機械工程控制基礎復習資料

機械工程控制根底復習資料一、填空題一單位反應系統(tǒng)的開環(huán)伯德圖，其幅頻特性在低頻段是一條斜率為的漸近直線，且延長線與0dB線的交點頻率為，那么此系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，時常用乃奎斯特判據，z=p-N中的z表示閉環(huán)特征方程的根在S右半平面的個數(shù)。一單位反應系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么該系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍為無論K取何值，系統(tǒng)都不穩(wěn)定。開環(huán)系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)無控制作用，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)有控制作用，其線性系統(tǒng)滿足疊加原理，非線性系統(tǒng)不滿足疊加原理面關于線性系統(tǒng)與非線性瞬態(tài)響應指標中上升時間的定義為單位階躍響應從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時間系統(tǒng)型次λ越高，開環(huán)增益Κ越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小瞬態(tài)響應的性能指標是根據以下單位階躍函數(shù)作用下，零初始條件前提來定義的二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，當a減小時，無阻尼自然頻率增大，阻尼比ξ增大一系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，那么其相位角可表達為一個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，當輸入時，那么其穩(wěn)態(tài)輸出的幅值為4開環(huán)頻率特性的低頻段的增益應充分大，以保證穩(wěn)態(tài)誤差的要求某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，零點ｓ＝－２，ｓ＝５；極點ｓ＝－０.２，ｓ＝４正弦函數(shù)的拉氏變換是函數(shù)的拉氏變換為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，那么系統(tǒng)的增益為0.3復數(shù)s=1+j的三角表示形式為 。串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，假設為PD校正環(huán)節(jié)，那么B=0，A>0。函數(shù)，〔a為常數(shù)〕的拉氏變換為函數(shù)?〔t〕的拉氏變換為，那么當時?〔t〕的值為２假設，那么＝２標準二階振蕩系統(tǒng)的超調量和ξ有關傳遞函數(shù)的極點是－2,－3一階系統(tǒng)的單位階躍響應曲線在t=0處的斜率為設系統(tǒng)的特征方程為,那么此系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍為0<K<4調整系統(tǒng)的增益對系統(tǒng)的穩(wěn)定精度響和瞬態(tài)響應都有影響單位反應控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,那么系統(tǒng)在輸入作用下,其穩(wěn)態(tài)誤差為0某環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為，那么它是慣性環(huán)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，那么其單位階躍響應函數(shù)為單位負反應系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，其乃奎斯特圖在處的相位角是單位負反應系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么其對數(shù)幅頻特性曲線在處的斜率為設系統(tǒng)微分方程為，那么該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為。極坐標圖上的負實軸對應于伯德圖上的線。系統(tǒng)辨識是指輸入輸出，求出系統(tǒng)的結構和參數(shù)，既建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。Ⅱ型系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性低頻漸近線斜率為。線性系統(tǒng)是否穩(wěn)定，是系統(tǒng)本身的一個特性，而與系統(tǒng)的輸入量或擾動無關。一單位負反應控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，那么使該閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的Ｋ值范圍是Ｋ＞０.５某控制器的傳遞函數(shù)為，假設將此控制器作為相位超前環(huán)節(jié)使用，那么α應符合α＞１假設需要使系統(tǒng)帶寬增加，那么選擇串聯(lián)校正裝置為相位超前校正閉環(huán)控制系統(tǒng)中有反應回路傳遞函數(shù)的極坐標圖為單位圓二階系統(tǒng)的單位階躍響應的欠阻尼情況是在條件下發(fā)生的串聯(lián)相位滯后校正通常用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度假設線性定常系統(tǒng)輸入端作用一個正弦波，經過充分長的時間后，那么系統(tǒng)的輸出為同頻率的正弦波。系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)一個個順序連接，稱為串聯(lián)。在系統(tǒng)辨識時，應給系統(tǒng)施加一種鼓勵信號，測量系統(tǒng)的輸入和輸出響應，然后對輸入數(shù)據和輸出數(shù)據進行數(shù)學處理并獲得系統(tǒng)的數(shù)學模型。PD調節(jié)器可以有效地改善系統(tǒng)瞬態(tài)性能，但對穩(wěn)定性能的改善卻很有限。頻域性能指標是根據閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能要求制定的。假設，對任何一正實數(shù)a，那么傳遞函數(shù)反映了系統(tǒng)的動態(tài)性能，它與系統(tǒng)的結構參數(shù)有關瞬態(tài)響應的性能指標是在單位階躍函數(shù)輸入信號的作用下定義的一階系統(tǒng)的單位脈沖響應曲線在t=0處的值為某系統(tǒng)微分方程為它是線性時變系統(tǒng)設開環(huán)傳遞函數(shù)，a＞0,K＞0,隨著K減小，那么閉環(huán)系統(tǒng)相對穩(wěn)定性變好，快速性不變頻率響應是系統(tǒng)對正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應。并聯(lián)校正按校正環(huán)節(jié)的并聯(lián)方式，可分為反應校正和順饋校正。機械工程控制論是研究以機械工程技術為對象的控制論問題。機械工程控制論是研究以機械工程技術為對象的控制論問題。傳遞函數(shù)的量綱是根據_輸入量和輸出量來決定的。=2\*ROMANII型系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性低頻漸近線斜率為對于線性系統(tǒng)，當在其輸入端加一個正弦信號時，輸出端得到的穩(wěn)態(tài)響應的幅值和相位要改變，而頻率不發(fā)生變化。建立系統(tǒng)的數(shù)學模型有兩種方法,即分析法和實驗法。二階振蕩環(huán)節(jié)的標準傳遞函數(shù)是反應是將系統(tǒng)或某一環(huán)節(jié)的輸出量，全部或局部地通過傳遞函數(shù)回輸?shù)捷斎攵?，又重新輸入到系統(tǒng)中去。穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)傳遞函數(shù)的結構和輸入信號的形式有關。在頻域中,系統(tǒng)的類型決定了系統(tǒng)對數(shù)幅頻曲線低頻段的斜率，即靜態(tài)誤差系數(shù)描述了系統(tǒng)的低頻性能。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，我們稱之傳遞函數(shù)。Ⅰ型系統(tǒng)在單位加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差為。瞬態(tài)響應是系統(tǒng)受到外加作用鼓勵后，從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應過程。主導極點的概念更多地用于一般高階系統(tǒng)的動態(tài)響應分析之中。系統(tǒng)的特征根必須全部在復平面的左平面是系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的出發(fā)點是系統(tǒng)特征方程的根必須為負實根或具有負實部的復數(shù)根。一單位負反應控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，當有一單位階躍信號作用于系統(tǒng)時，系統(tǒng)的最大超調量=二階微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為。某比列環(huán)節(jié)K對數(shù)幅頻特性為20dB，那么K=10。一個單位反應系統(tǒng)的前向傳遞函數(shù)為，那么該閉環(huán)系統(tǒng)的特征為傳遞函數(shù)是經典控制論中對線性系統(tǒng)進行分析、研究與綜合的重要數(shù)學模型形式，它通過輸入與輸出之間信息的傳遞關系，來描述系統(tǒng)本身的動態(tài)特性。極坐標圖〔乃奎斯特圖〕是在復平面內用不同頻率的矢量之端點軌跡來表示系統(tǒng)的頻率特性。某系統(tǒng)脈沖響應函數(shù)為，那么該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為。對于一階、二階系統(tǒng)來說，系統(tǒng)特征方程的系統(tǒng)都是正數(shù)是系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件主導極點的特點是距離虛軸很近一階微分環(huán)節(jié)，當頻率時，那么相頻特性為微分環(huán)節(jié)s的相頻特性和幅頻的特性的變化規(guī)律是用頻域法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是正弦函數(shù)在伯德圖中決定閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)性能好壞的主要參數(shù)可以通過開環(huán)性能的中頻段求得。PID校正器中Ⅰ代表積分二、名詞解釋控制系統(tǒng)——輸出能按照要求的參考輸入或控制輸入進行調節(jié)的系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)響應——系統(tǒng)受到外加作用鼓勵后，時間趨于無窮大時，系統(tǒng)的輸出狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)響應。疊加原理——系統(tǒng)在幾個外加作用下所產生的響應，等于各個外加作用單獨作用的響應之和。串聯(lián)校正——將校正裝置串聯(lián)在原傳遞函數(shù)方框圖的前向通道中，來改變系統(tǒng)的結構，以到達改善系統(tǒng)性能的方法。時間響應——機械工程系統(tǒng)在外加作用鼓勵下，其輸出量隨時間變化的函數(shù)關系稱之為系統(tǒng)的時間響應。方塊圖——系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的功能和信號流向的圖解表示方法。穩(wěn)定性——自動控制系統(tǒng)在受到擾動作用使平衡狀態(tài)破壞后，經過調節(jié)能重新到達平衡狀態(tài)的性能。相位裕量——在乃奎斯特圖上，從原點到乃奎斯特圖與單位圓的交點連一直線，該直線與負實軸的夾角。閉環(huán)控制系統(tǒng)——設有反應環(huán)節(jié)的自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)有控制作用。數(shù)學模型——系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學表達式，系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內部各變量之間關系的數(shù)學表達式。疊加原理——系統(tǒng)在幾個外加作用下所產生的響應，等于各個外加作用單獨作用的響應之和。復合控制——把順饋補償和反應控制結合起來的控制方式稱為復合控制。反應——把一個系統(tǒng)的的輸出信號不斷直接地或經過中間變換或局部地返回，再輸入到系統(tǒng)中去。脈沖響應函數(shù)——當一個系統(tǒng)受到一個單位脈沖鼓勵時，它所產生的響應稱為脈沖響應函數(shù)。頻率特性——不斷改變系統(tǒng)的輸入正弦信號的頻率〔由0變化到無窮大〕時，輸出信號與輸入信號的幅值比和相位差的變化情況。幅頻特性——輸出信號與輸入信號的幅值比。三、簡答題傳遞函數(shù)的主要特點有哪些？答：〔1〕傳遞函數(shù)反映系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，只與本身參數(shù)和結構有關，與外界輸入無關；〔2〕對于物理可實現(xiàn)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)分母中s的階數(shù)必不少于分子中s的階數(shù)；〔3〕傳遞函數(shù)不說明系統(tǒng)的物理結構，不同的物理結構系統(tǒng)，只要他們的動態(tài)特性相同，其傳遞函數(shù)相同。反應校正與串聯(lián)校正相比，所具有的優(yōu)點有哪些？答：反應校正與串聯(lián)校正更有其突出的優(yōu)點：利用反應能有效地改變被包圍環(huán)節(jié)的動態(tài)結構參數(shù)，甚至在一定條件下能用反應校正完全取代包圍環(huán)節(jié)，從而大大減弱這局部環(huán)節(jié)由于特性參數(shù)變化及各種干擾給系統(tǒng)帶來的不利影響。在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標有哪些？答：在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標按其類型可分為：〔1〕時域性能指標，它包括瞬態(tài)性能指標〔即上升時間、峰值時間、最大超調量、調整時間等〕和穩(wěn)定性能指標〔即穩(wěn)定誤差〕〔2〕頻域性能指標，它包括相位裕量、幅值裕量、頻寬等。簡述相位裕量的定義、計算公式，并在極坐標上表示出來。答：相位裕量的定義：是開環(huán)頻率特性幅值為1時對負實軸的相位差值。即從原點到奈氏圖與單位圓交點的連線與負實軸的夾角。計算公式：什么是數(shù)學模型？答：數(shù)學模型是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學表達式。建立數(shù)學模型是分析、研究一個動態(tài)系統(tǒng)特性的前提。一個合理的數(shù)學模型應以最簡化的形式，準確地描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。簡述串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)的作用。串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)的作用是：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)的相對穩(wěn)定性，加快了系統(tǒng)的響應速度，使過渡過程得到顯著改善。但由于系統(tǒng)的增益和型次都末變化，所以穩(wěn)態(tài)精度變化不大。簡述系統(tǒng)時間響應的概念。答：機械工程系統(tǒng)在外加作用鼓勵下，其輸出量隨時間變化的函數(shù)關系稱之為系統(tǒng)的時間響應，通過時間響應的分析可以揭示系統(tǒng)本身的動態(tài)特性。傳遞函數(shù)的典型環(huán)節(jié)有哪幾種？答：傳遞函數(shù)的典型環(huán)節(jié)有：〔1〕比例環(huán)節(jié)〔2〕積分環(huán)節(jié)〔3〕微分環(huán)節(jié)〔4〕慣性環(huán)節(jié)〔5〕一階微分環(huán)節(jié)〔6〕振蕩環(huán)節(jié)〔7〕二階微分環(huán)節(jié)〔8〕延時環(huán)節(jié)判斷定常系統(tǒng)是否穩(wěn)定的方法有哪幾種？答：判斷定常系統(tǒng)是否穩(wěn)定的方法有：〔1〕勞斯判據〔2〕胡爾維茨判據〔3〕乃奎斯特穩(wěn)定性判據〔4〕根軌跡法。影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因素有哪些?答：影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因素有系統(tǒng)的類型、開環(huán)增益和輸入信號。機械控制工程主要研究并解決哪幾方面的問題？答：機械控制工程主要研究并解決以下問題：〔1〕系統(tǒng)分析〔2〕系統(tǒng)的最優(yōu)控制〔3〕系統(tǒng)的最優(yōu)設計〔4〕系統(tǒng)識別或系統(tǒng)辨識〔5〕濾液與預測P2簡述拉氏反變換中局部分式法的步驟。答：局部分式法是通過代數(shù)運算，先將一個復雜的象函數(shù)化為數(shù)個簡單的局部分式之和，再分別求出各個分式的原函數(shù)，總的原函數(shù)即可求得。對控制系統(tǒng)的根本要求是什么？答：對控制系統(tǒng)的根本要求是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應的快速性和響應的準確性等。其中系統(tǒng)的穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)的首要條件。在參數(shù)的情況下分析和評定穩(wěn)定性、快速性和準確性。何謂控制系統(tǒng)，開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)有哪些區(qū)別？答：控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出，能按照要求的參考輸入進行調節(jié)的。開環(huán)系統(tǒng)構造簡單、不存在不穩(wěn)定問題、輸出量不用測量；閉環(huán)系統(tǒng)有反應、控制精度高、結構復雜、設計時需校核穩(wěn)定性。畫系統(tǒng)方塊圖及求傳遞函數(shù)的步驟。答：畫系統(tǒng)方塊圖及求傳遞函數(shù)的一般步驟：①確定系統(tǒng)的輸入與輸出；②列寫微分方程；③初始條件為零，對各微分方程取拉氏變換；=4\*GB3④將各拉氏變換分別以方塊圖表示，然后連成系統(tǒng)，求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。簡述串聯(lián)相位超前校正的特點。答：串聯(lián)相位超前校正的特點：①增大相位裕量，加大了帶寬，提高穩(wěn)定性；②加快了系統(tǒng)的響應速度，使過渡過程得到顯著改善；③系統(tǒng)的增益和型次都未變，穩(wěn)定精度變化不大。系統(tǒng)的頻域性能指標有哪些？答：系統(tǒng)的頻域性能指標有：①相位裕量；②幅值裕量；③截止頻率及頻寬；=4\*GB3④諧振頻率及諧振峰值。