機(jī)械工程控制簡(jiǎn)答題

1:簡(jiǎn)述串聯(lián)相位超前、相位滯后校正的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答:相位超前校正優(yōu)點(diǎn)：加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)精度變化不大。相位滯后校正優(yōu)點(diǎn)：提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，提高系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：降低系統(tǒng)響應(yīng)速度。2試述繪制系統(tǒng)的伯德圖的一般方法步驟？答1）由傳遞函數(shù)求出頻率特性并將其化為若千典型環(huán)節(jié)頻率特性相乘的形式，2）求出個(gè)典型環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)角頻率、阻尼比的參數(shù)，3）分別畫(huà)出個(gè)典型環(huán)節(jié)的幅頻率曲線的漸近線和相頻曲線，4）將各環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻率的漸近線進(jìn)行疊加到系統(tǒng)幅頻曲線的漸進(jìn)線并對(duì)其進(jìn)行修正，5）間隔環(huán)節(jié)相頻曲線疊加，得到系統(tǒng)的相頻曲線。3什么是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)？應(yīng)用傳遞函數(shù)分析系統(tǒng)時(shí)應(yīng)必備什么條件？答:1）系統(tǒng)描述為時(shí)域問(wèn)題，既有時(shí)間函數(shù)。2）在描述范圍內(nèi)至少分段連續(xù)3）系統(tǒng)為線性4傳遞函數(shù)的定義是什么？一個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)有什么特征？答：線性定?？叵到y(tǒng)，當(dāng)初是條件為零時(shí)，系統(tǒng)輸出信號(hào)的拉氏變換與輸入信號(hào)的拉氏變換之比稱為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。一個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)分母階段n應(yīng)不小于分子階段m,即n>=m.5簡(jiǎn)要說(shuō)明欲減低由輸入和干擾信號(hào)引起的穩(wěn)態(tài)誤差，采取的措施有何不同、答：欲減低由輸入信號(hào)引起的穩(wěn)態(tài)誤差，應(yīng)提高系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)或在系統(tǒng)中增加積分環(huán)節(jié)（提高系統(tǒng)型次）欲降低有干擾信號(hào)引起的穩(wěn)態(tài)誤差，應(yīng)在干擾信號(hào)作用之前的前向通道中增加放大倍數(shù)或增加積分環(huán)節(jié)。6控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的三個(gè)頻率段是如何劃分的？它們各自反應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)哪方面的特性？一般將開(kāi)環(huán)系統(tǒng)頻率特性的復(fù)制穿越頻率看成是頻率響應(yīng)的中心頻率，把w<<wc的頻率范圍稱為低頻段，把wc附迫的頻率范圍稱為中頻段，把w>>wc的頻率范圍稱為高頻段。開(kāi)環(huán)頻率特性的低頻段反應(yīng)了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，中頻頓反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，高頻段反映了系統(tǒng)拭抗高頻干擾性能和系統(tǒng)的復(fù)雜性。7簡(jiǎn)述勞斯穩(wěn)定判據(jù)和乃虧斯特穩(wěn)定判據(jù)在使用方法和功能上的區(qū)別。答:1）在使用方法上的區(qū)別：勞斯判據(jù)是利用系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的系統(tǒng)做成勞斯表，根據(jù)勞斯表首列元素的符號(hào)來(lái)判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是一種代數(shù)方法，而乃奎斯特判據(jù)則是利用系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性，由于開(kāi)環(huán)頻率特性圖來(lái)判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，屬于頻率特性分析法。2）功能上的區(qū)別：勞斯判據(jù)只能判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定與否，而乃奎斯特判據(jù)不僅能判官閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性，還能給出系統(tǒng)穩(wěn)定不穩(wěn)定的程度，揭示改善系統(tǒng)穩(wěn)定。所謂的信息傳遞是指信息在系統(tǒng)在過(guò)程中以某種關(guān)系動(dòng)態(tài)的傳遞或轉(zhuǎn)換。所謂的信息反饋就是把一個(gè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)不斷直接或經(jīng)過(guò)中間變換后全部或部分的返回，在輸入到系統(tǒng)中區(qū)。如果反饋回去的訊號(hào)與原系統(tǒng)的輸入訊號(hào)的方向相反，則稱之為魚(yú)反饋。如果方向或相位相同，則稱之為正反饋。所謂控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出，能按照要求的參考輸入或控制輸入進(jìn)行調(diào)節(jié)的，按系統(tǒng)是否存在反饋將系統(tǒng)分為（開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）和（閉環(huán)系統(tǒng)）開(kāi)環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)無(wú)控制作用，或者說(shuō)系統(tǒng)中無(wú)反饋回路的稱開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)由控制作用或者說(shuō)，系統(tǒng)中存在反饋的回路。稱閉環(huán)系統(tǒng)。傳遞函數(shù)的定義線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是初始條件為零時(shí)，系統(tǒng)輸出的拉氏變換比輸入的拉氏變換。在反饋連接中所謂的反饋是將系統(tǒng)或某一環(huán)節(jié)的輸出量，全部或部分的通過(guò)傳遞函數(shù)會(huì)輸?shù)垒斎攵?，又從新輸入到系統(tǒng)中去。反饋信號(hào)與輸入相加稱為“正反饋—與輸入相減稱為“負(fù)反饋”..方塊圖的簡(jiǎn)化法則：1）前向通道的傳遞函數(shù)保持不變。2）各反饋回路的傳遞函數(shù)保持不變。 畫(huà)系統(tǒng)方塊圖及求傳遞函數(shù)的步驟為:1）確定系統(tǒng)的輸入與輸出，2）列出微分方程。3）初始條件為零，對(duì)個(gè)微分方程取拉氏變換4）將各拉氏變換式分別以方塊圖表示，然后連成系統(tǒng)求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。時(shí)間響應(yīng)的概念：機(jī)械工程系統(tǒng)的在外加作用激勵(lì)下，其輸出量隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系稱之為系統(tǒng)的時(shí)間相應(yīng)，通過(guò)對(duì)時(shí)間的分析可揭示系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性。 _瞬間響應(yīng)系統(tǒng)受到外加作用激勵(lì)后，從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程稱為瞬間響應(yīng)。 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：時(shí)間趨于無(wú)窮大時(shí)，系統(tǒng)的輸出狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。（瞬態(tài)響應(yīng)反應(yīng)了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)偏離系統(tǒng)希望值的程度可用來(lái)衡量系統(tǒng)的精度程度）所謂主導(dǎo)極點(diǎn)：是指在系統(tǒng)的所有閉環(huán)極點(diǎn)中，距離虛軸最近且周圍沒(méi)有閉環(huán)零點(diǎn)的極點(diǎn)，而所有其它極點(diǎn)都遠(yuǎn)離虛軸。 系統(tǒng)的頻率特性：當(dāng)不斷改變輸入正弦的頻率（由0變化到無(wú)窮大時(shí)）該附值比和相位差的變化情況即稱為系統(tǒng)的頻率特性。最小相位系統(tǒng)：若系統(tǒng)傳遞函數(shù)Gs的所有零點(diǎn)和極點(diǎn)均在S平面的左半平面，則該系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)。對(duì)于最小相系統(tǒng)而言，當(dāng)頻率從零變化到無(wú)窮大時(shí)，相位角的變化范圍最小。非最小相位系統(tǒng):若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Gs的所有零點(diǎn)和極點(diǎn)均在S平面的左半平面，則該系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)。對(duì)于非最小相位系統(tǒng)而言，當(dāng)頻率從零變化到無(wú)窮大時(shí)，相位角的變化范圍總是大于最小相位系統(tǒng)的相角范圍，當(dāng)可=無(wú)窮時(shí)，其相位角不等于一（n-m）x90 穩(wěn)定性的定義:系統(tǒng)在受到外界擾動(dòng)作用是，其被控量Yc（t）將偏離平衡位置，當(dāng)這個(gè)擾動(dòng)作用去除后，若系統(tǒng)在足夠的時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)或者趨于一個(gè)給定的新的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。所謂的校正:就是指在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)或改變某些參數(shù)，以改善系統(tǒng)性能的方法。常用的校正方法有:串聯(lián)校正、并聯(lián)校正、PID校正器。穩(wěn)態(tài)精度由系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K決定，而相對(duì)穩(wěn)定性由(相位裕量)和(幅值裕量)來(lái)決定。增加系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益可以提高系統(tǒng)的(穩(wěn)態(tài)精度)和(響應(yīng)速度)。串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)增大了相位裕量，加大了帶寬，這就意味著提高了系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使過(guò)度過(guò)程得到顯著改善。 所謂的反饋校正是：從系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)的輸出中取出信號(hào)，經(jīng)過(guò)校正網(wǎng)絡(luò)加到該環(huán)節(jié)前面某一環(huán)節(jié)的輸入端，并與那里的輸入信號(hào)疊加，從而改變信號(hào)的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正的目的。 或饋校正的特點(diǎn)：是在干擾引起誤差之前就對(duì)它進(jìn)行近似補(bǔ)償，以便及時(shí)消除干擾的影響。 傳遞函數(shù)的主要特點(diǎn)有：答1)傳遞函數(shù)主要反應(yīng)系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特征，只與系統(tǒng)本身的參數(shù)有關(guān)，與外界輸入無(wú)關(guān)，傳遞函數(shù)等于s的階次及系數(shù)都是與外界無(wú)關(guān)的系統(tǒng)本身的固有特性。2)對(duì)于物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)分母中s的階次n必不小于分子中s的階次m，即n>=m，因?yàn)閷?shí)際的物理量系統(tǒng)是存在慣性，輸出不會(huì)超前于輸入。3)傳遞函數(shù)的量綱是根據(jù)輸入量和輸出量來(lái)決定。傳遞函數(shù)不說(shuō)明被描述系統(tǒng)的物理量結(jié)構(gòu)。不同性質(zhì)的物理量系統(tǒng)，只要其動(dòng)態(tài)特性類同，可以用同一類型的傳遞函數(shù)來(lái)描述。 終值定理的應(yīng)用條件是什么？答:若函數(shù)點(diǎn)。及其一階導(dǎo)數(shù)都是可拉氏變換的，并且除在原點(diǎn)處唯一的極點(diǎn)外sF(s)在包含jw軸的右半s平面內(nèi)是解析的，則函數(shù)f(t)的終值為limf(t)=limF(s).什么事主導(dǎo)極點(diǎn)？答:主導(dǎo)極點(diǎn)是指系統(tǒng)所有閉環(huán)極點(diǎn)中距離虛軸最近，且周圍沒(méi)有其它閉環(huán)零點(diǎn)的那些閉環(huán)極點(diǎn)，主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)起主導(dǎo)作用。 采用何種方式可以同時(shí)減小或消除控制輸入和干擾作用下的穩(wěn)態(tài)誤差？答:在干擾作用點(diǎn)至系統(tǒng)輸入口德前向通道中，提高增益和設(shè)置積分環(huán)節(jié)最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性有何異同？答:最小相位相同系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅度特性相同，兩者對(duì)數(shù)相頻率特性不同，非最小相位系統(tǒng)的相角變化絕對(duì)值比最小相位系統(tǒng)相角變化絕對(duì)值大。 系統(tǒng)有兩個(gè)閉環(huán)特征根分在s平面的右半面，勞斯表中第一列元素的符號(hào)應(yīng)改變幾次?答：有兩個(gè)有半s平面特征根，說(shuō)明勞斯表中第一列元素的符號(hào)改變二次。二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為1，試在左圖中標(biāo)出系統(tǒng)的特征根在S平面上的位置，在右圖中標(biāo)出單位階躍曲線?:s2+s+1—1 2G=1八0.5 時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有哪些？它們反映系統(tǒng)哪些方面的性能"？td延遲M間t上升時(shí)間t峰值時(shí)間M超調(diào)量t調(diào)節(jié)時(shí)間td、t、t、t反映系統(tǒng)的快速性Mp反映系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。簡(jiǎn)述相位裕量的定義、計(jì)算公式」并在極坐標(biāo)上表示出來(lái)。定義:是開(kāi)環(huán)頻率特性幅值為1時(shí)對(duì)負(fù)實(shí)軸的相位差值。即從原點(diǎn)到奈氏圖與單位圓交點(diǎn)的連線與負(fù)實(shí)軸的央角。計(jì)算公式:.180。+中(①)簡(jiǎn)述串聯(lián)相位超前校正的特點(diǎn)?:相位超前校正特點(diǎn)：1.增加相位余量y，提高穩(wěn)定性2.增加°帽值穿越頻率①，提高快速性3增加高頻增益(或高通濾波器)，抗干擾能力下降。什么是信息和信息的傳遞？已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(S)=4/s(s+5).。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有哪些？傳遞函數(shù) 狀態(tài)空間表達(dá)式本身的參數(shù)和結(jié)構(gòu)外界輸入相對(duì)稔定性靈敏性準(zhǔn)確性靈敏性井聯(lián)校正P1D校正三、簡(jiǎn)答題（本大題共5小J?.每小題4分，共20分）答，一切能表達(dá)一定含義的信號(hào)、密碼、情報(bào)和均為信息.例如，機(jī)械系統(tǒng)中的應(yīng)力、變形、溫升、幾何尺寸與形狀精度等等，表明了機(jī)械系統(tǒng)信號(hào)、密碼、情報(bào)或消息.（2分）所謂值息傳遞，是指信息在系統(tǒng)及過(guò)程中以某種關(guān)系動(dòng)態(tài)地傳遞,或稱轉(zhuǎn)換.如機(jī)床加工工藝系統(tǒng),將工件尺寸作為信息,通過(guò)工藝過(guò)程的轉(zhuǎn)換,加工前后工件尺寸分布有所變化.這樣.研究機(jī)床加工精度向題，可通過(guò)運(yùn)用信息處理的理論和方法來(lái)進(jìn)行.（2分）匕gc八— 史—4 _ 1— __1 /益八、據(jù)系統(tǒng)對(duì)某些典型輸入信號(hào)的響應(yīng)或其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型， （2分）2農(nóng)答:系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)是由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成. 蒞分）系統(tǒng)受到外加作用后，從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程稱為境態(tài)響應(yīng)。當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)窮大時(shí)，系統(tǒng)的輸出狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，瞬態(tài)響應(yīng)反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)偏高系統(tǒng)希望的程度可用來(lái)衡橫系統(tǒng)的精確程度， 《分）25.答:在乃奎斯特圖上,乃奎斯特圖與負(fù)實(shí)軸交點(diǎn)處幅值的倒數(shù)，稱幅值裕最Km（2分）31,傳遞函數(shù)的定義是對(duì)于線性定常系統(tǒng)，在（初始條