機械控制工程基礎(chǔ)期末試卷_答案2

1、機械工程控制基礎(chǔ)期末試卷一. 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、 快速性 和 準確性 。2 按系統(tǒng)有無反饋，通?？蓪⒖刂葡到y(tǒng)分為 開環(huán)系統(tǒng) 和 閉環(huán)系統(tǒng) 。3 在控制工程基礎(chǔ)課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有 微分方程 、 傳遞函數(shù) 等。4 誤差響應(yīng) 反映出穩(wěn)態(tài)響應(yīng)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。5 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的表達是 。6 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 。7 頻率響應(yīng)是線性定常系統(tǒng)對 諧波 輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。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(guān)。9 脈沖信號可以用來反映

2、系統(tǒng)的 。10. 階躍信號的拉氏變換是 。 二 圖1為利用加熱器控制爐溫的反饋系統(tǒng)（10分）圖1 爐溫控制結(jié)構(gòu)圖 試求系統(tǒng)的輸出量、輸入量、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。三、如圖2為電路。求輸入電壓與輸出電壓之間的微分方程， 并求該電路的傳遞函數(shù)（10分）圖2四、求拉氏變換與反變換 (10分)1 求（5分）2 求（5分）五、化簡圖3所示的框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)（10分）圖3六、圖4示機械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K和外力組成的機械動力系統(tǒng)。圖4(a)中是輸出位移。當外力施加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(yīng)曲線如圖4（b）所示

3、。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)；(5分)2）該系統(tǒng)的自由頻率、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）時間響應(yīng)性能指標：上升時間、調(diào)整時間、穩(wěn)態(tài)誤差（5分）。圖4(a) 機械系統(tǒng) 圖4（b）響應(yīng)曲線圖4七、已知某系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)，則該系統(tǒng)在單位脈沖、單位階躍和單位恒速信號（斜坡信號）作用下的穩(wěn)態(tài)誤差分別是多少？（10分）八、設(shè)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）。圖5二. 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

4、系統(tǒng)有無反饋，通?？蓪⒖刂葡到y(tǒng)分為 開環(huán)控制系統(tǒng) 和 閉環(huán)控制系統(tǒng) 。12 在控制工程基礎(chǔ)課程中描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(yīng)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(yīng)的表達是。15 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(yīng)是線性定常系統(tǒng)對諧波輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。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(guān)。18 脈沖信號可以用來反映系統(tǒng)的抗沖擊能力。10. 階躍信號的拉氏變換是 1/s 。二 圖1為利用加熱器控制爐溫的反饋系統(tǒng)（10分）圖1 爐溫控制結(jié)構(gòu)圖 試求

5、系統(tǒng)的輸出量、輸入量、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：三如圖2為電路。求輸入電壓與輸出電壓之間的微分方程，并求出該電路的傳遞函數(shù)。（10分）圖2解答：跟據(jù)電壓定律得四、求拉氏變換與反變換 3 求解答：4 求解答：=六、 化簡框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)圖4解：G1G2 G3H2H1/G3Xi(s)Xo(s)_+H1/G3Xi(s)Xo(s)_Xi(s)Xo(s)七、圖示機械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K和外力組成的機械動力系統(tǒng)。

6、圖(a)中是輸出位移。當外力施加3牛頓階躍力后，記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時間響應(yīng)曲線如（b）圖所示。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)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(yīng)性能指標：上升時間、調(diào)整時間、振蕩頻數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差（5分）。圖(a) 機械系統(tǒng) 圖（b）響應(yīng)曲線解答：解：1）對于該系統(tǒng)有： 故 2）求k 由Laplace變換的終值定理可知： 而=1.0，因此k=3. 求m， 由得： 又由式求得=0.6 將0.6代入中，得=1.96。再由求得m=0.78。 求c 由，求得c=1.83.3）求 2.55 (取=0.05時) 3.40 (取=0.02時) 求 0.91 2.323 求N 取=0.05時，=0.64 取=0.02時， =0.85 求 當輸入為階躍信號時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為： 對于0型系統(tǒng) ，代入式中求得： =0.5八、已知某系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)，則該系統(tǒng)在單位脈沖、單位階躍和單位恒速信號作用下的分別是多少？（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用下的分別是、¥。在單位脈沖信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為九、設(shè)