機械控制工程基礎期末試卷答案2

1、機械工程控制基礎期末試卷一 . 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在控制工程基礎課程中描述系統(tǒng)的數學模型有微分方程、 傳遞函數等。4誤差響應反映出穩(wěn)態(tài)響應偏離系統(tǒng)希望值的程度，它用來衡量系統(tǒng)控制精度的程度。1的單位階躍響應的表達是。5 一階系統(tǒng)Ts16 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 頻率響應是線性定常系統(tǒng)對諧波輸入的穩(wěn)態(tài)響應。8 穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結構參數，而且與的類型有關。9 脈沖信號可以用來反映系統(tǒng)的。10. 階躍

2、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）爐溫控制系統(tǒng)- +電爐Ug-減速器給定毫電壓功率熱電偶Ue自偶調- 伏信號放大放大壓器U f+可逆加熱器電機220V圖 1 爐溫控制結構圖試求系統(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ui 與輸出電壓 u0 之間的微分方程，并求該電路的傳遞函數（ 10 分）uiRu0uiC R u0(a)(b)圖 2uiLCu0(c)機械控制工程基礎試卷第1頁共12頁機械工程控制基礎期末試卷四、求拉氏變換與反變換(10 分)1 求 0.5tet （ 5 分）2 求1

3、3s （ 5 分）(s1)(s2)五、化簡圖3 所示的框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數（10 分）機械控制工程基礎試卷第2頁共12頁機械工程控制基礎期末試卷H2 (S)X i(S)X O(S)G1(S)G2(S)G3(S)H 1(S)圖 3機械控制工程基礎試卷第3頁共12頁機械工程控制基礎期末試卷六、圖 4 示機械系統(tǒng)由質量m、阻尼系數 C 、彈簧剛度 K 和外力 f (t ) 組成的機械動力系統(tǒng)。圖 4(a)中 xo (t) 是輸出位移。當外力f (t ) 施加 3 牛頓階躍力后 (恒速信號 )，記錄儀上記錄質量 m 物體的時間響應曲線如圖4（ b）所示。 試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數學模型和傳遞函

4、數；(5 分)2）該系統(tǒng)的自由頻率n 、阻尼比；(2 分)3）該系統(tǒng)的彈簧剛度質量m、阻尼系數 C、彈簧剛度 k；（ 3 分）4）時間響應性能指標：上升時間t s 、調整時間 tr 、穩(wěn)態(tài)誤差 ess（ 5 分）。x0(t)x00.095f(t)k1.0cmt024圖 4(a)機械系統(tǒng)圖 4（b）響應曲線圖 4機械控制工程基礎試卷第4頁共12頁機械工程控制基礎期末試卷七、已知某系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數Gk10，則該系統(tǒng)在單位脈沖、5s1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ess 分別是多少？（10 分）八、設有如圖5 所示的反饋控制系統(tǒng)，試求根據勞斯判據確定傳遞函數k

5、 值的取值范圍 （ 10分）。Xi(s)1kX 0(s)X (s)×s(s 1)(s 5)-Ts 1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)機械控制工程基礎試卷第和5頁 共閉環(huán)控制系統(tǒng)12頁。機械工程控制基礎期末試卷12 在控制工程基礎課程中描述系統(tǒng)的數學模型有微分方程、傳遞函數 等。13 穩(wěn)態(tài)誤差 反映出穩(wěn)態(tài)響應偏離系統(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)1的單位階躍響應的表達是 1e t /T 。Ts115 有系統(tǒng)的性能指標按

6、照其類型分為時域性能指標 和頻域性能指標 。16 頻率響應是線性定常系統(tǒng)對諧波輸入的穩(wěn)態(tài)響應。17 穩(wěn)態(tài)誤差不僅取決于系統(tǒng)自身的結構參數，而且與輸入信號 的類型有關。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爐系溫統(tǒng)（控制系10統(tǒng)分）- +電爐Ug-減速器給定毫電壓功率熱電偶自偶調- 伏信號Ue放大放大壓器Uf+可逆加熱器電機220V圖 1 爐溫控制結構圖試求系統(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。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

7、器、放大器、電機、減速器以及自藕調壓器、熱電偶。原理方框圖：機械控制工程基礎試卷第6頁共12頁機械工程控制基礎期末試卷三如圖2 為電路。求輸入電壓ui 與輸出電壓 u0 之間的微分方程，并求出該電路的傳遞函數。（ 10 分）uiRu0uiC R u0(a)(b)圖 2解答： 跟據電壓定律得ui1Lu0u dtC u0uRC0i(c)d 2uid 2u01 du0dt 2RCdtdt2G(s)RCsRCs1四、求拉氏變換與反變換3 求0.5 tet 解答： 1(s12s1)24 求13s(s 1)(s 2)解答： =3e t6te 2 t六、化簡框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數機械控制工程基礎試卷第7頁

8、共12頁機械工程控制基礎期末試卷H2(S)X i (S)X O(S)G1 (S)G2(S)G3(S)H1(S)圖 4解：H2Xi (s)+Xo(s)G1G2 G3_H1/G3Xi (s)Xo(s)G1G2G3_1 G2G3H2H1/G3Xi (s)Xo(s)G1G2 G31G2G3 H 2G1G2G3G1G2H1機械控制工程基礎試卷第8頁共12頁機械工程控制基礎期末試卷七、 圖示機械系統(tǒng)由質量m、阻尼系數C、彈簧剛度 K 和外力 f (t ) 組成的機械動力系統(tǒng)。圖(a) 中 xo (t) 是輸出位移。當外力f (t) 施加 3 牛頓階躍力后，記錄儀上記錄質量m 物體的時間響應曲線如（ b）圖

9、所示。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數學模型和傳遞函數；(4 分)2）該系統(tǒng)的彈簧剛度質量m、阻尼系數 C、彈簧剛度 k；（ 3 分）3）時間響應性能指標：上升時間t s 、調整時間 tr 、振蕩頻數 N 、穩(wěn)態(tài)誤差 ess （ 5 分）。x0(t)x00.095f(t)k1.0cmt024圖 (a)機械系統(tǒng)圖（ b）響應曲線解答：解： 1）對于該系統(tǒng)有：mx0 tcx0 tkx0 tf t故G s1ms2csk2） 求 k 由 Laplace 變換的終值定理可知：x0lim x0 tlim s X 0 sts 0lim s13csk ss 0 ms23k而 x0=1.0，因此 k=3.求 m，

10、由 MMx0 t px0100% 得：px0p 0.095 100% 9.5%1.012又由式 M p e100%求得 =0.6機械控制工程基礎試卷第9頁共12頁機械工程控制基礎期末試卷將 t p2,0.6 代入 t p中，得n =1.96 。dn 12再由 kn2 求得 m=0.78 。m求 c由 2cm ，求得 c=1.83.n3） 求 tsts3(取=0.05 時 )2.55nt s4(取=0.02 時 )3.40n求 tr21arctan0.91tr2.323d求 N1.5 1取 =0.05 時， N2 1取 =0.02 時， N2=0.642=0.85求 ess當輸入為階躍信號時，系

11、統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：ess11K p對于 0 型系統(tǒng)K pK1 ，代入式中求得：ess =0.5機械控制工程基礎試卷第10頁共12頁機械工程控制基礎期末試卷八、已知某系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數Gk10，則該系統(tǒng)在單位脈沖、5s1單位階躍和單位恒速信號作用下的ess 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 ess分別是1 、 。11在單位脈沖信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為ess lim s1X i ( s) lim s110H (s)1 G ( s) H (s)10s 0s 015s1九、設有如圖所示的反饋控制系統(tǒng)，試求根據勞斯判據確定傳遞函數k 值的取值范圍Xi(s)1kX 0(s)×s(