河南科技大学考研803机械控制工程基础2015年真题及答案

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1、一、(30分)填空题，每空2分1.口动控制系统按有无反馈来分类可分为：开环和闭坏。2.对自动控制系统的三个基本要求是稳定、准确、与快速。3.在零初始条件时,输；I:拉氏变换少输入拉氏变换Z比称为线性系统(或元件)的传递函数。4.控制系统的时间响应，可以划分为瞬态和稳态两个过程。5.频率响应是系统对匸弦输入的稳态响应,频率特性包括幅频和相频两种特性。6.系统渐近稳定的充分必婆条件是闭环控制系统传递函数的特征方程的根一都具有负实部。二、(10分)1-5.ACABD三、(12分)如图1所示的机械系统，求该系统的传递函数G(s)=X}(s)/F(s).图1解：/(『)・K2(x

2、2-xj-B2(x2iixj-鸟可(/M內注心(吃・K“・B{x~拉氏变换，并将参数带入得：(2?+5$+5)X2=尸十(3卄5)X,⑴分)("+6$+9)X,=(3s+5)X2消去/后得到传递函数G(s)=空2=(3s+5)(4分)F(s)2s4+17s3+442+455+20四、(12分)汽车主动悬挂系统控制原理图如图2所示。厂为路面颠簸，x为车身垂肓位移。求传递函数X(s)/R(s)0解：添加辅助变量a,则a=(R+K2X)K}G{X=(a・K2X)G2（方法不限6分）消去中间变量a,得到X=[(/?+K1X)KlGl・K2Xjp2(2分)整理麻得到传递函数（4分

3、）X(s)_KG©~R(s)~1+K2G2-K}K2G}G2五、（12分）为了治疗哮喘，盂要通过静脉输液的方式，按照一定的速度将茶碱输入体内。控制茶碱在血液中的浓度非常重要，浓度低了药效不明显，浓度高了会产生毒副作用。假设血液中药物浓度为c（/）（单位：毫克/升），药物的输液速度为迫）（单位：毫克/小吋）。则药物浓度和输液速度的关系为dc(t)_i(t)~dl其中，V、R是常数系数。（1）.求输液速度为常数几时，药物浓度变化曲线c（/）；（2）.多长时间药物能够达到所需浓度的95%?（3）.若V=0.6升、k=0.07//b时，那么为了保持血液中12毫克/升的药物浓度，

4、输液速度几应该是多少?解:传递两数为需=11Vs+k当z(f)=IR时,c($)=丄1几_几(1Vs+ksVks解得^)=^(1-八)（6分）（=2时，浓度达到稳态值的95%（2分）kIR=Vkcss=0.6*0.07*12=0.5毫克/小时（4分）六、（12分）系统如图3所示，厂⑴为输入，d（/）为扰动。请设计合适的系数K「心满足（1）.单位阶跃扰动产生的稳态谋差为-0.000012（2）.单位斜坡输入対应的稳态误差为0.003o解:图3扰动对偏差的传递函数器二s(s+4)]

5、K“+2)K「5+3s(s+4)s(s+4)则单位阶跃时的稳态课并乞5+3s(s+4)输入对

6、偏差的传递函数需二111«($+2)K「5+35(5+4)则单位斜坡时的稳态误差乞=忸5»K心+2)?s+3s(s+4)七、当q=0.003时，解得K,0.016（6分）（18分）已知某机械手传递函数为G（s）=2000(s2+2.V4-1Q2)(5+1)(?+605+1002)（1）.绘制Bode图；（2）.大致佔计此机械手在哪个频率上会发生谐振。解：增益K=20（）0*102/1/10（）2=20（2分）一阶惯性环节转折频率为1（2分）二阶微分环节转制频率为10,阻尼比为0.1（4分）二阶震荡环节转折频率为100,阻尼比为0.3（4分）绘图（4分）40mp)①pn七

7、乏-2090450-45BodeDiagram3020100-JUUA.rnrmiILL-9010101010Frequency(rad/s)101010谐振频率lOOrad/s（2分）入、（12分）单位负反馈系统的开坏传递函数G（$）=后氏'使用R^h判据求使系统稳定的K值范围闭环传递函数6（5）=K(s+4)$($+1.2)(s+2)'K(s+4)5K(s+4)5f+16〃+(12+5K)s+20K31612+5K20K51192-20K(6分)5°20K稳定范围0vK<9.6(2分)心)1(匚4贬6)图4(4分)15-50510RealAxis1520Nyquis

8、tDagram105050s_x0—+▲-解：频率特性6(»=(jvv+2)(jw+4)(yvv+6)绘图(4分)K较小时，曲线收缩，不包围(-1,jO)点,系统稳定。(4分)1时的开环Nyquist图如图5所示卜、(12分)已知某单位负反馈系统的开环传递函数为K"十3)($+5),当《=($・2)(,4)(1).系统是杏稳定；(2).K如何变化会使系统稳定性变差；2N