《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》作業(yè)集(高起專)

《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》作業(yè)集層 次：高起授課教師：王軍平時(shí)間：2014331日《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》目錄第一章緒論第二章拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法第三章系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第四章控制系統(tǒng)的時(shí)域分析第五章系統(tǒng)的頻率特性第六章系統(tǒng)的穩(wěn)定性第一章緒論本章重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的組成及基本要求；本章難點(diǎn)分析系統(tǒng)的控制原理。題型-分析及問(wèn)答題1、根據(jù)下圖所示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理圖，完成：a，b與c，d用線連接成負(fù)反饋狀態(tài)；畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。2原理，并畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。3被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。4PP并聯(lián)1 2E0的兩端，其滑臂分別與輸入軸和輸出軸相聯(lián)結(jié)，組成方位角的給定元電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。5某個(gè)高度，使閥門(mén)處于一個(gè)平衡位置。如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動(dòng)同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在某個(gè)期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。6自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量及給定量78、解釋對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求及含義？第二章拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法本章重點(diǎn)：典型時(shí)間函數(shù)的拉氏變換。用拉氏變換解常微分方程。本章難點(diǎn)拉氏變換的性質(zhì)及應(yīng)用。題型-計(jì)算分析題1、試求下圖所示各信號(hào)x(t)的象函數(shù)X(s)。2、求下列各拉氏變換式的反變換。(1) X(s)

ess(2) X(s) 1s(s2)3(s3)(3) X(s)

s1s(s22s3、求下列函數(shù)的拉氏變換，假設(shè)當(dāng)t>0時(shí)，f(t)0(1) f(t)cos3t)(2) f(t)e0.5tcos10tf(t)tneat4F(s)

10s(s、利用終值定理，求tf(t值。F(s的拉氏反變換，求tf(t值。5、用拉氏變換的方法求微分方程(1) 22x,x(0),(0)1(2) 273x,x(0)x,(0)00(3) 25x,x(0),(0)0第三章系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型本章重點(diǎn)：1、數(shù)學(xué)模型的建立。2、傳遞函數(shù)的概念及變換。本章難點(diǎn)利用梅遜公式進(jìn)行傳遞函數(shù)變換。題型-計(jì)算題試建立下圖所示各系統(tǒng)的微分方程。其中外力F(t，位移x(t和電壓u(t為輸入ryt)和電壓ut)為輸出量；k（彈性系數(shù)，f（阻尼系數(shù)，R（電阻，C（電c容）和m（質(zhì)量）均為常數(shù)。（a） （b） （c）飛機(jī)俯仰角控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，試求閉環(huán)傳遞函數(shù)Qc

(s)Qr

(s)。已知系統(tǒng)方程組如下：X(s)G 1

(s)R(s)G1

(s)[G7

(s)G8

(s)]C(s)X (s)G(s)[X(s)G(s)X(s)] 2 2 1 6 3X3

(s)[

(s)C(s)G2

(s)]G3

(s)C(s) G4

X

(s)3

C(s)試?yán)L制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求閉環(huán)傳遞函數(shù)

。R(s)

C(s)。R(s)C(s)已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)

2 c(0)1，()0R(s) s23s2系統(tǒng)在輸入r(t)1(t)作用下的輸出c(t)。試用梅遜增益公式求下圖中各系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。R(s為輸入信號(hào)，N(sC(s) C(s)R(s)N(s。第四章控制系統(tǒng)的時(shí)域分析本章重點(diǎn)：1、一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的時(shí)域分析。2、瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)3、系統(tǒng)的誤差分析。本章難點(diǎn)利用性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)模型辨識(shí)。題型-計(jì)算題K2ts0.4K,K1 2

的值。G(s)(s)KVG(s)(s)KV(s) s(sa)可求得K和a的值。10V1200r的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，而達(dá)到該值50%的時(shí)間為1.2s，試求電機(jī)傳遞函數(shù)。提示：注意

(s)

K，其中

(t)

d，單位是

radsV(s) sa dt設(shè)角速度指示隨動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。若要求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)無(wú)超調(diào)，且調(diào)節(jié)時(shí)間盡可能短，問(wèn)開(kāi)環(huán)增益K應(yīng)取何值，調(diào)節(jié)時(shí)間t 是多少？s機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示試確定參數(shù)K,K 值使系統(tǒng)階躍響應(yīng)的峰值時(shí)1 2間t 0.5s，超調(diào)量%2%。p某典型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下圖所示。試確定系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。1Ts11min才能顯示出該溫度的98%的數(shù)值。若加熱容器使水溫按10oC/min的速度勻速上升，問(wèn)溫度計(jì)的穩(wěn)態(tài)指示誤差有多大？速度誤差系數(shù)和靜態(tài)加速度誤差系數(shù)。已知單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s) 7(ss(s4)(s22s2)試分別求出當(dāng)輸入信號(hào)r(t)1(t),t和t2e(t)r(tc(t]。第五章系統(tǒng)的頻率特性本章重點(diǎn)：1、頻率特性的含義及伯德圖繪制。2、系統(tǒng)模型辨識(shí)。本章難點(diǎn)利用伯德圖進(jìn)行系統(tǒng)模型辨識(shí)。題型-計(jì)算題(a)、(b)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。urRurR1R2ucur

R1uR2ucC(b)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出c系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出c(t)。（1）（2）sr(t)sin2tr(t)sin(t30)2cos(2t45)繪制下列傳遞函數(shù)的幅相曲線：G(s)K/s(2) G(s)K/s2試?yán)L制下列傳遞函數(shù)的幅相曲線。(1) G(s)

5(2s1)(8s1)(2)

G(s)10(1s)s25繪制下列傳遞函數(shù)的漸近對(duì)數(shù)幅頻特性曲線。(1) G(s)

2(2s1)(8s1)；(2) G(s)G(s)

200s2(s1)(10s1)；40(s(3)

s(s0.2)(s2s6三個(gè)最小相角系統(tǒng)傳遞函數(shù)的近似對(duì)數(shù)幅頻特性曲線分別如下圖(a)、(b)和(c)所示。要求寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)；75-84所示。當(dāng)輸入r(t)2sint時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出cs(t)4sin(t45)。試確定系統(tǒng)的參數(shù),n。8繪制下列傳遞函數(shù)的漸近對(duì)數(shù)幅頻特性曲線。G(s) 20(3s(1)(2)

G(s)

s2(6ss24s25)(10s8(ss(s2ss24s第六章系統(tǒng)的頻率特性本章重點(diǎn)：1、穩(wěn)定性含義及勞斯－胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)。2、相對(duì)穩(wěn)定性。本章難點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定性指標(biāo)求取。題型-計(jì)算題已知系統(tǒng)的特征方程，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定在右半s平面根的個(gè)數(shù)。（1）D(s)s

2s

2s

4s

100（2）D(s)s

3s

12s

24s

32s480（3）D(s)s

2s

s20（4）D(s)s

2s

24s

48s

25s500下圖是某垂直起降飛機(jī)的高度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s) K(ss(Ts1)(2s試在滿足T,K1的條件下，確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的TK的取值范圍，并以TK坐標(biāo)畫(huà)出使系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)區(qū)域圖?！?10)對(duì)應(yīng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下（按自左至右順序。題 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) P 號(hào)G(s) K1 (Ts1)(Ts1)(Ts

ZP2N

閉環(huán)穩(wěn)定性1 2 3KG(s)2 s(Ts1)(Ts1 2KG(s)3 s2(TsK(Ts4 G(s)

1s2(Ts2

(TT)1 2K5 G(s)s3K(Ts1)(Ts36 G(s) 1 s 23K(Ts1)(T