機(jī)械工程控制基礎(chǔ)作業(yè)解答1

1、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)作業(yè)解答 第一章1-7解：1)工作原理：電壓u2反映大門(mén)的實(shí)際位置，電壓u1由開(kāi)（關(guān)）門(mén)開(kāi)關(guān)的指令狀態(tài)決定，兩電壓之差uu1u2驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而通過(guò)傳動(dòng)裝置控制大門(mén)的開(kāi)啟。當(dāng)大門(mén)在打開(kāi)位置，u2u上：如合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)，u1u上，u0，大門(mén)不動(dòng)作；如合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)，u1u下，u<0，大門(mén)逐漸關(guān)閉，直至完全關(guān)閉，使u0。當(dāng)大門(mén)在關(guān)閉位置，u2u下：如合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)，u1u上，u>0，大門(mén)執(zhí)行開(kāi)門(mén)指令，直至完全打開(kāi)，使u0；如合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)，u1u下，u0，大門(mén)不動(dòng)作。2)控制系統(tǒng)方框圖_ u放大電動(dòng)機(jī)鼓輪開(kāi)關(guān)位置指令u1大門(mén)位置信號(hào)u2被控量(大門(mén)位置)大門(mén)1-8 解：1）

2、工作原理：當(dāng)主動(dòng)手手爪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度時(shí)，檢測(cè)電位計(jì)A輸出一電壓V1，而電位計(jì)B檢測(cè)從動(dòng)手手爪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度位置，輸出一電壓V2，當(dāng)主動(dòng)手手爪轉(zhuǎn)過(guò)角度和從動(dòng)手手爪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度相同時(shí)，V1=V2，反映主、從動(dòng)手手爪位置偏差的電壓信號(hào)為零，此時(shí)電機(jī)停止使從動(dòng)手手爪停在正確的位置。當(dāng)主動(dòng)手手爪產(chǎn)生新的動(dòng)作時(shí)，V1電壓發(fā)生變化，位置偏差的電壓信號(hào)不等于零，提供放大器后，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)到，從而帶動(dòng)從動(dòng)手手爪轉(zhuǎn)到，從動(dòng)手手爪轉(zhuǎn)到正確位置后，電位計(jì)B的輸出電壓與電位計(jì)A的輸出電壓相同，即反映主、從動(dòng)手手爪位置偏差的電壓信號(hào)為零，電機(jī)停止，從動(dòng)手手爪停在正確的位置。2）系統(tǒng)方框圖見(jiàn)下圖V2指令信號(hào)V1_電機(jī)從動(dòng)手爪電位計(jì)B

3、從動(dòng)手位置放大器第二章2-2解：a）質(zhì)量塊m1的微分方程： 質(zhì)量塊m2的微分方程： b) 質(zhì)量塊m1的微分方程： 質(zhì)量塊m2的微分方程： 2-3解：a)微分方程： 拉氏變換： 傳遞函數(shù)b）微分方程： 拉氏變換： 傳遞函數(shù)2-5解：1） 拉氏變換： 傳遞函數(shù) 3）拉氏變換： 傳遞函數(shù)注：重點(diǎn)掌握求傳遞函數(shù)的方法，其他的微分方程也應(yīng)會(huì)求傳遞函數(shù)2-7解：a）當(dāng)只有輸入信號(hào)作用時(shí)，系統(tǒng)方框圖可簡(jiǎn)化為：X0_XiG1G1G2G3H1H2H3/G3_進(jìn)一步簡(jiǎn)化后的方框圖：X0_XiG1G1G2H1H3/G3G3/(1+G3H2)_進(jìn)一步簡(jiǎn)化后的方框圖：X0XiG1G1H1G2G3/(1+G3H2+G2H

4、3)_輸入信號(hào)作用下的傳遞函數(shù)： b）同理，可通過(guò)方框圖的簡(jiǎn)化求出只在擾動(dòng)信號(hào)作用下的傳遞函數(shù)：（略） 2-8解a)：G1G2G3G4G4G3進(jìn)一步簡(jiǎn)化（自己畫(huà)方框圖）后可得到：等效傳遞函數(shù)為：b)_1/C1s1/R11/C2s1/R2R2_1/C1s1/R1R21/1+R2C2S1+R2C2S簡(jiǎn)化后的等效傳遞函數(shù)為：c)+_G1G2G3G4/G1G2G3H1H2G1G2G3與H1H2組成正反饋，G4/G1G23GY與單位回路組成并聯(lián)，最后是負(fù)反饋。得到等效傳遞函數(shù)為：第三章3-1解：閉環(huán)傳遞函數(shù) 輸出信號(hào)的拉氏變換為： 對(duì)上式進(jìn)行部分分式展開(kāi)： 比較式得到：A=K/1+K；B=-KT/1+K

5、 所以： 所以輸出信號(hào)為：（1）（2（3分析：當(dāng)K值增大時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)快速性提高；T值增大時(shí)，系統(tǒng)的慣性減小，系統(tǒng)的響應(yīng)快速性也提高。3-4解：由圖得到超調(diào)量為Mp=1.3-1.0=0.3=30%，峰值時(shí)間而，得到：而，得到：3-5解：閉環(huán)傳遞函數(shù) 由二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)得到：，由，得到把二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)帶入下式可求得各響應(yīng)時(shí)間指標(biāo)：3-6解：由；得到由；得到：閉環(huán)傳遞函數(shù)由二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)得到：，得到k=19.23由，得到3-7解：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 位置誤差系數(shù) 速度誤差系數(shù) 加速度誤差系數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差3-8解：斜坡信號(hào)為速度變化信號(hào)速度誤差系數(shù)為：z系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差得到K=5003-

6、9（本題中H（s）=1）解：1）在輸入信號(hào)作用下 誤差傳遞函數(shù)為 穩(wěn)態(tài)誤差為：2）在干擾信號(hào)作用下誤差傳遞函數(shù)為穩(wěn)態(tài)誤差為：系統(tǒng)的總穩(wěn)態(tài)誤差為：第四章4-1解：見(jiàn)書(shū)后作業(yè)答案4-2解： 穩(wěn)態(tài)輸出為：4-4解：幅頻特性相頻特性實(shí)頻特性虛頻特性4-6解：（1）傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)式：開(kāi)環(huán)增益二階振動(dòng)環(huán)節(jié)的，得到二個(gè)一階微分的轉(zhuǎn)折頻率分別為：1和100rad/s簡(jiǎn)化的幅頻Bode圖如下圖：100dB-20dBw101-20dB/dec-40dB/dec簡(jiǎn)化的相頻Bode圖如下圖：W相位2) 傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)式：開(kāi)環(huán)增益二個(gè)一階微分的轉(zhuǎn)折頻率分別為：5和40rad/s，一階慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率為0.1，二階

7、振動(dòng)環(huán)節(jié)的為20簡(jiǎn)化的幅頻Bode圖如下圖：-40dB/dec40-60dB/dec-20dB/dec50.111-40dB/decdB40dBw20-20dB/dec簡(jiǎn)化的相頻Bode圖如下圖：W相位4-7解：對(duì)象的開(kāi)環(huán)增益K為：20lgK=40dB，得到K=100，由bode圖得到：對(duì)象的傳遞函數(shù)為：第五章5-2解：(1)閉環(huán)傳遞函數(shù)三階系統(tǒng)：bc=4*5=20; ad=1*1=1a,b,c,d均大于0，且bc>ad所以閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。(2)閉環(huán)傳遞函數(shù)三階系統(tǒng)：bc=2*(-3)=-6; ad=1*10=10a,b,d均大于0，但c<0且bc<ad所以閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。5-

8、3解：閉環(huán)傳遞函數(shù)三階系統(tǒng)要是閉環(huán)穩(wěn)定，必須：bc>ad,且a,b,c,d均大于0即：，且s,k>0得到閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是：，k>05-5解：（a）：正根個(gè)數(shù)q=0，穿越次數(shù)N=-1,所以閉環(huán)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定；（b）：作輔助線，正根個(gè)數(shù)q=0，穿越次數(shù)N=0,所以閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；（c）：作輔助線，正根個(gè)數(shù)q=0，穿越次數(shù)N=-1,所以閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定；（d）：作輔助線，正根個(gè)數(shù)q=0，穿越次數(shù)N=0,所以閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；（e）：作輔助線，正根個(gè)數(shù)q=0，穿越次數(shù)N=-1,所以閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定；（f）：作輔助線,正根個(gè)數(shù)q=0,穿越次數(shù)N=-1+1=0,所以閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；(g)：作輔助線，正根個(gè)數(shù)q=0，穿越次數(shù)N=-1+1=0,所以閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。5-6解： 得到： 即： 相角裕量 得到：把代入得到：，得到5-7解：由傳遞函數(shù)在MATLAB中畫(huà)出bode圖，由圖讀出：因?yàn)橄嘟窃Ａ亢头翟Ａ烤∮诹悖蚤]環(huán)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。5-8解：由傳遞函數(shù)在MATLAB中畫(huà)出bode圖，由圖讀出：因?yàn)橄嘟窃Ａ亢头翟Ａ烤笥诹?，所以閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定。第六章6-1解：見(jiàn)書(shū)后作業(yè)答案6-2解：見(jiàn)書(shū)后作業(yè)答案6-3解：由對(duì)象的BODE圖ABCD得到對(duì)象的傳遞函數(shù) 由校正后的BODE圖ABEFG得到校