机械控制工程基础期末试卷-答案2.doc

机械工程控制基础期末试卷一. 填空题(每小题2。5分,共25分)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系统和闭环系统。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 误差响应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 一阶系统的单位阶跃响应的表达是.6 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，而且与的类型有关。9 脉冲信号可以用来反映系统的。10。 阶跃信号的拉氏变换是。二 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）图1 炉温控制结构图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理.三、如图2为电路。求输入电压与输出电压之间的微分方程， 并求该电路的传递函数(10分）图2四、求拉氏变换与反变换 (10分）1 求（5分）2 求(5分)五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分)图3六、图4示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统。图4（a)中是输出位移.当外力施加3牛顿阶跃力后(恒速信号），记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如图4（b）所示.试求：1)该系统的微分方程数学模型和传递函数；（5分）2)该系统的自由频率、阻尼比；(2分)3）该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k；（3分）4)时间响应性能指标：上升时间、调整时间、稳态误差(5分）。图4（a) 机械系统 图4（b)响应曲线图4七、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号（斜坡信号）作用下的稳态误差分别是多少?（10分)八、设有如图5所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围（10分）.图5二. 填空题(每小题2分，共20分）10 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.11 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 。12 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。13 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.14 一阶系统的单位阶跃响应的表达是.15 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.16 频率响应是线性定常系统对谐波输入的稳态响应.17 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.18 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 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）图1 炉温控制结构图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。解答：输出量:炉温。输入量:给定电压信号。被控对象：电炉。 系统包括：电位器、放大器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶。 原理方框图：三如图2为电路。求输入电压与输出电压之间的微分方程，并求出该电路的传递函数。（10分）图2解答:跟据电压定律得四、求拉氏变换与反变换 3 求解答:4 求解答:=六、 化简框图，并求出闭环传递函数图4解：G1G2 G3H2H1/G3Xi(s)Xo(s)_+H1/G3Xi(s)Xo(s)_Xi(s)Xo(s)七、图示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统。图（a）中是输出位移。当外力施加3牛顿阶跃力后,记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如（b）图所示。试求：1)该系统的微分方程数学模型和传递函数；（4分）2)该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k;（3分）3）时间响应性能指标：上升时间、调整时间、振荡频数、稳态误差(5分)。图(a) 机械系统 图（b)响应曲线解答：解：1)对于该系统有:故 2）求k 由Laplace变换的终值定理可知： 而=1。0，因此k=3. 求m， 由得： 又由式求得=0。6 将0。6代入中,得=1。96。再由求得m=0。78。 求c 由,求得c=1。83.3)求2。55 （取=0。05时）3.40 （取=0.02时） 求0。912。323求N 取=0.05时，=0。64 取=0。02时, =0.85 求 当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为： 对于0型系统 ，代入式中求得：=0。5八、已知某系统是单位负反馈系统,其开环传递函数,则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是多少？（8分）解答：该系统为单位负反馈且为0型系统，k=11, 所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是、.在单位脉冲信号作用下的稳态误差为九、设有如图所示的反馈控制系统,试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围解答：系统的特征方程:可展开为:列出劳斯数列:k0，30-k00k30机械控制工程基础试卷第 4 页 共 4 页