機械工程控制基礎期末試卷答案

1、,填空題（每小題2.5分，共25分）1. 對控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為穩(wěn)定性、和二2. 按系統(tǒng)有無反饋，通?？蓪⒖刂葡到y(tǒng)分為和。3. 在控制工程基礎課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學模型有、等。4. 反映出穩(wěn)態(tài)響應偏離系統(tǒng)希望值的程度，它用來衡量系統(tǒng)的程度15. 一階系統(tǒng)的單位階躍響應的表達是。Ts16. 有系統(tǒng)的性能指標按照其類型分為時域性能指標和。7. 頻率響應是線性定常系統(tǒng)對輸入的穩(wěn)態(tài)響應。8. 穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且與的類型有關。9. 脈沖信號可以用來反映系統(tǒng)的。10. 階躍信號的拉氏變換是。其工作原理。三、如圖2為電路。求輸入電壓U與輸出電壓U0之間的微分方程，并求該電路

2、的傳遞函數(shù)（10分）EIIFT-uiRu0uiCRjUo（a）削2UiLCU0四、求拉氏變換與反變換（10分）1 .求電.5tet（5分）3s2 .求1(5分)(s1)(s2)£(s)ox十(S)!X(S%H六、圖4示機械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K和外力f(t)組成的機械動力系統(tǒng)。圖4(a)中xo(t)是輸出位移。當外力f(t)施加3牛頓階躍力后(恒速信號)，記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時間響應曲線如圖4(b)所示。試求：1)該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學模型和傳遞函數(shù)；(5分)2)該系統(tǒng)的自由頻率n、阻尼比；(2分)3)該系統(tǒng)的彈簧剛度質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度k;(3分)4)時間響

3、應性能指標：上升時間ts、調(diào)整時間t.、穩(wěn)態(tài)誤差ess(5分)。圖4(a)機械系統(tǒng)圖4(b)響應曲線10、,七、已知某系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)Gk一,則該系統(tǒng)在單位脈沖、ess分別是多少？（10分）5s1單位階躍和單位恒速信號（斜坡信號）作用下的穩(wěn)態(tài)誤差八、設有如圖5所示的反饋控制系統(tǒng)，試求根據(jù)勞斯判據(jù)確定傳遞函數(shù)k值的取值范圍（10分）。X(s)Ts1Xi(s)G_EXo(s)-s-+(s1)(s5)jA二.填空題（每小題2分，共20分）10 .對控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為穩(wěn)定性、快速性和準確性。11 .按系統(tǒng)有無反饋，通常可將控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)12 .

4、在控制工程基礎課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學模型有微分方程、傳遞函數(shù)等。13 .穩(wěn)態(tài)誤差反映出穩(wěn)態(tài)響應偏離系統(tǒng)希望值的程度,它用來衡量系統(tǒng)控制精度的程度。14 .一階系統(tǒng)的單位階躍響應的表達是1et/ToTs115 .有系統(tǒng)的性能指標按照其類型分為時域性能指標和頻域性能指標。16 .頻率響應是線性定常系統(tǒng)對正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應。17 .穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且與輸入信號的類型有關。18 .脈沖信號可以用來反映系統(tǒng)的抗沖擊能力。19 .階躍信號的拉氏變換是1/s。圖1為利用加熱器控制爐溫的反怫溫控制10統(tǒng)電爐熱電偶加熱器rnrv占Ugf_給定毫伏信號f圖1爐溫控制結(jié)構(gòu)圖試求系統(tǒng)的輸出量、輸

5、入量、被控對象和系統(tǒng)各部分的組成，且畫出原理方框圖，說明其工作原理。解答：輸出量：爐溫。輸入量：給定電壓信號。被控對象：電爐。系統(tǒng)包括：電位器、放大器、電機、減速器以及自藕調(diào)壓器、熱電偶。原理方框圖：功率放大T可逆電機減速黑地質(zhì)放大門籍詞壓母力1：作原理工當電爐溫度低于設定值時，焦電偈輸出電壓.X小，是信號”也壓放大、功率放大后驅(qū)動電機正向轉(zhuǎn)動.經(jīng)款速器兩帙自昂交壓器的動點位置.提高加«的供電電壓.使爐溫升高.節(jié)爐溫這到設定值肘必-電機停止痔郎維持爐.乂定值.反之亦怵.如圖2為電路。求輸入電壓Ui與輸出電壓Uo之間的微分方程，并求出該電路的傳遞函數(shù)。（10分）、|uiRu0uiCRU

6、o州2解答：跟據(jù)電壓定律得Ui1LCU0-UodtUoUiRC2 (C)2du01dU0dUidt2RCdtdt2G(s)RCsRCs1四、求拉氏變換與反變換3 .求f0.5tet11解答：-22s(s1)24 .t解答：=3et6te2Xi(S)G3(S)XO(S)解:H1/G3Xi(s)G1G2G3Xo(s)1G2G3H2G1G2G3G1G2H1圖（a）中xo（t）是輸出位移。當外力f（t）施加3牛頓階躍力后，記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時間響應曲線如（b）圖所示。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學模型和傳遞函數(shù)；（4分）2）該系統(tǒng)的彈簧剛度質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度k;（3分）3）時間響應性能

7、指標：上升時間ts、調(diào)整時間tr、振蕩頻數(shù)N、穩(wěn)態(tài)誤差ess（5分）。f(t)X0(t)OCT/VX圖（b）響應曲線圖（a）機械系統(tǒng)解答：解：1）對于該系統(tǒng)有：mx0tcx0tkx0t12rmscsk2）求k由Laplace變換的終值定理可知:Xolimx0tlimsX0ss01csklims2s0ms3k而Xo=1.0,因止匕k=3.XotpX0100%得:XoMp0.095彳100%1.09.5%又由式Mppe100%求得=0.6將tp2,0.6代入tpp片中，得n=1.96。再由km2,n求得m=0.78。著，求得c=1.83.3）求tsts2.55（取=0.05時）求tr求esstst

8、r當輸入為階躍信號時,對于0型系統(tǒng)3.40（取=0.02時）,12arctan2.323d=0.05時，N=0.02時，N0.912一=0.64系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為:1KpKpK1,代入式中求得:p10,、八、已知某系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)Gk-,則該系統(tǒng)在單位脈沖、5s1單位階躍和單位恒速信號作用下的ess分別是多少？(8分)解答：該系統(tǒng)為單位負反饋且為0型系統(tǒng)，k=11,所以該系統(tǒng)在單位階躍和單位恒速信號作1用下的ess分力U是、。11在單位脈沖信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為.11esslimsXi(s)lims10s0H(s)1G(s)H(s)s01105s1九、設有如圖所示的反饋控制系統(tǒng)，試求根據(jù)勞斯判據(jù)確定傳