機械控制工程基礎課后答案-董玉紅、徐莉萍主編

1、機械控制工程課后答案1 11機械工程控制論得研究對象與任務就是什么？解機械工程控制論實質上就是研究機械一r r程技術中廣義系統(tǒng)得動力學問題。具體地講 , ,機械工程控制論就是研究機械工程廣義系統(tǒng)在一定得外界條件作用下， 從系統(tǒng)得一定 初始條件出發(fā)，所經(jīng)歷得由內部得固有特性所決定得整個動態(tài)歷程； 研究這一系統(tǒng)及其輸入、 輸出二者之間得動態(tài)關系。機械工程控制論得任務可以分為以下五個方面 : :(1)當已知系統(tǒng)與輸人時，求出系統(tǒng)得輸出(響應) ，即系統(tǒng)分析。(2)當已知系統(tǒng)與系統(tǒng)得理想輸出 , ,設計輸入，即最優(yōu)控制。(3)當已知輸入與理想輸出 ，設計系統(tǒng)，即最優(yōu)設計。(4)當系統(tǒng)得輸人與輸出己知，

2、求系統(tǒng)得結構與參數(shù)，即系統(tǒng)辨識。(5)輸出已知，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中得有關信息，即濾波與預測. .1 1、2什么就是反饋？什么就是外反饋與內反饋？所謂反饋就是指將系統(tǒng)得輸出全部或部分地返送回系統(tǒng)得輸入端， 作用于系統(tǒng)得過程 , ,稱為反饋或信息反饋。所謂外反饋就是指人們利用反饋控制原理在機械系統(tǒng)或過程中加上一個人為得反饋 構成一個自動控制系統(tǒng) . .所謂內反饋就是指許多機械系統(tǒng)或過程中存在得相互藕合作用， 反饋，從而構成一個閉環(huán)系統(tǒng)。1、3反饋控制得概念就是什么？為什么要進行反饋控制 所謂反饋控制就就是利用反饋信號對系統(tǒng)進行控制。在實際中，控制系統(tǒng)可能會受到各種無法預計得干擾。為了提高

3、控制系統(tǒng)得精度 強系統(tǒng)抗干擾能力，人們必須利用反饋原理對系統(tǒng)進行控制 , ,以實現(xiàn)控制系統(tǒng)得任務。1 1、4閉環(huán)控制系統(tǒng)得基本工作原理就是什么？ 閉環(huán)控制系統(tǒng)得基本工作原理如下： ( 1 1)檢測被控制量或輸出量得實際值 ; ;(2)(2)將實際值與給定值進行比較得出偏差值; ;( 3)3)用偏差值產生控制調節(jié)作用去消除偏差。這種基于反饋原理 , ,通過檢測偏差再糾正偏差得系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。通常閉環(huán)控 制系統(tǒng)至少具備測量、比較與執(zhí)行三個基本功能。1、 5 5 對控制系統(tǒng)得基本要求就是什么？ 對控制系統(tǒng)得基本要求就是穩(wěn)定性、準確性與快速性 . .穩(wěn)定性就是保證控制系統(tǒng)正常工作得首要條件. .

4、穩(wěn)定性就就是指系統(tǒng)動態(tài)過程得振蕩傾向及其恢復平衡狀態(tài)得能力。準確性就是衡量控制系統(tǒng)性能得重要指標。 準確性就是指控制系統(tǒng)得控制精度 , ,一般用 穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。快速性就是指當系統(tǒng)得輸出量與輸入量之間產生偏差時，系統(tǒng)消除這種偏差得快慢程 度。2 21并與輸人信號共同形成非人為得 “內在”, ,增a設回流電流為i由電壓定律有：ut)1idtCU0(t)同時：Uo(t)1C1RCUi(t)dUi(t)dtdUo(t)dtRiU0(t)丄Uo(t)RCU0(t)duo(t)dtdUi(t)dtc設RC兩端電壓為由電壓定律有：Ui(t)URC(t)URC(t)又R1及電容并聯(lián)的電流為iRcUo(t)U

5、Rc(t)R1CdURC(t)iUo(t)iR2R2Uo(t)URC魚CdURC(t)R2Uo(t)R2dUo(t)R1Ui(t) Uo(t)dtCd(Ui(t)Uo(t)R12 1 1dtdtR1R2)Uo(t)C dUi(t)dt1于e設回流電流為i由電壓定律有：Ui(t) R1i1同時：Uo(t)R2 idtCUi(t)Uo(t)R1Ui(t) Uo(t)1C由(1)iUo(t)R2Uo(t)(1)duo(t)dtR1R2(dUi(t)(dtUi(t)R11(Ui(t)Uo(t)dUo(t)dt)R1CdUo(t)R2dUi(t)1(U(t)R1dtR1dtR1Ci(R1R2)Cd R1

6、C沁R2C理Ui(t)-dtR1(1R2) dUo(t)R2R1dtdtdtf解：設k2右端的位移為對x0(t)左端：對x0(t)右端:FXk2k1(Xi(t) X0(t)Bd(x0(t) Xk2(t)dtBd(X0(t)dtXk2(t)ki(Xi(t) X0(t)(1)對k2左端:Fk2Bd(X0(t) Xk2(t)對k2右端：cd(X0(t)Bdtk2Xk2(t)Xk2(t),，+、-k2Xk2(t)dt由(1)、(2)有:k= (Xi(t) X0(t)k2Xk2(t)代入(1)B dx0(t)dtdx0(t)B dXk2(t)dtB k1d(Xi(t) X0(t)k2c k1dx0(t)

7、Bk2dt(k1k2)BdX0(t)ki(Xi(t)X0(t)B dtB dx0(t)dt2-22-2dt(2)f (t)0.03F(s) L(f(t)(3)f (t) sin(5tF(s) L(f(t)dtk1X0(t)ki(Xi(t)X0(t)k1k2X0(t)Bk10.03COS 2tp k1dXi(t)BEkk1Xi(t) dXi(t)k1k2Xi(t)dt0.031 0.032s2s s222)sin5(t石)s2525se15(4)cos12t及復位移0.4F(s) L(f(t)s 0.4(s 0.4)21442,2s 4 - s0.03一2-s(s4)0.12s(s24)5s22

8、5KiX3（t） X2（t） BX3（t）X2（t）2（mis Bs ki）X3（s）Bs ki代入（2）22（m2sBs K2ki）（misBs ki2.5m2X2（t）KiX3（t） X2（t） B X3（t） X2（t）K2Xi（t） X2（t）兩邊進行拉氏變換:2mis X3（s）2m2s X2（s）kiX3（s）kiX3（s）kiX2（s）kiX2（s）BsX3（s）BSX3（S）BsX2（s）BsX2（s）K2X1（s）-K2X2（s）2mis X3（s）kiX3（s）BSX3（S）kiX3（s）BsX3（s） K2Xi（s）kiX2（s）2m2s X2（s）BsX2（s）BsX2

9、（s）（1）K2X2（s） kiX2（s）（2）由（1）kiX3（s）BSX3（S）K2Xi（s）（m2s2BsK2ki）（Bs ki2misBs ki）X3（s）X3（s）Xi（s）K2222（m2SBs K2ki）（misBs kJ k Bs）Bs ki勺K2（BSki）22（m2SBs K2ki）（misBs ki）-（kiBs） （Bs ki）3 3. i i 時間響應：在輸入作用下，系統(tǒng)得輸出（響應）在時域得表現(xiàn)形式。3 3、2 2，脈沖響應得拉氏變換等于傳遞函數(shù)乘以脈沖信號得拉氏變換，由于脈沖信號得拉氏變換為 i i,所以脈沖響應得拉氏變換等于傳遞函數(shù)。3 3、3 3 一階系統(tǒng)得階

10、躍響應為阻尼比及系統(tǒng)得無阻尼固有頻率就是系統(tǒng)得兩個重要參數(shù) 二階系統(tǒng)得阻尼比決定了其振蕩特性。3 35 5 欠阻尼二階系統(tǒng)單位階躍響應曲 它們決定著系統(tǒng)得時間響應特性miX3（t）X2（s）Bs ki）X3（s）-（k1Bs）X3（s）K2Xi（s）1 1、1 1、1 10 0、0 0、0 0、0 0、0 0欠阻尼二階系統(tǒng)單位階躍響應曲線1 1、xo( (t) ) 1 1、 1 14-14-1系統(tǒng)傳遞函數(shù):J/(s1頻率特性：(S)1)1/(s 1)(jA(-arctg 2( (見PPTPT)4-2-2(1)開環(huán)頻率特性：21)幅頻特性：2相頻特性：1arc tan 2圖 錯誤！不能識別的開關

11、參數(shù)。4-4-7閉環(huán)傳遞函數(shù)為:令dA(dr8.165rad.s1,代入A()得Mr 1.8385 5、1 1 什么就是系統(tǒng)得穩(wěn)定性？控制系統(tǒng)穩(wěn)定得充分必要條件就是什么？-arc tan1.5-1.5-1-0.500.5Real Axis1.5(s)G(S)1 G(s) 0.05s30.15s2s 10100.05(j )3100.15(j )2(j ) 100.152)j(0.053)10)0,可求得諧振頻率Nyquist Diagram10(j )(10J(10 0.152)2(0.053)2系統(tǒng)得穩(wěn)定性就是指：系統(tǒng)受到擾動作用時，輸出偏離平衡狀態(tài)，當擾動消除后，若系統(tǒng)在足夠長得時間內能恢復到其原來得平衡狀態(tài)或趨于一個給定得新平衡狀態(tài)，則該