞬态响应及误差分析 ①一阶系统传递函数的标准式()1 K G S TS = +， K 一般取1 ②二阶系统传递函数的标准式222 1 ().2n n n w G S k S w S w ζ=++; K 一般取1 ③2 1d n w w ζ=-；其中ζ为阻尼比，n w 为无阻尼自然频率，d w 为阻尼自然频率
已知两个线性系统G（S）=2s+9/4s2+7s+2和G(S)=s+6/s2+7s+1,应用series函数进行系统的串联连接。 >> sys1=tf([2 9],[4 7 2]) >> sys2=tf([1 6],[1 7 1]) >> sys=series(sys1,sys2) sys = 2 s^2 + 21 s + 54 ---------------------------------- 4 s^4 + 3 5 s^3 + 55 s^2 + 21 s + 2 例1-4 已知两个线性系统G（S）=2s+9/4s2+7s+2和G(S)=s+6/s2+7s+1,应用parallel函数进行系统的并联连接。 >> sys1=tf([2 9],[4 7 2]) >> sys2=tf([1 6],[1 7 1]) >> sys=parallel(sys1,sys2) sys= 6 s^3 + 54 s^2 + 109 s + 21 ---------------------------------- 4 s^4 + 3 5 s^3 + 55 s^2 + 21 s + 2 例1-5 已知线性系统G（S）=2s+9/2s2+6s+5 应用feedback函数进行系统的单位正反馈和负反馈连接。 正反馈 >> sys1=tf([2 9],[2 6 5]) >> sys=feedback(sys1,1,1) sys = 2 s + 9 --------------- 2 s^2 + 4 s - 4 负反馈 >> sys1=tf([2 9],[2 6 5]) >> sys=feedback(sys1,1,-1)
1控制论的中心思想是什么？ 答：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 2机械工程控制论的研究对象及任务是什么？ 答：对象：机械工程技术。任务：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出，并通过系统的输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析；（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使系统的输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最优控制；（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即最优设计；（4）当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此及系统识别或系统辨识；（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中的有关信息，此即滤液与预测。 3什么是信息与信息的传递？试举例说明。 答：一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息都是信息。例如机械系统中的应力、变形、温升、几何尺寸与精度等，表明了机械信号、密码、情报或消息。 所谓信息传递，指信息在系统传递过程中以某种关系动态地传递，或称转换。例如机械加工工艺系统，将工件尺寸做为信息，通过工艺过程的转换，加工前后工件尺寸分布有所变化，这样，研究机床加工精度问题，可以通过运用信息处理和理论和方法来进行。 4什么是反馈与反馈控制？试举例说明。 答：所谓信息的反馈，就是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，再输入到系统中去。如果反馈回去的讯号与原系统的输入讯号的方向相反（或相位差180度）则称之为“负反馈”；如果方向与相位相同，则称之为“正反馈”。例如人类最简单的活动，如走路或取物都利用了反馈的原理以保持正常的动作。人抬起腿每走一步路，腿的位置和速度的信息不断通过人眼及腿部皮肤及神经感觉反馈到大脑，从而保持正常的步法；人手取物时，手的位置与速度信息不断反馈到人脑以保持准确而适当地抓住待取之物。5日常生活中的许多闭环系统与开环系统，试举例说明。 答：开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路。例如洗衣机，它按洗衣、清水、去水、干衣的顺序进行工作，无需对输出信号即衣服的清洁程度进行测量； 闭环系统：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。例如液面调节器和以工作台的位置做为系统输出，通过检测装置进行测量，并将该信号反馈，进行控制工作台运动位置的CNC机床的进给系统。 6何谓控制系统？按是否存在反馈分哪些？ 答：控制系统指系统的输出，能按照要求的参考输出或控制输入进行调节。按是否存在反馈分为2种，即开环控制系统和闭环控制系统。 7拉氏变换的定义是什么？ 答：拉氏变换是分析研究线性动态系统的有力工具，将时域的微分方程变换为复数域的代数方程。 8什么是数学模型？ 答：数学模型是系统动态特性的数学表达式。建立数学模型是分析、研究一个动态特性的前提。 9传递函数的定义及特点是什么？ 答：定义：线性定常系统的传递函数，是初始条件为零，系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变换。 特点：1）传递函数反应系统本身的动态特性，只与系统本身的参数有关，与外界输入无关；2）对于物理可实现系统，传递函数分母中的s的阶次n必不小于分子中的s的阶次m，即n大于等于m，因为实现的物理系统总是存在惯性，输出不会超前于输入；3
全国2002年10月自学考试机械工程控制基础试卷 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号内。每小题1.5分，共30分) 1.控制工程主要研究并解决的问题之一是( ) A.系统已定，输入不确定，求系统的输出 B.系统已定，输入已知，求系统的输出(响应) C.系统已定，规定系统的输入 D.系统不定，输入已知，求出系统的输出(响应) 2.f(t)如图所示 则L ［f(t)］为( ) A.s 1e -2t B. s 2e -2s C. s 1e -2s D. s 1 e -ts 3.已知F(s)=1) s(s 1 ，则L -1 ［F(s)］为( )
4.已知F(s)=L ［f(t)］，若F(s)= 1 2s s 1 2++,则f(t)|t ∞→=?( ) A.21 B.1 C.3 1 D.0 5.下列系统中为线性系统的微分模型为：( ) A.dt ) t (dx )t (x )dt )t (dx ( 12dt )t (x d 16 i 020202=++ B.)t (x )t (x 24dt ) t (dx 12 dt )t (x d 16i 002 02=++ C.)t (x )t (x 24dt ) t (dx 12 )dt )t (x d ( 16i 0022 02=++ D.)t (x )t (x )t ln(24dt ) t (dx 12 e dt )t (x d 16 i 00t 2 02=?+?+ 6.对于定常控制系统来说，( ) A.表达系统的微分方程各项系数不随时间改变 B.微分方程的各阶微分项的幂为1 C.不能用微分方程表示 D.系统总是稳定的 7.系统方框图如图所示，则系统的闭环传递函数为( ) A. G(S)H(S) 1 G(S)H(S)+ B. G(S) -1 H(S)G(S)?
《机械工程控制基础》实验指导书 工程与技术系 二O一一年四月
目录 实验一时间特性的计算机求解 (1) 实验二频率特性计算机求解 (3) 实验三系统稳定性分析 (5) 实验四系统稳态误差的计算 (7)
实验一 时间特性的计算机求解 一、 实验目的 1. 使用matlab 程序语言描述一阶二阶系统的时间响应。 2. 观察系统在单位阶跃信号、单位脉冲信号作用下的输出，并分析其动态性能。 二、 实验设备 计算机及matlab 仿真软件 三、 实验的内容 1. 使用matlab 程序语言描述一阶系统单位阶跃型号下的的时间响应 （1）程序语言： num=[01......,b b b m m -]; den=[01......,a a a n n -]; step(num,den) （2）求解实例： 求解一阶系统1 21 )(+=s s G 单位阶跃响应 num=[1]; den=[2 1]; step(num,den) 响应曲线如图所示：
2. 使用matlab 程序语言描述二阶系统单位阶跃型号下的的时间响应 （1）程序语言： num=[2 n ω]; den=[ 22 12)n n ξωω（]; step(num,den) （2）求解实例： 求解二阶系统4 6.14 )(2 ++=s s s G 单位阶跃响应 num=[4]; den=[1 1.6 4]; step(num,den) 响应曲线如图所示： 四、实验报告要求 使用matlab 程序语言下列一阶和二阶系统单位阶跃信号下的的时间响应，并确定影响系统快速性和稳定性的性能指标 （1）1 31 )(+= s s G （2）1000 5.341000 )(2 ++=s s s G
《机械工程控制基础》习题答案 （1）生活中常见开环控制系统与闭环控制系统综合性能分析：如汽车空调的温度控制与冷库温度控制综合性能分析。 答：开环系统是指系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。其特点是结构简单，比较经济，但系统静特性差，控制精度不高，抗干扰能力差。 闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。其特点是结构复杂，但是控制精度高，动态性能好，抗干扰能力强。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 生活中闭环和开环控制的例子很多，比如汽车空调的温度控制，低端用手动开环控制，这种控制精度不高，而好一点的都用自动闭环控制，闭环控制更加节省能源，精度高，增加用户的舒适度（通过调节温度风门实现）。又比如冷库温度控制，一般都是闭环PID，也比较容易实现，温度控制比较稳定，也就是制冷机组的控制，电加热器功率调节，如用开环控制则很明显温度调节不准，标定移植都不便。 （2）简单机械数学模型的建立，传递函数的推导：如建立脚踏自行车或电动自行车数学的模型。 答：工程中常用的数学模型有微分方程、传递函数、动态结构图和信号流图等。微分方程是指系统中输入量和输出量以及它们各阶导数关系的数学表达式，传递函数是指在零初始条件下，具有线性特征的系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。 下面推导一下动力滑台铣平面的数学模型。 a）动力滑台铣平面b）系统力学模型 系统输出量为)(t x，输入量为) f，根据力学相关规律推导出系统微分方程 (t
机械工程控制基础知识点 ●控制论的中心思想：它抓住一切通讯和控制系统所共有的特点，站在一个更概括的理论高度揭示了它们的共同本质，即通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 机械工程控制论：是研究机械工程技术为对象的控制论问题。（研究系统及其输入输出三者的动态关系）。 机械控制工程主要研究并解决的问题：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出金肯符合给定的最佳要求，此即●最优设计。（4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。 ●信息：一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息。 信息传递/转换：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递。 信息的反馈：是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，再输入到系统中去。如果反馈回去的讯号（或作用）与原系统的输入讯号（或作用）的方向相反（或相位相差180度）则称之为“负反馈”；如果方向或相位相同，则称之为“正反馈”。 ●系统：是指完成一定任务的一些部件的组合。 控制系统：是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。 开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的。闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。
机械工程控制基础课程教学大纲 一、课程名称 机械工程控制基础Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering 学时：40 二、授课对象 机械类各专业 三、先修课程 复变函数、积分变换 四、课程的性质、目标与任务 本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。它是控制论为理论基础，以机械工程系统为研究对象的广义系统动力学；同时，它又是一种方法论。学习本课程的目的在于使学生能以动力学的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。 五、课程的基本要求 1．对于建立机电系统的数学模型，有关数学工具（如Laplace变换等）的应用，传递函数与方框图的求取、简化与演算等，应有清楚的基本概念并能熟练掌握。 2．对于典型系统的时域和频域特性，应有清楚的基本概念并能熟练掌握。 3．掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据。 4．对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常用方法。 5．了解线性离散系统和非线性系统的基本概念和基本的分析方法。 6．对系统辩识问题应建立基本概念。 六、教学内容与学时分配 授课学时为40学时，实验8学时；复习、做习题、写实验报告等课外学时为50学时以上。
一. 填空题(每小题2.5分，共25分) 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 和 。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 和 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 、 等。 4． 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统 的程度。 5． 一阶系统 1 1 Ts 的单位阶跃响应的表达是 。 6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 。 7． 频率响应是线性定常系统对 输入的稳态响应。 8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与 的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的 。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 。 二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分） 炉温控制系统 图1 炉温控制结构图 试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。 三、如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分） 图2 R u 0 u i L C u 0 u i (a) (b) (c)
四、求拉氏变换与反变换(10分) 1．求[0.5]t te - l（5分） 2．求1 3 [] (1)(2) s s s - ++ l（5分） 五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）
图3
六、图4示机械系统由质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度K 和外力)(t f 组成的机械动力系统。图4(a)中)(t x o 是输出位移。当外力)(t f 施加3牛顿阶跃力后(恒速信号)，记录仪上记录质量m 物体的时间响应曲线如图4（b ）所示。试求： 1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5分) 2）该系统的自由频率n ω、阻尼比ξ；(2分) 3）该系统的弹簧刚度质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度k ；（3分） 4）时间响应性能指标：上升时间s t 、调整时间r t 、稳态误差ss e （5分）。 1.0 x 0 图4(a) 机械系统 图4（b ）响应曲线 图4
一、填空题（20分） 1、系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。 2、对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和精确或准确性。 3、传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 4、传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。 5、判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。 6、频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。 7、系统的性能指标按其类型可分为时域性能指标，频域性能指标，综合性能指标。 8、用频率法研究控制系统时，采用的图示法分为极坐标图示法和对数坐标_图示法。 9、系统稳定的充要条件是：系统的全部特征根都具有负实部。 10、对广义系统，按反馈情况可分为开环系统、闭环系统。
选择题（20分） 1、拉氏变换将时间函数变换成 （ D ） A ．正弦函数 B ．单位阶跃函数 C ．单位脉冲函数 D ．复变函数 2、微分环节的频率特性相位移θ(ω)= ( A ) A. 90° B. -90° C. 0° D. -180° 3、设系统的传递函数为G(s)=25 525 2 ++s s ，则系统的阻尼比为 （ C ） A.25 B. 5 C. 2 1 D. 1 4、正弦函数sin t ω的拉氏变换是 （ B ） A. ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2 2s 1ω + 5、比例环节的频率特性相位移θ(ω)= ( C ) A.90° B.-90° C.0° D.-180° 6、一阶系统的阶跃响应， ( D ) A.当时间常数T 较大时有振荡 B.当时间常数T 较小时有振荡 C.有振荡 D.无振荡 7、系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 ( C ) A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是 8、时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 （ D ） A ．脉冲函数 B ．斜坡函数 C ．抛物线函数 D ．阶跃函数 9、令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的 ( B ) A ．代数方程 B ．特征方程 C ．差分方程 D ．状态方程 10、线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 （ D ） A ．系统输出信号与输入信号之比 B ．系统输入信号与输出信号之比 C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比
《机械工程控制基础》 实验报告 班级： 学号： 姓名：
一、实验目的： （1）掌握MATLAB 和SIUMLINK 在控制工程领域中的基本应用。 （2）了解一阶系统和二阶系统的对典型输入的响应波形和系统的频率特性。 二、实验设备及仪器： 计算机，MATLAB6软件一套； 三、实验内容： 1、以MATLAB 命令方式，绘制出下列传递函数的单位阶跃响应波形和BODE 和Nyuist 图。 (1)G1=1/s 单位阶跃响应波形图 BODE 图 Nyquist 图 (2)G2=1/(0.5s+1) 单位阶跃响应波形图 BODE 图
Nyquist图 (3)G3=s 因为传递函数中分母s的阶数高于分子s阶数，所以没有单位阶跃波形图。 BODE图Nyquist图 (4)G4=0.5 s + 1 因为传递函数中分母s的阶数高于分子s阶数，所以没有单位阶跃波形图。 BODE图Nyquist图
(5)G5=1/（s^2 + 1.4 s + 1） 单位阶跃响应波形图BODE图 Nyquist图 (6)g6=（0.5 s + 1）/（s^2 + 1.4 s + 1） 单位阶跃响应波形图BODE图 Nyquist图
2、利用SIMULINK对下图所示系统建立控制系统模型，并对输入为单位阶跃信号和正弦信号时进行系统输出仿真。 单位阶跃: 正弦信号: 3、利用MATLAB，求出下边传递函数的单位阶跃响应，完成下表并总结规律。 传递函数：G（s）=1/(τs+l) τ=0.1 τ=1
τ=5 τ=10 τ=50 规律总结：惯性环节的输入响应不能立即稳定，存在时间上的延迟，时间常数愈大惯性愈大，延迟时间愈长，时间常数表征该环节的惯性,同时上升时间与时间常数成正比。
Mavis [“了解时控甜岳抚的建申要求. 二、本章重点 门》学台茁峙息论的魂贞分崭：恳蛭帕动蕊特ft,洁息克》理聯倩J&庚槪的含止最幷件用. 律）草1815制泵規的赴本槪忠、基專虫呈.慕半如城特工怖厲理1迪制控钢系筑戶框擠》三，忒拿难点 ri^W.M^Jg.&^.SUMSESf 方if 團的检谢. M I I麼也娱木卷如l￡H讯h 1, B JJW示.旳了砾特搭申的jS!f .由戏控开衆苗週迪斷开唯加聽！S的电BL住隹川疾水耐*水報屮我岀緘水井帶克律水、.试说鹏该杀境工作原現非程出杲炕的力雀Hi. M 在电奧木理募貌中，水黠内的朮ifl需晏捋 欝?即木艳为矮桂对聚.水的耳薛S9UW 或用:为乐 蛻的監出址，股为丁‘*「（?" 辑人“.rtf P希斓的注 蘆i給定価、“扳为7/C）r±f 卑品因甫惶水繪内*迫下泮fit肖號康垛的丄！！丁 扰, 屿于」9） = 7\〔亡｝砒.壮轴的实环水迫境滞迫 元伴惟楷，舁捋实聒比ill轴牝感相康的it 慣号，与S1 艳开吴代先議定的倩号港行比牧而谒刖的債弄为#, 此时电加無胃不工作，忒轲中茁朮悅煤舟11需！^的退揮J jf!f使用热水井注人冷术廿，朮曲下斤，此肘^■JCKT.C C），*! 慎24*內平面旅事揑开柴工什.于用电SF.|t：?，电抑热器厅的农水珂内的4（进打加姑”使朮迅上札直科7*.CVV-7V CKOJ1E. IUR倒I, I.to所示. I. l.Lf % ft * ft .fi ff ra 瞬Id ffiiftj.s.fl）为--恒沮辅的曬度控髀累itit分析盘牛杲烧的自动iSjS过軽井说明应牛系城的第出（L战人赴、挣制扯和扰动it各是什么：扰）作用下.从系荒的-?定的创蜡狀崔出址，折變历的山兀内部的国肯忡性（即由泉配的结构与寥數肝决宦的特性）所撩定的整冲动态万职;研究更一系紀盘其输「输出二若之司的靳态英系* 从系乳■輪人.输出三淆之阿省关系雷崔，根惬已込茱杵与*辟问题休不同.机城工程挖制论的ft务可CI好为观下五方面： H）已胸杀姣、埔人‘点系竦的曲出，即系JE井忻问便； S）巳知.長纹和系境的理想域％.谕廿嵐4即嚴优控叙间題； （3）e^?人和理恕箱出”设计第槪,即总忧设itHSi 训[瑜出己知，确定乐就"欣识刖卷人战箱人中肿有关信总■，此即注曲可横泗问題匸 （5）系址的爭人和输出已知，求系貌的塔种弓毒數，即亲號脚识局题， 12卄么拦内反章？为卄么说内反愤是便肌戦薬軌纷鷲夏杂的三要原因？ M内反tfl是猶在乘St内厅布曾的蓉E自耕琏应的辰I乱它.王要由叢址内部务彷元累之向的相互縞舍顾形庇.内戈槪辰険斤址円邨备晏教之间的内住联凤其的ijit昭址的厨态特性有菲常敏战的勒咱，断机檢蕃址存崔的内反協情况千差乃肚错熄丑亲,因此使挣杠悴系SE尊鬣夏夷* 13试分析JD田（题1.1.a）^示系.统的内反愷侑况. fflf?t-?.nJ I.3.M K分别对电?阿进甘曼力旁祈.井列耳算动力学方程 flixij i A J 控制基础 填空题(每空1分，共20分) 1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用___叠加__原理，而非线性控制系统则不能。 2．反馈控制系统是根据输入量和__反馈量__的偏差进行调节的控制系统。 3．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差e ss =__∞___。 4．当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是__负数__时，系统是稳定的。 5.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和__反馈 _连接。 6．线性定常系统的传递函数，是在_ 初始条件为零___时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 7．函数te -at 的拉氏变换为2)(1 a s +。 8．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__相频特性__。 9．积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为__－20__dB ／dec 。 10．二阶系统的阻尼比ξ为 _ 0_ 时，响应曲线为等幅振荡。 11．在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差e ss =__0__。 12．0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为___0___dB/dec ，高度为20lgKp 。 13．单位斜坡函数t 的拉氏变换为 21 s 。 14. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为__恒值__控制系统、 ___随动___ 控制系统和程序控制系统。 15. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、 __快速性__和准确性。 16. 系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定，与__输入量、扰 动量__的形式无关。 17. 决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和_无阻尼 自然振荡频率w n 。 18. 设系统的频率特性Ｇ(j ω)=R(ω)+jI(ω),则幅频特性|G(j ω)|=)()(22w I w R +。 19. 分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I 型系统、II 型系统…， 这是按开环传递函数的__积分__环节数来分类的。 20. 线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的___左___部分。 21．ω从0变化到+∞时，惯性环节的频率特性极坐标图在____第四 ____象限，形状为___半___圆。 22. 用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是_正弦函数_。 23．二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为10<<ξ。 24．G(s)=1 +Ts K 的环节称为___惯性__环节。 25．系统输出量的实际值与_输出量的希望值__之间的偏差称为误差。 26．线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用___线性微分__ 机械工程控制基础实验报告 班级：072104-22 姓名：李威 学号：20101003439 实验一 （一） 利用Matlab 进行时域分析： （1） 用Matlab 求系统时间响应： 设系统的传递函数为 G(s)= 50 )501(05.050 2 +++s s τ 求该系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲响应、单位阶跃响应。 令τ=0、τ=0.0125、τ=0.025，应用impulse 函数，可以得到系统单位脉冲响应; 应用step 函数，同样可以得到系统单位阶跃响应。文本中tao 即为τ,所用Matlab 文本及响应曲线如下： 00.2 0.40.60.8 -10 -50510 152025 t(sec) x (t ) 00.2 0.40.60.8 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 t(sec) x (t ) （1）单位脉冲响应曲线 （2）单位阶跃响应曲线 t=[0:0.01:0.8] % nG=[50]; tao=0;dG=[0.05 1+50*tao 50];G1=tf(nG ,dG); tao=0.0125;dG=[0.05 1+50*tao 50];G2=tf(nG ,dG); tao=0.025;dG=[0.05 1+50*tao 50];G3=tf(nG ,dG); % [y1,T]=impulse(G1,t);[y1a,T]=step(G1,t); [y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t); [y3,T]=impulse(G3,t);[y3a,T]=step(G3,t); 一、 填空题(每空1分，共20分) 1. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。 3. 判别系统稳定性的出发点是系统特征程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。 4. I 型系统G s K s s ()() = +2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度 输入下，稳态误差为 ∞ 。 5. 频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。 6. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是(渐进)稳定的系统。 7. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。 8. 系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。 9. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分程来描述。 10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc （截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性 和准确性。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环控制系统 和 闭环控制系统 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分程 、传递函数等。 4． 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。 5． 一阶系统 1 1 Ts +的单位阶跃响应的表达是/1t T e --。 6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。 7． 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。 8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。 二．如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分程，并求出该电路的传递函数。（10分） 图2 解答：跟据电压定律得 R u 0 u i L C u 0 u i (a) (b) (c) 00220022 1 1()i i u dt u u RC d u du d u dt RC dt dt RCs G s +=+== ? 第一章绪论 1、控制论的中心思想、三要素和研究对象。 中心思想：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 三要素：信息、反馈与控制。 研究对象：研究控制系统及其输入、输出三者之间的动态关系。 2、反馈、偏差及反馈控制原理。 反馈：系统的输出信号部分或全部地返回到输入端并共同作用于系统的过程称为反馈。 偏差：输出信号与反馈信号之差。 反馈控制原理：检测偏差，并纠正偏差的原理。 3、反馈控制系统的基本组成。 控制部分：给定环节、比较环节、放大运算环节、执行环节、反馈（测量）环节 被控对象 基本变量：被控制量、给定量（希望值）、控制量、扰动量（干扰） 4、控制系统的分类 1）按反馈的情况分类 a、开环控制系统：当系统的输出量对系统没有控制作用，即系统没有反馈回路时，该系 统称开环控制系统。 特点：结构简单，不存在稳定性问题，抗干扰性能差，控制精度低。 b、闭环控制系统：当系统的输出量对系统有控制作用时，即系统存在反馈回路时，该系 统称闭环控制系统。 特点：抗干扰性能强，控制精度高，存在稳定性问题，设计和构建较困难，成本高。 2）按输出的变化规律分类 自动调节系统 随动系统 程序控制系统 3）其他分类 线性控制系统连续控制系统 非线性控制系统离散控制系统 5、对控制系统的基本要求 1）系统的稳定性：首要条件 是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。 2）系统响应的快速性 是指当系统输出量与给定的输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的能力。 3）系统响应的准确性（静态精度） 是指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差大小。 第二章系统的数学模型 1、系统的数学模型：描述系统、输入、输出三者之间动态关系的数学表达式。 时域的数学模型：微分方程；时域描述输入、输出之间的关系。→单位脉冲响应函数复数域的数学模型：传递函数；复数域描述输入、输出之间的关系。 频域的数学模型：频率特性；频域描述输入、输出之间的关系。 2、线性系统与非线性系统 线性系统：可以用线性方程描述的系统。 重要特性是具有叠加原理。 3、系统微分方程的列写 4、非线性系统的线性化 5、传递函数的概念： 1）定义：初始状态为零时，输出的拉式变换与输入的拉氏变换之比。即 G(s) =Y(s)/X(s) 2）特点： （a）传递函数反映系统固有特性，与外界无关。 （b）传递函数的量纲取决于输入输出的性质，同性质的物理量无量纲；不同性质的物理量有量纲，为两者的比值。 （c）不同的物理系统可以有相似的传递函数，传递函数不反映系统的真实的物理结构。（d）传递函数的分母为系统的特征多项式，令分母等于零为系统的特征方程，其解为特征根。 （e）传递函数与单位脉冲响应函数互为拉氏变换与拉氏反变换的关系。 机械控制工程基础 一、填空题 1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用 叠加 原理，而非线性控制系统则不能。 2．反馈控制系统是根据输入量和 反馈量 的偏差进行调节的控制系统。 3. 根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为__开环_控制系统、_闭环__控制系统。 4. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为 恒值 控制系统、 随动 控制系统和 程序控制系统。 5. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。 6. 根据控制系统元件的特性，控制系统可分为__线性__ 控制系统、 非线性_控制系统。 7. 线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用 线性微分 方程来描述。 8. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、 快速性 和准确性。 9. 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数等。 10. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 11. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于 系统本身的结构和参数 ，并且只适于零初始条件下的 线性定常 系统。 12. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终稳定状态的响应过程。 13. 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 14. 单位斜坡函数t 的拉氏变换为 2 1 s 。 15. 单位阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。 16．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差e ss = ∞ 。 17. I 型系统G s K s s ()() =+2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态 误差为 ∞ 。 18. 一阶系统11 Ts +的单位阶跃响应的表达是T t e --1。 《机械工程控制基础》试卷（A 卷） 一、填空题（每空1分，共20分） 1、对控制系统的基本要求是 系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 。 2、已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 1/s 2+1/s 或者（1+s ）/s 2 。 3、二阶系统的极点分别为s 1=?0.5,s 2=?4，系统增益为2，则其传递函数G(S)= 2/(s+0.5)(s+_4) 4、零频幅值A(0)表示当频率ω接近于零时，闭 环系统输出的幅值与输入幅值之比。 5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题，机械工程控制就是研究系统、输入、输出三者之间的动态关系。 6、系统的频率特性求取有三种方法：根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s 换为 jw 来求取。 8、微分环节的控制作用主要有 使输出提前 、 增加系统的阻尼 、 强化噪声 。 9、二阶系统的传递函数为2 22 2)(n n n s s s G ωξωω++=，其中n ω为系统的 无阻尼固有频率 ，当10<<ξ时为 欠阻尼 系统。在阻尼比ξ<0.707时，幅频特性出现峰值，称谐振峰值，此时 的频率称谐振频率ωr ＝221ξω-n 。 10、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为相似系统。 11、对自动控制系统按照输出变化规律分为自动调节系统、随动系统、程序控制系统。 12、对积分环节而言，其相频特性∠G(jw)=-900。 二、名词解释（每个4分，共20分） 1、闭环系统：当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时，称之为闭环系统。 2、系统稳定性：指系统在干扰作用下偏离平衡位置，当干扰撤除后，系统自动回到平衡位置的能力。 3、频率特性：对于线性定常系统，若输入为谐波信号，那么稳态输出一定是同频率的谐波信号，输出输入的幅值之比及输出输入相位之差统称为频率特性。 4、传递函数：在外界作用系统前，输入、输出的初始条件为零时，线性定常系统、环节或元件的输出x 0(t)的Laplace 变换X 0(S)与输入x i (t)的Laplace 变换X i (S)之比，称为该系统、环节或元件的传递函数G(S) 5、系统：由相互联系、相互作用的若干部分构成，而且有一定的目的或一定运动规律的一个整体，称为系统。 三、 分析题（每题6分，共12分） 1、分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。（要求绘出原理方框图） 分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。 解：人骑自行车时，总是希望具有一定的理想状态（比如速度、方向、安全等），人脑根据这个理想状态指挥四肢动作，使自行车按预定的状态运动，此时，路面的状况等因素会对自行车的实际状态产生影响，使自行车偏离理想状态，人的感觉器官感觉自行车的状态，并将此信息返回到大脑，大脑根据实际状态与理想状态的偏差调整四肢动作，如此循环往复。其信息流动与反馈过程可用下图表示。 2、 C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,分别以C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(3)比较以上各传递函数的分母,从中可以得出什么结论。 (1)以R(S)为输入,当N(S)＝0时,C(S) ,Y(S)为输出的闭环传递函数； (2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,以C(S)为输出的闭环传递函数； 从上可知：对于同一个闭环系统，当输入的取法不同时，前向通道的传递函数不同，反馈回路的传递函数不同，系统的传递函数也不同，但系统的传递函数分母不变，这是因为分母反映了系统固有特性，而与外界无关。 四、计算题（每题10分，共30分） 1、求图所示两系统的传递函数,其中x i (t)、u i 为输入，x o (t)、u o 为输出 。(写出具体过程) 专业班级： 姓名： 学号： …………………………密………………………………封………………………………线………………………… )()()(1) ()()()()(2121s H s G s G s G s G s R s C s G C +==) ()()(1)()()()(211s H s G s G s G s R s Y s G Y +==)()()(1)()()()(212s H s G s G s G s N s C s G C +==)()()(1)()()()()()(2121s H s G s G s H s G s G s N s Y s G Y +-==机械工程控制基础考试题完整版(1)
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