機(jī)械工程控制基礎(chǔ)期末測試試題

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)期末試卷一、 填空題(每空1分，共20分）傳遞函數(shù)的定義是對于線性定常系統(tǒng),在初始條件為零的條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比.瞬態(tài)響應(yīng)是系統(tǒng)受到外加作用激勵后,從初始狀態(tài)到最終或穩(wěn)定狀態(tài)的響應(yīng)過程。3。判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的出發(fā)點(diǎn)是系統(tǒng)特征方程的根必須為負(fù)實(shí)根或負(fù)實(shí)部的復(fù)數(shù)根，即系統(tǒng)的特征根必須全部在復(fù)平面的左半平面是系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。4。 I型系統(tǒng)在單位階躍輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為 0 ，在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為∞。5。 頻率響應(yīng)是系統(tǒng)對正弦輸入穩(wěn)態(tài)響應(yīng),頻率特性包括幅頻和相頻兩種特性。如果系統(tǒng)受擾動后偏離了原工作狀態(tài)，擾動消失后,系統(tǒng)能自動恢復(fù)到原來的工作狀態(tài),這樣的系統(tǒng)是（漸進(jìn))穩(wěn)定的系統(tǒng)。傳遞函數(shù)的組成與輸入、輸出信號無關(guān)，僅僅決定于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并且只適于零初始條件下的線性定常系統(tǒng).8。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與輸入信號的形式及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)或系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)有關(guān).9。如果在系統(tǒng)中只有離散信號而沒有連續(xù)信號，則稱此系統(tǒng)為離散(數(shù)字）控制系統(tǒng)，其輸入、輸出關(guān)系常用差分方程來描述.10。反饋控制系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性三頻段的劃分是以ωc（截止頻率）附近的區(qū)段為中頻段，該段著重反映系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)定性和快速性；而低頻段主要表明系統(tǒng)的穩(wěn)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(zhǔn)確性.2．按系統(tǒng)有無反饋，通常可將控制系統(tǒng)分為 開環(huán)控制系統(tǒng)和 閉環(huán)控制系統(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．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.5．一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的表達(dá)是。6．有系統(tǒng)的性能指標(biāo)按照其類型分為時域性能指標(biāo)和頻域性能指標(biāo)。7．頻率響應(yīng)是線性定常系統(tǒng)對正弦輸入的穩(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),而且與輸入信號的類型有關(guān)。9．脈沖信號可以用來反映系統(tǒng)的抗沖擊能力。階躍信號的拉氏變換是1/s。二．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）2《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》試卷第1頁共4頁機(jī)械工程控制基礎(chǔ)期末試卷解答:跟據(jù)電壓定律得三．已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示， 試求:（15分)繪制系統(tǒng)的信號流圖。(5分）求傳遞函數(shù)及。（10分）化簡框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)4解H2Xi(s)+Xo(s)G1G2G3__H1/G3Xi(s)X(s)o__H1/G3Xi(s) Xo(s)五、圖示機(jī)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(jī)械動力系統(tǒng)。圖（a）中是輸出位移.當(dāng)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(biāo)：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(jī)械系統(tǒng)圖（b）響應(yīng)曲線解答：解：1）對于該系統(tǒng)有：《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》試卷第2頁共4頁機(jī)械工程控制基礎(chǔ)期末試卷故2）求k 由Laplace變換的終值定理可知：而=1。0，因此k=3.m，由得：又由式求得=0.60.6代入中,得=1.96。再由求得m=0。78。c由，求得c=1。83。3)求2.55(取=0.05時）3。40（取=0。02時）求0。912.323N取=0.05時，=0.64取=0。02時， =0.85求當(dāng)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：=0.5六、已知某系統(tǒng)是單位負(fù)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(fù)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)誤差為七、設(shè)有如圖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值的取值范圍解答:系統(tǒng)的特征方程:可展開為:列出勞斯數(shù)列：k〉0，30—k>00〈k〈30八、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：求：(1) 試確定系統(tǒng)的型次v和開環(huán)增益K；（2）試求輸入為時,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。解:（1)該傳遞函數(shù)已經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)形式可見,v＝0,這是一個0型系統(tǒng)開環(huán)增益K＝20；(2）討論輸入信號，，即A＝2，B＝5，C=2根據(jù)表3—4，誤差九．系統(tǒng)如圖5所示，為單位階躍函數(shù)，試求：（10分）系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然頻率。（5分)《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》試卷第3頁共4頁機(jī)械工程控制基礎(chǔ)期末試卷2。 動態(tài)性能指標(biāo)：超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時間。(5分)1．2．十、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試?yán)L制系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線。解：該系統(tǒng)開環(huán)增益K＝100；有一個積分環(huán)節(jié),即v＝1；低頻漸近線通過(1，20lg100）這點(diǎn)，即通過(1，40）這點(diǎn)斜率為－20dB/dec;有兩個慣性環(huán)節(jié)，對應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為,，斜率分別增加－20dB/dec系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線如右圖所示.L()/dB40-20dB/d