机械工程控制基础答案

机械工程控制基础复习题

第一章 绪论

1、以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较（ ）。 A．开环高 B.闭环高 C.相差不多 D. 一样高 1、系统的输出信号对控制作用的影响（ ）。 A．开环有 B.闭环有 C.都没有 D.都有 1、对于系统抗干扰能力（ ）。

A．开环强 B.闭环强 C.都强 D.都不强

1、下列不属于按输入量的变化规律分类的是（ ）。

A．恒值控制系统 B.计算机控制系统 C. 随动控制系统 D. 程序控制系统

1、按照系统传输信号的类型可分成（ ）。

A．定常系统和时变系统 B. 离散控制系统和连续控制系统 C. 线性系统和非线性系统 D. 恒值系统和程序控制系统 1．按照控制系统是否设有反馈作用来进行分类，可分为___ ___和___ ___。 答案：开环控制系统 闭环控制系统

1．对一个自动控制系统的最基本要求是 ，也即 是系统工作的首要条件。

2.1 列写图2.1所示系统的微分方程。 f(t)为输入，y2(t)为输出。

图2.1

2.2求图2.2所示无源电网络的传递函数，图中电压u1,u2分别是输入量和输出量。

图2.2

2.3 无源电网络如图2.3所示，电压u1(t)，u2(t)分别为输入量和输出量。绘传递函数方框图，并求传递函数。

图2.3

2.4. 已知机电系统如图2.4所示。求绘制系统传递函数方框图，并求传送函数

。

提示：假定电磁线圈的反电势

线圈电流i 2对衔铁M产生的力Fo?K2i2

图2.4

2.5 求图2.5所示系统传递函数。

图2.5

3.1 一个系统的传递函数为

G(s)?10

0.2s?1采用图1所示方法使新系统的过渡过程时间减小为原来的0.1倍，放大系数不变，求K0和K1的值。

图1

2?n3.2 3个二阶系统得传递函数均可写成G(s)?2，它们的单位阶2s?2??ns??n跃响应曲线如图2所示，图中ts1、②的过渡过程时间，ts2是曲线①、tp1、tp2、tp3是曲线①、②、③的峰值时间。在同一s平面上画出3个闭环极点的相对位置。

图2

3.3 系统框图如图3所示，要求系统最大超调Mp＝16.3％，峰

2.1 列写图2.1所示系统的微分方程。 f(t)为输入，y2(t)为输出。

图2.1

2.2求图2.2所示无源电网络的传递函数，图中电压u1,u2分别是输入量和输出量。

图2.2

2.3 无源电网络如图2.3所示，电压u1(t)，u2(t)分别为输入量和输出量。绘传递函数方框图，并求传递函数。

图2.3

2.4. 已知机电系统如图2.4所示。求绘制系统传递函数方框图，并求传送函数

。

提示：假定电磁线圈的反电势

线圈电流i 2对衔铁M产生的力Fo?K2i2

图2.4

2.5 求图2.5所示系统传递函数。

图2.5

3.1 一个系统的传递函数为

G(s)?10

0.2s?1采用图1所示方法使新系统的过渡过程时间减小为原来的0.1倍，放大系数不变，求K0和K1的值。

图1

2?n3.2 3个二阶系统得传递函数均可写成G(s)?2，它们的单位阶2s?2??ns??n跃响应曲线如图2所示，图中ts1、②的过渡过程时间，ts2是曲线①、tp1、tp2、tp3是曲线①、②、③的峰值时间。在同一s平面上画出3个闭环极点的相对位置。

图2

3.3 系统框图如图3所示，要求系统最大超调Mp＝16.3％，峰

………… … … … … … … ：线号…学…… … … … … … … … … ：…名封姓…… … … … … … … … … … … 密 … ：…级…班…业…专……………《机械工程控制基础》试卷（A卷）

三、 分析题（每题6分，共12分）

1、分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。（要求绘

出原理方框图）

一、填空题（每空1分，共20分）

分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。 1、对控制系统的基本要求是 系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 。 解：人骑自行车时，总是希望具有一定的理想状态（比如速度、方向、安全等），人脑根据这个理想状态指挥四肢动作，使自行车按预定的状态运动，此时，路面的状况等因素会对自行车的实际状态产生影响，2、已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 1/s2+1/s 或者（1+s）/s2 。

使自行车偏离理想状态，人的感觉器官感觉自行车的状态，并将此信息返回到大脑，大脑根据实际状态与3、二阶系统的极点分别为s

1.7习题与解答

1-1工程控制论的研究对象和任务是什么？

解: 工程控制理论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题。具体地说，研究的是工程技术中的广义系统在一定的外界条件（即输入或激励，包括外加控制与外加干扰）作用下，从系统一定的初始状态出发，所经历的有其内部的固有特性（即系统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程：同时研究这一系统、输入和输出三者之间的动态关系。 工程控制理论的研究内容

就系统、输入、输出三者之间的动态关系而言，工程控制论的研究内容大致可以归纳为如下五个方面：

（1） 当系统已定、输入已知时，求系统的输出，并且通过输出研究系统本身有关的问题，

即系统分析问题。

（2） 当系统已定时，求系统的输入，并且所确定的输入应使输出尽可能符合给定的最佳

要求，即最优控制问题；

（3） 当输入已知时，确定系统，并且所确定的系统应使输出尽可能符合给定的最佳要求，

即最优设计问题；

（4） 当输出已知时，系统已定时，识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测问题； （5） 当输入与输出均已知时，求系统的结构和参数，以建立系统的数学模型，即系统识

别或者系统辨识问题。

1-2组成典型控制系统的主要环节有那些？它们各起到什么作用？

典型反馈控

机械工程控制基础练习题A

一、单选题

1. 若系统的单位脉冲响应为e?2t?2e?t，则系统的传递函数为( A )。

3

s2?2s?11?se D.

s?1k2. 某系统传函数为G(s)=，则转角频率为( B )。

s??1 A. B. τ

? A.

B.

C. k/τ D. kτ 3. 已知系统的频率特性为G(jω)=

12? s?2s?11?2se C.

s?2

K，则频率特性的虚部为( D )。

1?jT?A.

KK B.

1?T?1?(T?)2KTKT? D. － 221?(T?)1?(T?)C.－

(s?7)(s?2)4. 某系统的传递函数为G(s)= ,其零、极点是( D )。

(4s?1)(s?3) A. 零点s=－0.25, s=3; 极点s=－7,s=2 B. 零点s=7,s=－2; 极点s=0.25,s=3

一、填空

1.机械工程控制基础：

是研究一机械工程技术为对象的控制论问题；是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题，也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。

2.系统分析：当系统已定， 输入知道时，求出系统的输出（响应），并通过输出来研究系统本身的有关问题。

3.最优控制：当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求。

4.最优设计：当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出尽可能符合给定的最佳要求。

5. 系统识别或系统的辨识：当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型。

6.信息传递：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递，或称转换。

7.信息的反馈：就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。

8.控制系统：是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。

9.按系统是否存在反馈，将系统分为开环系统和闭环系统。

10.开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路。

11.闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。

12.数学模型：是系统动态

一、填空

1.机械工程控制基础：

是研究一机械工程技术为对象的控制论问题；是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题，也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。

2.系统分析：当系统已定， 输入知道时，求出系统的输出（响应），并通过输出来研究系统本身的有关问题。

3.最优控制：当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求。

4.最优设计：当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出尽可能符合给定的最佳要求。

5. 系统识别或系统的辨识：当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型。

6.信息传递：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递，或称转换。

7.信息的反馈：就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。

8.控制系统：是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。

9.按系统是否存在反馈，将系统分为开环系统和闭环系统。

10.开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路。

11.闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。

12.数学模型：是系统动态

?2n22s?2??s??nn三、设系统的闭环传递函数为Gc(s)=

，试求最

大超调量σ％=9.6%、峰值时间tp=0.2秒时的闭环传递函数的参数ξ和ωn的值。

???解：∵∵tp=

六、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率ωn，阻尼比ζ，超调量σ％，峰值时间，调整时间s(△=0.02)。

解： 对于上图所示系统，首先应求出其传递函数，化成标准形式，然后可用公式求出各项特征量及瞬态响应指标。

tpt?%?e?21??2?100%=9.6% ∴ξ=0.6

＝0.2

?n1??∴ωn=

?tp1??2?314.0.21?0.62?19.6rad/s

四、设一系统的闭环传递函数为Gc(s)=

?2n22100Xo?s?1002s?50s?4?

???2Xi?s?1?100?0.02s?50s?4??2s?0.08s?0.04s?50s?4?，试求最大

与标准形式对比，可知

2?wn?0.08 ，

s?2??ns??n超调量σ％=5%、调整时间ts=2秒(△=0.05)时的闭环传递函数的参数ξ和ωn的值。

???解：∵

?%?e1??2?100%=5% ∴ξ

=0.69 ∵t3s=

?n?＝2

?2n三、设系统的闭环传递函数为Gc(s)=，试求最

大超调量σ％=9.6%、峰值时间tp=0.2秒时的闭环传递函数的参数ξ和ωn的值。

???解：∵∵tp=

六、某系统如下图所示，试求其无阻尼自然频率ωn，阻尼比ζ，超调量σ％，峰值时间，调整时间s(△=0.02)。

解： 对于上图所示系统，首先应求出其传递函数，化成标准形式，然后可用公式求出各项特征量及瞬态响应指标。

s2?2??ns??2ntpt?%?e?21??2?100%=9.6% ∴ξ

=0.6

＝0.2

?n1??∴ωn=

?tp1??2?314.0.21?0.62?19.6rad/s

四、设一系统的闭环传递函数为Gc(s)=

?2ns2?2??ns??2n100Xo?s?1002s?50s?4?

???2Xi?s?1?100?0.02s?50s?4??2s?0.08s?0.04s?50s?4?，试求最大

与标准形式对比，可知

2wn?0.042?wn?0.08 ，

超调量σ％=5%、调整时间ts=2秒(△=0.05)时的闭环传递函数的参数ξ

和ωn的值。

???解：∵

?%?e1??2?100%=5% ∴ξ

=0.69 ∵ts