机械控制工程基础朱骥北课后答案

机械控制工程基础朱骥北课后答案【篇一：机械工程控制基础第二版答案】

p> 2

3

4

5

【篇二：《机械工程控制基础》课后题答案】

制系统的基本原理

第一节第二节第三节第四节第一节第二节第三节第四节第一节第二节第三节第四节

控制系统的工作原理和基本要求控制系统的基本类型典型控制信号控制理论的内容和方法机械系统的数学模型液压系统的数学模型电气系统的数学模型线性控制系统的卷积关系式傅氏变换拉普拉斯变换

拉普拉斯变换的基本定理拉普拉斯逆变换

第二章控制系统的数学模型

第三章拉氏变换

第四章传递函数

第一节传递函数的概念与性质第二节第三节第四节第一节第二节第三节第四节

第六章

第一节第二节第三节第四节

第七章

第一节第二节第三节第四节

第八章

第一节

线性控制系统的典型环节系统框图及其运算多变量系统的传递函数概述

单位脉冲输入的时间响应单位阶跃输入的时间响应高阶系统时间响应谐和输入系统的定态响应频率特性极坐标图频率特性的对数坐标图

由频率特性的实验曲线求系统传递函数稳定性概念劳斯判据乃奎斯特判据

对数坐标图的稳定性判据控制系统的偏差概念

第五章时间响应分析

频率响应分析

控制系统的稳定性

控制系统的偏差

第二节第三节

输入引起的定态偏差输入引起的动态偏差

第九章控制系统的设计和校正

第一节综述第二节第三节第四节第五节第六节第七节

第一章

定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理

量准确地按照预期的规律运行。

第一节

控制系统的工作原理和基本要求

框图

希望对数幅频特性曲线的绘制校正方法与校正环节控制系统的增益调整控制系统的串联校正控制系统的局部反馈校正控制系统的顺馈校正

自动控制系统的基本原理

图1

人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

比较

图2

例2．

图示为液面高度控制系统原理图。试画出控制系统方块图

和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。

解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面

高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误

差进行修正，

可保持液面高度稳定。

图3

控制器

图4

头脑

图5

结构方块图说明：

1.信号线：带有箭头的直线（可标时间或象函数）u(t),u(s)；

2.引

用线：表示信号引出或测量的位置；

3．比较点：对两个以上的同性质信号的加减运算环节； 4．方框：代表系统中的元件或环节。

方块图中要注明元件或环节的名称，函数框图要写明函数表达式。二．控制系统的组成

1．给定环节：给出输入信号，确定被控制量的目标值。 2．比较环节：将控制信号与反馈信号进行比较，得出偏差值。 3．放大环节：

将偏差信号放大并进行必要的能量转换。 4．执行环节：各种各类。5．被控对象：机器、设备、过程。

6．测量环节：测量被控信号并产生反馈信号。 7．校正环节：改善

性能的特定环节。三．控制系统特点与要求

1．目的：使被控对象的某一或某些物理量按预期的规律变化。

2．过程：即“测量——对比——补偿”。或“检测偏差——纠正偏差”。 3．基本要求：稳定性系统必须是稳定的，不能震荡；快速性接

近目标的快慢程度，过渡过程要小；准确性

第二节

控制系统的基本类型

1．开环变量控制系统（仅有前向通道）

i0

图6

2．闭环变量控制系统

i

开环系统：优点：结构简单、稳定性能好；

缺点：不能纠偏，精度低。

闭环系统：与上相反。第三节典型控制信号

输入信号是多种多样的，为了对各种控制系统的性能进行统一的评价，通常选定几种外作用形式作为典型外作用信号，并提出统一的

性能指标，作为评价标准。

1．阶跃信号x(t)=

0t＜0

x(t)=a t≥0

图7

当a=1时，称为单位阶跃信号，写为1（t）。

阶跃信号是一种对系统工作最不利的外作用形式。例如，电源突然

跳动，负载突然增加等。因此，在研究过渡过程性能时通常都选择

阶跃函数为典型外作用，相应的过渡过程称为阶跃响应。

2．脉冲函数

数学表达式x(t)=a/t0≤t≤t x(t)=0其它

图8

且

?

d

dt

1(t)

?

??

?(t)dt?1

x(t)=at t≥0x(t)=0t＜0

图10

在研究飞机系统时，常用恒速信号作为外作用来评价过渡过程。4．恒加速信号

x(t)=at2/2 t≥0x(t)=0 t＜0

【篇三：机械控制工程基础第三章复习题及答案】

态响应和稳态响应两部分组成。答案：瞬态响应、稳态响应

题目：系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程，称为。

分析与提示：瞬态响应，指系统在某一输入信号作用下，系统的输

出量从初始状态到稳定状态的响应过程。

答案：瞬态响应

题目：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为与。

分析与提示：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为

自由响应与强迫响应。答案：自由响应、强迫响应

题目：系统的时间响应可从两方面分类，按振动来源可分为与。

分析与提示：系统的时间响应可从两方面分类，按振动性质可分为

自由响应与强迫响应；按振动来源可分为零输入响应(即由“无输入时

系统的初态”引起的自由响应)与零状态响应(即仅由输入引起的响应)。答案：零输入响应、零状态响应

题目：系统微分方程的特解就是系统由输入引起的输出(响应)，工程上称为。

分析与提示：初始条件及输入信号产生的时间响应就是微分方程的

全解。包含通解和特解两个部分。通解完全由初始条件引起的，它

是一个瞬态过程，工程上称为自然响应 (如机械振动中的自由振动)。特解只由输入决定，特解就是系统由输入引起的输出(响应)，工程上

称为强迫响应 (如机械振动中的强迫振动)。

答案：强迫响应

题目：系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性，还与外加的形

式有关。

分析与提示：系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性，还与外

加输入信号的形式有关。答案：输入信号

t?0?1

题目：单位阶跃信号u(t)??的拉氏变换为【】

0 t?0?

a、

11

b、2

c、1

d、s ss

分析与提示：熟练掌握典型信号的拉氏变换。b为单位斜坡信号的

拉氏变换，c为单位冲击信号的拉

是变换。

答案：a

题目：选取输入信号应当考虑以下几个方面，输入信号应当具有，

能够反映系统工作的大部分实际情况。

分析与提示：选取输入信号应当考虑以下几个方面，输入信号应当

具有典型性，能够反映系统工作的大部分实际情况。

答案：典型性

题目：选取输入信号时，输入信号的形式应当尽可能。分析与提示：选取输入信号时，输入信号的形式应当尽可能简单。答案：简单

题目：是使用得最为广泛的常用输入信号。

分析与提示：单位脉冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、单位

抛物线函数都为常用输入信号时，单位脉冲函数是使用得最为广泛

的常用输入信号。答案：单位脉冲函数

题目：设一阶系统的传递函数为

3

，则其时间常数和增益分别是【 2s?5

】

a． 2，3b． 2，3/2 c． 2/5，3/5 d． 5/2，3/2

分析与提示：一阶系统的传递函数的标准形式为

k3

。，其时间常数和增益分别?

2ts?12s?5

s?15

3为2/5，3/5

答案：c

题目：某系统的传递函数为g(s)? a.

4

，则该系统的单位脉冲响应函数为【】 s?2

42t?2t b.4tc.4e d. 4e t

t

k?t42

分析与提示：这是一个一阶系统g(s)?，一阶系统的单位脉冲响应函数为e，其?

ts?2s

?12

中t时间常数为0.5，k比例系数为2。得单位脉冲响应函数为4e

?2t

答案：d

题目：设温度计能在1分钟内指示出响应值的98%，并且假设温度

计为一阶系统，传递函数为

g?s??

1

，求时间常数。如果将此温度计放在澡盆内，澡盆的温度依

10℃/min的速度线性变化，求ts?1

温度计的误差是多大？

分析与提示：温度计的输入信号为单位阶跃信号，由传递函数可得

到单位阶跃信号的响应，1分钟内指示出响应值的98%可得到时间

常数。误差为理想输出与实际输出之差。

?1

??gs?答案：（1）因一阶系统的单位阶跃响应函数为xo?t??1?et，令t=1，xo?t??98%，

ts?1

t

即

xo?t??1?e

解得t=0.256min

?

tt

?1?e

?

1t

?0.98

（2）因一阶系统在输入信号xi?t??10t作用下的时间响应为

tt2??110??1?1xo?t??l?g?s?xi?s???l??2??10l?2???

ts?1sts?1?s???s

?1

?1

?

?10??t?t?te

?

所以有

t?t

????

t??t

e?t??xi?t??xo?t??10t?10?t?t?te?

?

tt

?????0.256t?????10t?1?e??2.56?1?e?????

?

???

当t=1min时，e?t??2.53℃

题目：已知系统的单位脉冲响应函数为

w?t??10e?0.2t?5e?0.5t

（1）求系统的传递函数；

（2）确定系统的单位阶跃响应。分析与提示：（1）系统的传递函数可由单位脉冲响应函数函数的拉氏变换得到；（2）几个典型信号之间具有积分微分关系，则其输出也具有积分微分关系。

答案：（1）对单位脉冲函数作拉氏变换

g?s??l?w?t???l10e?0.2t?5e?0.5t

??

10515?s?0.4?

???2

s?0.2s?0.5s?0.7s?0.1

（2）由于单位阶跃函数是单位脉冲函数的积分，因此单位阶跃响应

就是单位脉冲响应的积分，即

t

t

xo?t???w?t?dt??10e?0.2t?5e?0.5tdt

??

?0.2t

??50e

?0.2tt

?10e

?0.5tt

?60?50e?10e

?0.5t

题目：一阶系统的传递函数为g(s)?

7

，则其单位阶跃响应曲线在t?0时的切线斜率是【 s?2

】

a． -7b． 3.5c． 2 d． 1/7 分析与提示：一阶系统的单位阶跃响应

曲线在t?0时的切线斜率是为1/t，又

g(s)?

73.5

? s?20.5s?1

即t=0.5，单位阶跃响应曲线在t?0时的切线斜率是为2

答案：c

题目：二次临界阻尼系统具有的一对极点具有如下特征【】 a. 实

部为零的共轭复数 b. 相等的负实数

c. 相等的正实数

d. 正、负两实数

分析与提示：二次临界阻尼系统具有的一对相等的负实数根。答案：b

题目：当阻尼比为时，系统的单位阶跃响应为持续的等幅振荡。分

析与提示：当阻尼比为零时，系统的单位阶跃响应为持续的等幅振荡。答案：零

题目：已知机械系统的传递函数为g(s)?

4

，则系统的阻尼比是【

s2?s?4

】

a． 0.25b． 0.5 c． 1d． 2

2?n

分析与提示：二阶系统传递函数的标准形式为g?s??2，由题意有 2 s?2??ns??n

?n2?4

2??n?1

解得??0.25

答案：a

题目：二阶系统的响应特性完全由固有频率和两个特征量来描述。分析与提示：二阶系统的响应特性完全由固有频率和阻尼比两个特征量来描述。答案：阻尼比

题目：二次欠阻尼系统具有的一对极点具有如下特征【】a. 实部为负的共轭复数 b. 相等的负实数 c. 实部为零的共轭复数 d. 正、负两实数

分析与提示：二次欠阻尼系统具有的一对极点为实部为负的共轭复数。答案：a

a.

.25n c.0.5?n

b． ?n

d．

.75?n

2

分析与提示：阻尼固有频率为?d??n??。

答案：d

题目：证明下图所示的系统是一个简单的二阶系统，并求其无阻尼固有频率、有阻尼固有频率和阻尼比。

分析与提示：首先根据系统函数框图，化简得到系统传递函数，再根据二阶系统的传递函数形式，可得到其特征参数。

答案：简化传递函数框图，有

2?n1

?

2??n?ss

2?n

2n

g?s??

1?

??1

?kf??

2??n?s2??

n?ss

2

n2n

?

s??kf?2??ns??

2

2n

显然，这是一个简单的二阶系统。比较二阶系统传递函数的标准形式，其无阻尼固有频率为?n，因

2

2??n??nkf?2??n

得其阻尼比为

??0.5?nkf??

有阻尼固有频率为

?d??n????n?0.5?nkf??

2

2

题目：已知系统的单位阶跃响应为

xo?t??1?0.2e?60t?1.2e?10t

求：

（1）该系统的闭环传递函数；

（2）系统的阻尼比和无阻尼固有频率。

分析与提示：系统输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比即得到传递函数，再由传递函数可得特征参数。答案：因

xo?t??1?0.2e?60t?1.2e?10t，xi?t??1

所以

xo?s??

（1）传递函数为

10.21.21??，xi?s?? ss?60s?10s

10.21.2??

x?s?ss?60s?10600

g?s??o??2

xiss?70s?600s

（2）这是一个典型的二阶系统，其中

2?n?600,2??n?70

于是

?n??24.5s?1,??1.43

题目：当阻尼比??1时，二阶系统的单位阶跃响应曲线具有什么特点。【】

a.等幅振荡 b．指数单调上升c.振幅按指数曲线衰减振荡 d．指数单调下降

分析与提示：当阻尼比??1时，二阶系统的单位阶跃响应曲线为直属单调上升。答案：b

题目：工程上通常使?在之间，其超调不大，过渡过程较短。分析与提示：工程上通常使?在04.-0.8之间，其超调不大，过渡过程较短。答案：0.4-0.8

题目：欠阻尼系统的单位脉冲响应曲线具有什么特点【】

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uroi.html