1、 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 （ 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.
2、传递 函数 2. 函数 ( ) 0 t te a ct + 的拉氏 变换 式为 A. ( ) 2 c s 1 as + + B. 2 cs s e s a + C. ( ) 2 c s 1 s a + + D. ( ) 2 c s 1 s a + 3. 二阶 系统 的性 能指 标： r t 、 p t 、 s t ，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： ( ) 3 s 2 s G + = ， 在单 位 脉冲 信号 输入 下， 输出 函数为 A. 5 s 2 +B. 3 s 2 +
3、C. 3 s 2 D. 5 s 2 5. 下图 示控 制系 统的 闭环传 递 函数 为 5 题图 ( ) s R + ( ) s G 1 ( ) s G 2 ( ) s G 3 ( ) s C + 一 A. ( ) ( ) ( ) ( ) s G s G 1 s G s G 1 3 1 2 1 + B. ( ) ( ) ( ) ( ) s G s G 1 s G s G 1 3 2 2 1 + +C. ( ) ( ) ( ) ( ) s G s G 1 s G s G 1 3 2 3 1 + +D. ( ) ( ) ( ) ( ) s G s G 1 s G s G 1 3 2 3 1 + 6
4、. 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 ( ) 1 s 2 s 2 s G 2 + = ， 则系 统为 A. 型 系统 B. 型系统 C. 型 系统 D. 0 型系 统 8. 已知 系统 的传 递函 数为 ( ) ( ) s 5 . 0 1 s s 10 s G + + = , 则系统 的幅 频特 性为 A. ( ) 2 2 2 5 . 0 1 10 A + = B. ( ) 2 2 5 . 0 1 10 A = C. ( ) 2 2
5、 2 2 5 . 0 1 100 A + = D. ( ) 2 2 2 2 5 . 0 1 100 A + + = 9. 对最 小相 位系 统而 言，系 统 的相 对稳 定性 是指 相位 裕 度 和幅 值裕度 Kg 为 A. 大 于 0，而 Kg 可以小 于0 B. 和 Kg 均 小于 0 C. 和 Kg 均 大于0 D. 小 于 0，而 Kg 可以 大于 0 10. 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
6、- 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 0 时的 A( ) 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. ( ) 1 s 2 s G + = 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 ( ) ( ) s 8 . 0 s 20
7、 s G + = 时， 该系统 为 阶系统 。 18. 某控 制系 统输 出 信号 ( ) 1 s 4 9 s X 2 + = ， 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
8、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 ： ( ) 800 s 200 s 88 s 14 s 2 s 20 s 17 s 12 s 3 s F 2 3 4 5 2 3 +
9、 + + + + + + = 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 ( ) ( ) ( ) 1 s 1 . 0 1 s s K s G + + = ，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 60 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
10、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 ct te 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： r t 、 p t 、 s t 反映了 系统的 快速 性。 4. 【A 】 此 题考 查动 态系 统的构
11、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 ( ) 1 s H = ， 负 反馈对 应的 闭环 传递 函数 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s H s G 1 s G s X s Y s + = = ， 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， ( ) 1 s X = ， ( ) ( ) 5 s 2 1 3 s 2 1 3 s 2 s s Y + = + + + = = 5. 【B 】此 题考 查动 态系 统的构 成中 ，环 节的 连
12、接 ( ) s G 1 和下边 的 ( ) 1 s H = 构成并 联， 等效 传递函 数为 ( ) 1 s G 1 + ， ( ) s G 2 和 ( ) s G 3 构成反 馈 联接 ，等 效传 递函 数为 ( ) ( ) ( ) s G s G 1 s G 3 2 2 + ，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 ( ) ( ) ( ) ( ) s G s G 1 s G s G 1 3 2 2 1 + + 。 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， p M 表征了 系
13、统 的相对 稳定 性。 ( ) s R + ( ) s G 1 ( ) s G 2 ( ) s G 3 ( ) s C + 一 ( ) s R ( ) 1 s G 1 + ( ) ( ) ( ) s G s G 1 s G 3 2 2 + ( ) s C ( ) s R ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s G s G 1 s G s G 1 3 2 2 1 + + ( ) s C 7. 【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
14、 ， 此题 中单 位反馈 控制 系统的 开环 传递 函数 为 ( ) 1 s 2 s 2 s G 2 + = ，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 ( ) ( ) s 5 . 0 1 s s 10 s G + + = , 则系统 的幅 频特 性为 ( ) 2 2 2 2 5 . 0 1 100 A + + = 。 9. 【C 】 此题考 查相 位裕 度 和幅 值裕 度 Kg， 知识 点在 课本 191 页， 对最 小相位 系 统而 言， 0 时，系 统稳 定； 0 时
15、， 系统 不稳定 。 0 k g ，系统 是稳 定的 ； 0 k g 时， 系统 是不稳 定的 ，故 而系 统要 稳定， 需要 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 0 时的 A( ) 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 。
16、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。 ( ) ( ) 0 1 s s 2 lim s H s sG
17、lim k 0 s 0 s v = + = = 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 。 2 n n 2 2 n s 2 s + + 为典型二 阶系 统的 传递 函数 。 此题 系 统传 递函 数 ( ) ( ) s 8 . 0 s 20 s 8 . 0 s 20 s G 2 + = + = ，此 系统 最高 阶次为 2 ，所以 是二 阶系统 。 18. 答案 ： t 2 1 sin 2 9 。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
18、 统输出 信号 ( ) 1 s 4 9 s X 2 + = ， 则对 应的 ( ) ( ) t 2 1 sin 2 9 2 1 s 2 1 2 9 L 1 s 4 9 L s X L t x 2 2 1 2 1 1 = + = + = = 。 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
19、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
20、 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.
21、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。 ( ) t x 1解 ： 分别 对质量 m 和 ( ) t x 1 利用 牛顿第 二定 律得 ： ( ) ( ) (
22、 ) ( ) ( ) t x m t x t x k t f 1 2 = ( ) ( ) ( ) ( ) 0 t x t x k t x k 1 2 1 1 = 整理得 ： ( ) ( ) ( ) t f t x k k k k t x m 2 1 2 1 = + + 27. 系统 的闭 环传 递 函数为 ： ( ) 800 s 200 s 88 s 14 s 2 s 20 s 17 s 12 s 3 s F 2 3 4 5 2 3 + + + + + + + = 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
23、为：S 5 +2S 4 +14S 3 +88S 2 +200S+800=0 各项 系数 均为 正， 列出劳 斯数 列 S 5 1 14 200 S 4 2 88 800 S 3 -30 -200 S 274.7 800 S 1121 S 0800 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 ( ) ( ) ( ) 1 s 1 . 0 1 s s K s G + + = ，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
24、60 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 j ( 1 G =20 即丨 G(j) 丨=0.1 又 =g 时， ( ) = 180 则 ( ) = = 180 tan 1 . 0 tan 90 g 1 g 1 gg=3.16rad/S 丨 G(j g) 丨= 1 . 0 1 ) ( 1 ) (0.1 K 2 g 2 g g = + +得 K1.05 (2) 使系 统的 相应 裕度 =+60 0 的 K 值。 由给定 条件 ( ) = = + = 60 tan 1 . 0 ta
25、n 90 180 180 c 1 c 1 cc=0.5rad/s 将 c=0.5rad/s 代 入幅 频特 性，并 令其 等于 1 ，即 1 1 ) ( 1 ) (0.1 K 2 c 2 c c = + +得 K0.56 A119 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
26、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. 1 RC RC +B. 1 RC R +C. 1 RCs s +D. 1 RCs 1 +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.1 80 B. 30 C. 90 D. 60 3. 下列 系统 中， 最小 相位系 统 是 A. ( ) ( ) s 1 . 0 1 s 1 s G = B. ( ) s 01 . 0 1 1 s G = C. ( ) s 01
27、 . 0 1 1 s G + = D. ( ) 1 s 01 . 0 1 s G = 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 s 1 ，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.
28、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 R C ( ) s U i( ) s U 0 C. 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 K g 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
29、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
30、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 2 s 1 ， 在输入 ( ) t 3 sin 2 t r = 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 d t 规 定为 响应 c （t）第 一次
31、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
32、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 ( ) t 1 t r + = ，测得响 应 ( ) 9 . 0 e 9 . 0 t t c t 10 + = ，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 X i (S) 一 s 1 s 1 ( ) ( ) 1 s 5 s K + + ( ) s X 0参考答案 及 解析 一、单 项选 择题 （本 大题 共 10 小题 ，
33、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
34、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。 Ts 1 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
35、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 ( ) t c 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 K g 的 定义 ，
36、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
37、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 i s 均应在 复
38、平面 的 左 半平面 。 14. 答 案： 9 2 。 此 题考 查频率 特 性， 知识 点在 课本 134 页 。式（5-7）中 ( ) = j G A B 为输 出正弦 信号 的幅 值。 在此 题中系 统传 递函 数为 2 s 1 ，在 输入 ( ) t 3 sin 2 t r = 作用下 ，稳 态输 出响应 的幅 值为 ( ) ( ) ( ) 9 2 3 j 1 2 j 1 2 j G A B 2 2 = = = = 。 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 ( ) 1
39、j G = ， 对应 于 伯德 图上 ( ) ( ) dB 0 1 lg 20 j G lg 20 L = = = 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
40、：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 d t ： 单位 阶跃 响应 ( ) t c 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
41、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 2 n n 2 2 n s 2 s + + 其 中： 为 阻尼 比， n 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 ss e 即： ss e = ) t ( e li
42、m t ； 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
43、系统 处于 静止 平衡状 态 时， 施加 输入 信号 ( ) t 1 t r + = ，测得响 应 ( ) 9 . 0 e 9 . 0 t t c t 10 + = ，试求 系统 传递 函数 。此 题考查 传递 函数 。 解： 2 2 s 1 s s 1 s 1 ) s ( R + = + = ) 10 s ( s ) 1 s ( 10 s 9 . 0 10 s 9 . 0 s 1 ) s ( C 2 2 + + = + + = 10 s 10 ) 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
44、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 ) 5 s )( 1 s ( s K ) s ( G + + + = 特征 方程 为： 0 K ) 1 s )( 5 s ( s = + + + 即： 0 K s 5 s 6 s 2 3 = + + + 列写 劳斯 表： K 6 K 30 K 6 5 1 s s s s 0 1 2 3 依劳 斯判 据， 系统 稳定 要 求： 30 K , 0 6 K 30 则 0 K , 0 K 则 得：0K30 X i (S) 一 s 1 s 1 ( ) ( ) 1 s 5 s K + + ( ) s X 02014
45、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
46、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) s Fs ss + = + ，则 () ft 的终值等于 A.2 B.5 C.0 D. 二、 填空题 （本大
47、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) Gs ss = + ， 其原函数为 。 8.二阶系统瞬态响应中的 p M ，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)(5 2) s Es ss s + = + ， 则 其 稳态误差为 。 10.系统传递函数 1 () (1 ) Gs ss = + ， 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 。
48、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) Gs ss = + ，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) s e Gs ss s = + ， 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 ) 2 t Ct e = ，试
