机械工程控制基础期末试卷答案.doc

1、机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 1 页 共 12 页一. 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、 和 。2 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 和 。3 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 、 等。4 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统 的程度。5 一阶系统 的单位阶跃响应的表达是 。1Ts6 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 。7 频率响应是线性定常系统对 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

2、 。二 图 1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10 分）电 压放 大 功 率放 大 可 逆电 机+- 自 偶 调压 器20VUf +给 定 毫伏 信 号+-电 炉热 电 偶加 热 器 Ueg炉 温 控 制 系 统 减 速 器-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iu0u数（10 分）图 2CR0uiLu0ui C0iR(a)(b)(c)机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 2 页 共 12 页四、求拉氏变换与反变换 (10 分)1

3、 求 （5 分）0.te2 求 （5 分）13()2s五、化简图 3 所示的框图，并求出闭环传递函数（10 分）机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 3 页 共 12 页G1(S)23()HXi XOS图 3机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 4 页 共 12 页六、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)(tf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)(txo )(tf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）

4、该系统的自由频率 、阻尼比 ；(2 分)n3）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） 。strtsef ( t )mckx0( t )1 . 00 42t0 . 0 9 5x0图 4(a) 机械系统 图 4（b）响应曲线图 4机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 5 页 共 12 页七、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、150sGk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）e八、设有如图 5 所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判

5、据确定传递函数 k 值的取值范围（10 分） 。 ()iXs- 0()Xsk(s1)(s5) 0()Xs1Ts1s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 。机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 6 页 共 12 页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 。1Ts/1tTe15 有系统的性能指

6、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正弦输入的稳态响应。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）电 压放 大 功 率放 大 可 逆电 机+- 自 偶 调压 器20VUf +给 定 毫伏 信 号+-电 炉热 电 偶加 热 器 Ueg炉 温 控 制 系 统 减 速 器-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。

7、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：机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 7 页 共 12 页三如图 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iu0u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 0.5te解答： 21()s4 求 13()解答：= t26te六、化简框图，并求出闭环传递函数CR0uiLu0ui C0iR(a)(b)(c)02201()1iidtRCttsGs机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 8 页 共 12 页G1(

8、S)23()HXi XOS图 4解：G1 G2 G3H2H1/G3Xi(s) Xo(s)_ _+ 231HGH1/G3Xi(s) Xo(s)_ _ 12321231HGHGXi(s) Xo(s)机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 9 页 共 12 页七、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。)(tf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)(txo )(tf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；

9、 （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） 。strtNsef ( t )mckx0( t )1 . 00 42t0 . 0 9 5x0图(a) 机械系统 图（b）响应曲线解答：解：1）对于该系统有：tfkxtctxm000故 kcssG212）求 k 由 Laplace 变换的终值定理可知：Xtxxst 000limlikcs 3120k3而 =1.0，因此 k=3.0x求 m， 由 得：%100xtMpp5.9.15p又由式 求得 =0.62ep 机械工程控制基础期末试卷机械控制工程基础试卷第 10 页 共 12 页将 0.6 代入 中，得 =1.96。,2pt 21ndpt n再由 求得 m=0.78。nmk求 c 由 ，求得 c=1.83.mcn23）求 st2.55 (取 =0.05 时)nst33.40 (取 =0.02 时)nst4求 rt0.9121arctn2.323drt求 N取 =0.05 时， =0.64215.N取 =0.02 时， =0.852求 se当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为：psKe1对于 0 型系统 ，代入式中求得：p=0.5se