機(jī)電控制工程基礎(chǔ)考試說明

1、機(jī)電控制工程基礎(chǔ)考試說明一、考核說明機(jī)電控制工程基礎(chǔ)是以控制理論為基礎(chǔ)，密切結(jié)合工程實(shí)際的一門專業(yè)基礎(chǔ)課， 是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)必修課程。本課程主要內(nèi)容包含相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；數(shù)學(xué)模 型的建立；時(shí)域分析；頻域分析；綜合校正；采樣系統(tǒng)的基本理論及基本分析計(jì)算方法。 本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握控制工程基本理論的基本知識(shí)以及系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、動(dòng)、 靜特性的分析計(jì)算方法，具有初步分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力。現(xiàn)將有關(guān)考核的幾個(gè)問題說明如下：考核對(duì)象：電大理工科類機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科生。 考核方式：采用形成性考核和終結(jié)性考試相結(jié)合的方式?？己艘罁?jù)：文字教材為劉恒玉編著的 2001 年 12 月由中央

2、電大出版社出版的機(jī)電控 制工程基礎(chǔ)。課程總成績(jī)的記分方法：形成性考核成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中占20%，終結(jié)性考試成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中占 80%。課程總成績(jī)?yōu)榘俜种疲?60 分為合格。形成性考核的要求和形式：形成性考核的形式有平時(shí)作業(yè)和課程實(shí)驗(yàn)。能夠按時(shí)、按 質(zhì)、按量完成平時(shí)作業(yè)和課程實(shí)驗(yàn)者方可得滿分。終結(jié)性考試的要求和形式： 考試要求：本課程以應(yīng)用為最終目的，考核重點(diǎn)是考察學(xué)員是否掌握控制工程基本理 論的基本知識(shí)以及系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、動(dòng)、靜特性的分析計(jì)算方法，具體考核要求分為 幾個(gè)層次：熟練掌握：要求學(xué)生能夠全面、深入理解和熟練掌握所學(xué)內(nèi)容，并能夠用所學(xué)的內(nèi)容 分析、初步設(shè)計(jì)和解答與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的問

3、題，能夠舉一反三。掌握：要求學(xué)生能夠較好地理解和掌握相應(yīng)內(nèi)容，并能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單分析和判斷。了解：要求學(xué)生能夠一般地了解所學(xué)內(nèi)容。組卷原則： 在教學(xué)大綱和考核說明所規(guī)定的目的、要求和內(nèi)容范圍之內(nèi)命題。在教學(xué)內(nèi)容范圍之 內(nèi)，按照理論聯(lián)系實(shí)際原則，考察學(xué)員對(duì)所學(xué)知識(shí)應(yīng)用能力的試題，不屬于超綱。 試題的考察要求覆蓋面廣，并適當(dāng)突出重點(diǎn)。試題兼顧各個(gè)能力層次，熟練掌握60%，掌握占 30%，了解占 10%。試題的難易程度和題量適當(dāng)，按難易程度分為三個(gè)層次：較易占30%，一般占 50%，較難占 20%。題量安排以平時(shí)基本能夠獨(dú)立完成作業(yè)者，他們能在規(guī)定的考試時(shí)間內(nèi)作完并 有一定時(shí)間檢查為原則。試題類型及試卷

4、結(jié)構(gòu)：填空 15%，單項(xiàng)選擇題 15%，判斷 10%，分析及計(jì)算 40%，綜合 題 20%，具體形式見后面所附“試題類型及規(guī)范解答舉例”?？己诵问剑洪]卷。 答題時(shí)限： 120 分鐘。 其它說明：考生需自備計(jì)算器、直尺、鉛筆、橡皮等文具。二、考核內(nèi)容和要求（ 一 ） 控制系統(tǒng)的基本概念 考核目的 ： 考核學(xué)員對(duì)控制系統(tǒng)的含義及有關(guān)概念的掌握情況 考核內(nèi)容 ：（1）控制的任務(wù)，被控制對(duì)象、輸入量、輸出量、擾動(dòng)量的概念。（ 2）開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)及反饋的概念。（ 3）控制系統(tǒng)的組成、基本環(huán)節(jié)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。 考核要求 ： 熟練掌握：開環(huán)控制、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)。 掌握：控制系

5、統(tǒng)概念，反饋及反饋控制概念，開環(huán)系統(tǒng)及閉環(huán)系統(tǒng)概念。（二 ） 機(jī)電控制工程數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 考核目的 ： 考核學(xué)員對(duì)拉氏變換定義及其性質(zhì)及有關(guān)概念的掌握情況 考核內(nèi)容 ：（ 1）復(fù)變函數(shù)概念。（2）初等函數(shù)定義，復(fù)變函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。（3）復(fù)變函數(shù)積分，計(jì)算方法。（4）羅朗級(jí)數(shù)、留數(shù)定理。（5）拉氏變換定義、常用函數(shù)拉氏變換、拉氏變換性質(zhì)、拉氏反變換。 考核要求 ： 熟練掌握：拉氏變換的定義；拉氏變換性質(zhì)及應(yīng)用，用部分分式法求拉氏反變換。 掌握：復(fù)數(shù)域描述函數(shù)的概念。通過拉氏變換這一數(shù)學(xué)工具將時(shí)間函數(shù)變?yōu)閺?fù)域的函數(shù)。 了解：復(fù)變量的表示方法，復(fù)變函數(shù)的概念，計(jì)算留數(shù)。（三） 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 考核目的 ：

6、 考核學(xué)員是否掌握傳遞函數(shù)的概念、拉氏變換基本內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化方法求取傳遞函數(shù) 的方法。是否理解數(shù)學(xué)模型的含義。 考核內(nèi)容 ：（1）數(shù)學(xué)模型概念。簡(jiǎn)單機(jī)、電元件及系統(tǒng)列寫微分方程式的方法。（ 2）傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)、求法，典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及瞬態(tài)（動(dòng)態(tài)）特性。（3）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖繪制方法步驟及簡(jiǎn)化原則，環(huán)節(jié)串聯(lián)、并聯(lián)傳遞函數(shù)、反饋連接時(shí) 傳遞函數(shù)。 考核要求 ：熟練掌握：（1）傳遞函數(shù)的概念、定義、性質(zhì)及求法，典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)及瞬態(tài)特性。（2）串聯(lián)、并聯(lián)、反饋連接等效傳遞函數(shù)的求法；（3）控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、誤差傳遞函數(shù)的含義 掌握：（1）數(shù)學(xué)模型基本概念，能夠運(yùn)用力學(xué)、

7、電學(xué)知識(shí)列寫簡(jiǎn)單機(jī)、電元件及系統(tǒng)的微分方程 式。（ 2） 結(jié)構(gòu)圖等效變換原則，用結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化方法求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。了解： 根據(jù)系統(tǒng)方程式繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（四 ） 控制系統(tǒng)時(shí)域分析 考核目的 ： 考核學(xué)員是否掌握拉氏反變換知識(shí)和終值定理，是否理解系統(tǒng)性能指標(biāo)的含義以及計(jì)算方法。 考核內(nèi)容 ：（1）典型輸入信號(hào)和時(shí)域性能指標(biāo)。（2）時(shí)間響應(yīng)概念（ 3 ）一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。（ 4 ）二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，性能指標(biāo)。（5）勞斯穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)態(tài)誤差分析計(jì)算（誤差定義、靜態(tài)誤差系數(shù)、動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)）；擾動(dòng)誤 差；減小穩(wěn)態(tài)誤差方法。 考核要求 熟練掌握：（1）定常系統(tǒng)時(shí)域性能分析的基本內(nèi)容。典型輸入信號(hào)形式及性能指

8、標(biāo)的規(guī)定。一階系統(tǒng) 的瞬態(tài)響應(yīng)。（ 2 ）勞斯穩(wěn)定判據(jù)，穩(wěn)態(tài)誤差的概念。掌握：（ 1 ）時(shí)間響應(yīng)的基本概念。（2）二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)及性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。 了解：（ 1 ）動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)。（ 五 ） 控制系統(tǒng)的頻域分析 考核目的 ： 考核學(xué)員是否掌握與控制系統(tǒng)的頻域分析有關(guān)概念以及方法，是否會(huì)用頻率法對(duì)控制系統(tǒng) 的穩(wěn)定性以及性能指標(biāo)進(jìn)行判斷和分析。 考核內(nèi)容 ：（ 1）頻率特性基本概念。（ 2）頻率特性的表示方法：極坐標(biāo)圖、對(duì)數(shù)頻率特性圖。（3）典型環(huán)節(jié)頻率特性，系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線繪制方法。（ 4）奈氏穩(wěn)定判據(jù)、相角裕量、幅值裕量。（ 5）對(duì)數(shù)幅頻 -2/-1/-2 、-2/-1/-3 特性

9、。（ 6）時(shí)域性能指標(biāo)與頻域性能指標(biāo)關(guān)系。 考核要求 熟練掌握：（1）頻率特性基本概念；頻率特性兩種表示方法；典型環(huán)節(jié)頻率特性曲線圖。（2）系統(tǒng)的開環(huán)奈氏頻率特性和對(duì)數(shù)頻率特性畫法。（3）奈氏穩(wěn)定判據(jù)的基本原理及其判別方法。 掌握：（ 1）頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)的關(guān)系。（ 2） 相角裕量，幅值裕量定義及計(jì)算方法，頻域性能指標(biāo) 了解：對(duì)數(shù)幅頻 -2/-1/-2 、 -2/-1/-3 特性；（ 六 ）用頻率法綜合控制系統(tǒng) 考核目的 ： 考核學(xué)員是否理解校正的含義，是否能夠根據(jù)要求進(jìn)行系統(tǒng)校正 考核內(nèi)容 ：（ 1 ）校正的基本概念（2）校正方式 考核要求 熟練掌握 ：（ 1 ）系統(tǒng)綜合的基本概念

10、；超前校正，遲后校正，遲后超前校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其特 點(diǎn)。掌握：（ 2）串聯(lián)校正，反 饋校正的方法和步驟。（ 七）線性離散系統(tǒng)分析與綜合考核目的:考核學(xué)員是否理解離散系統(tǒng)的含義，是否掌握對(duì)于離散系統(tǒng)的分析描述方法?？己藘?nèi)容:（1）離散控制系統(tǒng)，采樣過程，采樣函數(shù)的數(shù)學(xué)表示，采樣信號(hào)的復(fù)現(xiàn)。（2）z變換、z變換性質(zhì)、z反變換。（3）脈沖傳遞函數(shù)，控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)。（4 ）采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。（5）模擬量校正裝置的離散化校正方法?？己艘笫炀氄莆眨海?）離散控制系統(tǒng)的一般概念，（2） z變換定義，z變換方法，z反變換。（3 ）開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的求法。（4）離散

11、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。掌握：采樣脈沖序列的數(shù)學(xué)表示法、z變換性質(zhì)。三、試題類型及規(guī)范解答舉例填空題：1 傳遞函數(shù)的定義是在 條件下，系統(tǒng)輸出拉氏變換與拉氏變換之比。答案：零初始線性定常輸入是非題：1 微分方程可以作為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，傳遞函數(shù)不能作為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型錯(cuò)誤單項(xiàng)選擇題1. 自動(dòng)控制系統(tǒng)按照控制方式的特點(diǎn)可以分為開環(huán)控制、閉環(huán)和復(fù)合控制三種類型，其中C 是三種控制類型中最完善的方式。A開環(huán)控制B閉環(huán)控制C復(fù)合控制D以上都不對(duì)分析計(jì)算題1設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G （S）=,試求階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)s（4s + 1）:%及 ts答案：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為:W(s)二0.

12、25s20.25s 0.25co n=0.25，所以二=0.5 ,= 0.25，系統(tǒng)為欠阻尼狀態(tài)，則:n與二階傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式s2 2.ns _n相比較，可知：，d 二 n J-2 =0.484二 arccos： =76所以，單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)為：6% = e-MGU =44.5%ts= 3.5/ n =28s綜合題：20已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G(S)二S(0.2S+1)(0.04S+1)試：1 繪出對(duì)數(shù)漸近幅頻特性曲線LCJ以及相頻特性曲線.G2. 用對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)判別系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性答案：1.(1 )該系統(tǒng)是由積分、放大和兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成的(2) K=20 20lgK=26

13、分貝11= 11 v 二一二=5 2 -二二 25T10.2T20.04(3) 低頻為積分放大環(huán)節(jié)，在川=1 , K=26分貝處作-20dB/10倍頻線在.=5處作-40dB/10倍頻線，在二25處作-60dB/10倍頻線2 .判斷穩(wěn)定性由圖上可知LC )0的部分， ()對(duì)-二無穿越，所以系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。 四、練習(xí)題一、填空1、 頻率響應(yīng)是 響應(yīng)。2、控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)，可以劃分為瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)過程。瞬態(tài)過程是指系統(tǒng)從到接近最終狀態(tài)的響應(yīng)過程；穩(wěn)態(tài)過程是指時(shí)間t趨于時(shí)系統(tǒng)的輸岀狀態(tài)Y(z)z3 2z213z -z所對(duì)應(yīng)的y(kT)的前三項(xiàng)是y(0), y仃)y(2T)依次4、s平面與z平面的對(duì)應(yīng)

14、關(guān)系是：s平面的左半平面對(duì)應(yīng)于 z平面上單位圓以內(nèi)， s平面的虛軸對(duì)應(yīng)于 z平面, s平面的右半平面，對(duì)應(yīng)于 z平面單位圓以 。5、 若系統(tǒng)輸入為 Asin t ,其穩(wěn)態(tài)輸岀相應(yīng)為 Bsin( t J，則該系統(tǒng)的頻率特性可表示 為。6、 2型系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性低頻漸近線斜率為 。7、 慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 。8、當(dāng)輸入信號(hào)的角頻率 3在某一范圍內(nèi)改變時(shí)所得到的一系列頻率的響應(yīng)稱為這個(gè)系統(tǒng)的。9、 對(duì)于一階系統(tǒng)，當(dāng) 3由0時(shí)，矢量 D(j 3 )方向旋轉(zhuǎn)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否2則系統(tǒng)不穩(wěn)定。10、 如果在系統(tǒng)中只有離散信號(hào)而沒有連續(xù)信號(hào)，則稱此系統(tǒng)為系統(tǒng)，其輸入、輸出關(guān)系常用差分方程來描述。11、

15、 當(dāng)采樣頻率滿足 s _ 2max時(shí)，則采樣函數(shù) f ”(t)到原來的連續(xù)函 數(shù) f (t)。12、 離散信號(hào)f建)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 。13、 時(shí)間響應(yīng)由 響應(yīng)和 響應(yīng)兩部分組成。14、 a) =y =G(jco )為系統(tǒng)的 ，它描述系統(tǒng)對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的X。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值衰減(或放大)的特性。G( j )為系統(tǒng)的，它描述系統(tǒng)對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，相位遲后: 0)或超前( 0)的特性。二、選擇已知系統(tǒng)頻率特性為a 5ejtg% ; B，則該系統(tǒng)可表示為(1 - j3 5e妣丄；c 5ejtg3 ； d 5eg2. 如果max為f (t)函數(shù)有效頻譜的最高頻率，那么采樣頻率s滿足以下 1

16、、 2 1條件時(shí)， 2 max采樣函數(shù) A至少為2 max ； B Y(z) = 2z3 2z21f (t)能無失真地恢復(fù)到原來的連續(xù)函數(shù)f(t)至少為max ； C 至多為 ax ；所對(duì)應(yīng)的y(kT)的DI第1項(xiàng)y(0)是3z - zA 1; B 2; C 3; D 1/2下列開環(huán)傳遞函數(shù)所表示的系統(tǒng)，屬于最小相位系統(tǒng)的有s 11 -TsA； B(T0); C(5s 1)(s 1)1 T1s題圖中R C電路的幅頻特性為。(2s-1)(s-1)1_.1 T 2s 2(s 3)(s 2)11 (T )21_T- 1 ）20 dB ，通過3 =1點(diǎn)的直線;/dec20 dB ，通過3 =0點(diǎn)的直線

17、/ decK增大時(shí)：1(T J 56、理想微分環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線是一條斜率為（A 20dB ，通過3 =1點(diǎn)的直線；B -/decC - 20 dB ，通過3 =0點(diǎn)的直線；D/dec7、開環(huán)Gk（S）對(duì)數(shù)幅頻特性對(duì)數(shù)相頻特性如圖所示，當(dāng)L)i i.i-JlA串聯(lián)校正；C混合校正；9、脈沖傳遞函數(shù) B并聯(lián)校正；D正反饋校正圖A L(3 ）向上平移，）不變；B L（ 3 ）向上平移，（）向上平移；C L(3 ）向下平移，）不變；D L（3 ）向下平移，恤）向下平移。8系統(tǒng)如圖所示，Gc（s）為個(gè)裝置，實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單（）A 輸岀脈沖序列與輸入脈沖序列之比;B 系統(tǒng)輸岀的z變換C(z)與輸入z變

18、換R(z)之比;C在初條件為零時(shí)，系統(tǒng)輸出的D在初條件為零時(shí)，系統(tǒng)輸入的10、z變換的數(shù)學(xué)表達(dá)式為_-boA F(z)二 、f(kT)z上；k =-：:-bokC F(z)八“ f(kT)z ；7z變換C(z)與輸入的z變換R(z)之比; z變換R( z)與輸岀的z變換之比。-bokBF(z) i(kT)z ；k m-boDF(Z)八 f (k)z。k=011、已知系統(tǒng)頻率特性為，則該系統(tǒng)可表示為(a 5eW；十”；D5_ ej tg 丄，.2 112、已知系統(tǒng)頻率特性為( )，當(dāng)輸入為x(t) =sin 2t時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸岀為5j 1a sin(2t tg ) ； b1 12sin(2t tg 5 )；2 1C sin(2ttg5J ； d12sin(2t-tg 5 ).25