机械控制工程基础第二版答案

习 题

2.1 什么是线性系统?其最重要的特性是什么?下列用微分方程表示的系统中,xo表示系统输出,xi表示系统输入,哪些是线性系统? (1) ??o?2x (3) ??o?2x??2x?2x (2) ???2x??2tx?2x xxxoooioooi??2x?2x (4) ???2xx??2tx?2x xxooiooooi解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。

2.2 图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中xi表示输入位移，xo表示输出位移，假设输出端无负载效应。

图(题2.2) 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有

即

??x?)?cx??m?? c(xx1io2oo??(c?c)x? ?o?cxm?xo121i (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有

??x?)(x?x)k?c(xi1o(1)(2)

??x?)?kxc(xo2o消除中间变量有

第一章

3

解：1）工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△ u = u1- u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制大门的开启。当大门在打开位置，u2= u上：如合上开门开关，u1 = u 上, ^u = 0, 大门不动作；如合上关门开关，u1 = u下，△ u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭，使厶u = 0。当大门在关闭位置，u2= u下：如合上开门开关，u1 = u 上, △ u>0，大门执行开门指令，直至完全打开，使△ u = 0;如合上关门开关，u1 = u下，△ u= 0，大门不动作。

2）控制系统方框图

解：1）控制系统方框图

a）系统方框图

2）工作原理：

a ） 水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h'由浮球顶杆的长度给 定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使 用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低 （升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小），进入水箱的水流量增加（减 小），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），进水阀开度增大（减小）量 减小，直至达到新的水位平衡。此为连续控制系统。

b ） 水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值 h'由浮球拉杆的长度 给定。杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水

第一章

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解：1)工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△u＝u1－u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制大门的开启。当大门在打开位置，u2＝u上：如合上开门开关，u1＝u上，△u＝0，大门不动作；如合上关门开关，u1＝u下，△u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭，使△u＝0。当大门在关闭位置，u2＝u下：如合上开门开关，u1＝u上，△u>0，大门执行开门指令，直至完全打开，使△u＝0；如合上关门开关，u1＝u下，△u＝0，大门不动作。 2)控制系统方框图

开关位置指令u1 被控量(大门位置) 放_ △u 大 电动机 鼓轮 大门 大门位置信号u2 4

解：1)控制系统方框图

干扰 给定液位h’ － △h h 浮球 杠杆机构 水箱 实际水位h 机械进水阀 a)系统方框图

干扰 给定液位h’ － △h h 浮球 b)系统方框图 电气开关 水箱 实际水位h 电磁进水阀 2)工作原理：

a)水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球顶杆的长度给定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小），进入水箱的水流量增加（减小），水位升高（降低），浮球也随

题目：已知f?t??0.5t，则其L?f?t???【 】

A. s?0.5s2 B. 0.5s2

C.

11 D. 22s2s1 s2分析与提示：由拉氏变换的定义计算，可得L?f?t???0.5答案：C

题目：函数f(t)的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示：拉氏变换定义式。 答案：

题目：函数f?t??e?at??0f(t)e?stdt

的拉氏变换L[f(t)]= 。

分析与提示：拉氏变换定义式可得，且f(t)为基本函数。 答案：

题目：若f(t)?teA.

2?2t1 s?a，则L[f(t)]??? 【 】

B.

2 s?22 s?22 3(s?2)2

(s?2)32

(s?2)3C.D.

分析与提示：拉氏变换定义式可得，即常用函数的拉氏变换对，L[f(t)]?答案：B

题目：拉氏变换存在条件是，原函数f(t)必须满足 条件。 分析与提示：拉氏变换存在条件是，原函数f(t)必须满足狄里赫利条件。 答案：狄里赫利

题目：已知f?t??0.5

第一章

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解：1)工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△u＝u1－u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制大门的开启。当大门在打开位置，u2＝u上：如合上开门开关，u1＝u上，△u＝0，大门不动作；如合上关门开关，u1＝u下，△u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭，使△u＝0。当大门在关闭位置，u2＝u下：如合上开门开关，u1＝u上，△u>0，大门执行开门指令，直至完全打开，使△u＝0；如合上关门开关，u1＝u下，△u＝0，大门不动作。 2)控制系统方框图

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解：1)控制系统方框图

2)工作原理：

a)水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球顶杆的长度给定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小），进入水箱的水流量增加（减小），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），进水阀开度增大（减小）量减小，直至达到新的水位平衡。此为连续控制系统。

b) 水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球拉杆的长度给定。杠杆平衡时，进

第一章

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解：1)工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△u＝u1－u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制大门的开启。当大门在打开位置，u2＝u上：如合上开门开关，u1＝u上，△u＝0，大门不动作；如合上关门开关，u1＝u下，△u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭，使△u＝0。当大门在关闭位置，u2＝u下：如合上开门开关，u1＝u上，△u>0，大门执行开门指令，直至完全打开，使△u＝0；如合上关门开关，u1＝u下，△u＝0，大门不动作。 2)控制系统方框图

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解：1)控制系统方框图

2)工作原理：

a)水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球顶杆的长度给定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小），进入水箱的水流量增加（减小），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），进水阀开度增大（减小）量减小，直至达到新的水位平衡。此为连续控制系统。

b) 水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球拉杆的长度给定。杠杆平衡时，进

机械工程控制基础期末试卷

《机械工程控制基础》课程考试

试卷B参考答案

一. 填空题

1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性 和准确性。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环控制系统 和 闭环控制系统 。

3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数等。 4． 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。 5． 一阶系统

1的单位阶跃响应的表达是1?e?t/T。 Ts?16． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。 7． 频率响应是线性定常系统对谐波输入的稳态响应。

8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。

二．如图为电路。求输入电压ui与输出电压u0之间的微分方程，并求出该电路的传递函数。

R

uiRu0uiCu0(a)解答：跟据电压定律得

1uLui0u0dtC?u0?ui RC

d2u0(c)1du0d2ui ??22RCdtdt dtRCs

G(s)? RCs?1

(b)?

求拉氏变换与反变换

机械控制工程基础复习题(含答案)

机械控制工程基础

一、单项选择题：

1.某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为[

A.发散振荡B.单调衰减C.衰减振荡D.等幅振荡

K

2．一阶系统G(s)=的时间常数T越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间

Ts+1

[

A．越长B．越短C．不变D．不定3.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？[

A.输入信号B.初始条件C.系统的结构参数D.输入信号和初始条件4．惯性环节的相频特性 ( )，当 时，其相位移 ( )为A．-270°B．-180°C．-90°D．0°5．设积分环节的传递函数为G(s)=

A.

[

]

]

]

]

1

，则其频率特性幅值M( )=s

[]

KK

B.

211C.D.

2

6.有一线性系统，其输入分别为u1(t)和u2(t)时，输出分别为y1(t)和y2(t)。当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数)，输出应为[]

A.a1y1(t)+y2(t)B.a1y1(t)+a2y2(t)C.a1y1(t)-a2y2(t)D.y1(t)+a2y2(t)7．拉氏变换将时间函数变换成[]

A．正弦函数B．单位阶跃函数C．单位脉冲函数D．复变函数

8．二阶系统当0

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

浅基础习题及参考答案

2-4 某承重墙厚240mm，作用于地面标高处的荷载Fk=180kN/m,拟采用砖基础，埋深为1.2m。地基土为粉质粘土，g＝18kN/m3，e0=0.9，fak=170kPa。试确定砖基础的底面宽度，并按二皮一收砌法画出基础剖面示意图。

〔解〕查表2-5，得ηd=1.0，代入式（2-14），得

fa= fak+ηdγ m (d-0.5)=170+1.0×18×(1.2-0.5)=182.6kPa

按式（2-20）计算基础底面宽度：

为符合砖的模数，取b=1.2m，砖基础所需的台阶数为：

2-5 某柱基承受的轴心荷载Fk=1.05MN，基础埋深为1m，地基土为中砂，kN/m3，fak=280kPa。试确定该基础的底面边长。 〔解〕查表2-5，得ηd=4.4。

fa= fak+ηdγ m (d-0.5) =280+4.4×18×(1-0.5)=319.6kPa

=18γ

取b=1.9m。

2-6 某承重砖墙厚240mm，传至条形基础顶面处的轴心荷载Fk＝150kN/m。该处土层自地表起依次分布如下：第一层为粉质粘土，厚度2.2m，γ＝17kN/m3，e=0.91，fak=130kPa，Es1=8.1M