机械工程控制基础课后题答案

2-1什么是线性系统？其最重要特性是什么？

答：如果系统的数学模型是线性的，这种系统就叫做线性系统。线性系统最重要的特性，是适用于叠加原理。叠加原理说明，两个不同的作用函数（输入），同时作用于系统所产生

的响应（输出），等于两个作用函数单独作用的响应之和因此，线性系统对几个输入

量同时作用而产生的响应，可以一个一个地处理，然后对它们的响应结果进行叠加。

2-2 分别求出图（题2-2）所示各系统的微分方程。

y(t)kmf(t)y(t)k1k2f(t) m (b) (a)

k1c

c1mc2 xi xicxok1 xi (c)xok2 k2 xo

(d)

(e)

?(t)?ky(t)?f(t) 解：(a)m?y?(t)?(k1?k2)y(t)?f(t) (b)m?y?????i?x?0)c1?m??0?c2x?0 x (c)(x (d)X0(s)Xi(s)?K1csc(K1?K2)s?K1K2??

?i?x?0)c?K2x0 (e)(xi?x0)K1?(x2-3 求图（题2-3）所示的传递函数，并写出两系统的无阻尼固有频率?n及阻尼比?的表达式。

xixo km

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

机械工程测试技术基础课后习题答案

信号及其描述习题

1.1求周期方波（图1-4）的傅立叶级数（复指数函数形式）。画出频谱图|Cn|— ； n— 图并与表1-1对比。

解：傅立叶级数的复指数形式表达式：x(t)=

jn 0

t;n=0,±1,±2,±3,×××

n

+

Cne=

式中： C1T 0 jn t1 0T jn

n=20Tdt=0 T0x(t)e2T0 T A)e0tdt+2 jn 0t0(20Aedt

T = 1 A0

jn2

T e 0t +1 Ae jn 0t 0 jn 0 TT 0 jn 0

2

= jA[]

n +jAn 12e jn +ejn = jAn

(1 cosn ) j2A;n=±1,±3,±5, = ×××

0;n n=±2,±4,±6,×××所以：

+

x(t)=

j2A ejn 0t;n=±1,±3,±5,±7

n= n ÷

,×××幅值频谱：

C=C22

2AnnR+

信号及其描述习题

1.1求周期方波（图1-4）的傅立叶级数（复指数函数形式）。画出频谱图|Cn|—ω ；φn—ω 图并与表1-1对比。

解：傅立叶级数的复指数形式表达式：x(t)?n????Cen??jn?0t;n?0,?1,?2,?3,???

式中： T0T00??11?jn?t?jn?t?jn?0t0022 Cn?x(t)edt?(?A)edt?AedtTT0?0T0?20T0???2 ?T0 021??A?jn?0t?1?A?jn?0t? ??ee????T?jn?T?jn?T0?00?0??0?0

2

?jAjA1?jn?Ajn??1?cosn?????e?e??j

n?n?2n?

2A? ??j;n??1,?3,?5,?????n? ?n??2,?4,?6,????0;

所以： ??2A?jn?0t? x(t)?;n??1,?3,?5,?7,?????j?en??n????

幅值频谱：

2A22Cn?CnR?CnI?;n??1,?3,?5,???

n?

相位频谱： ?2A????????;n?1,3,5,??? CnIn????2?n?arctg?arctg? CnR0???;n??1,?3,?5,?????? ???2

傅立叶级数

《机械工程测试技术基础》课后答案

章节测试题

第1章 信号及其描述

（一）填空题

1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。

3、 周期信号的频谱具有三个特点： ， ， 。 4、 非周期信号包括 信号和 信号。

5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。

6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对称。 （二）判断对错题（用√或×表示）

1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ ）

4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ ） 5

目录

第一章习题…………………………………………………………………………2参考答案…………………………………………………………………………7典型例题…………………………………………………………………………10第二章习题…………………………………………………………………………22参考答案…………………………………………………………………………25典型例题…………………………………………………………………………26第三章习题…………………………………………………………………………40参考答案…………………………………………………………………………43典型例题…………………………………………………………………………44第四章习题…………………………………………………………………………52参考答案…………………………………………………………………………57典型例题…………………………………………………………………………58第五章习题…………………………………………………………………………66参考答案…………………………………………………………………………70典型例题…………………………………………………………………………71

第一章习题

一、选择题

1.描述