1、機電控制工程基礎第1次作業第1章一、簡答1什么是自動控制？ 是相對于人工控制而言的，就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使生產過程或被控對象的某一物理量(輸出量)準確地按照給定的規律(輸入量)運行或變化。2控制系統的基本要求有哪些？控制系統的基本要求：穩定性、快速性和準確性(穩態精度)，即穩、快、準 3什么是自動控制系統？指能夠對被控制對象的工作狀態進行自動控制的系統。它一般由控制裝置和被控制對象組成。4反饋控制系統是指什么反饋？反饋控制系統是負反饋5什么是反饋？什么是正反饋？什么是負反饋？從系統(或元件)輸出端取出信號，經過變換后加到系統(或元件)輸入端，這就是反饋。當它與輸入信號符號

2、相同，即反饋結果有利于加強輸入信號的作用時叫正反饋。反之，符號相反抵消輸入信號作用時叫負反饋。6什么叫做反饋控制系統？從系統(或元件)輸出端取出信號，經過變換后加到系統(或元件)輸入端，這樣的系統稱為反饋控制系統7控制系統按其結構可分為哪3類？開環控制系統、閉環控制系統和復合控制系統8舉例說明什么是隨動系統。如雷達自動跟蹤系統，火炮自動瞄準系統，各種電信號筆記錄儀等9自動控制技術具有什么優點？ 極大地提高了勞動生產率； 提高了產品的質量； 減輕了人們的勞動強度，使人們從繁重的勞動中解放出來，去從事更有效的勞動； 由于近代科學技術的發展，許多生產過程依靠人們的腦力和體力直接操作是難以實現的，還有

3、許多生產過程因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生產，深水作業以及火箭或導彈的制導等等。在這種情況下，自動控制更加顯示出其巨大的作用。10對于一般的控制系統，當給定量或擾動量突然增加某一給定值時，輸出量的暫態過程可能有幾種情況？單調過程、衰減振蕩過程、持續振蕩過程、發散振蕩過程二、判斷1自動控制中的基本的控制方式有開環控制、閉環控制和復合控制。 正確2系統的動態性能指標主要有調節時間和超調量，穩態性能指標為穩態誤差。 正確 3如果系統的輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸出量對系統的控制作用沒有影響時，這樣的系統就稱為開環控制系統。 正確4凡是系統的輸出端與輸入端間存在反饋回路，即輸出量對

4、控制作用能有直接影響的系統，叫做閉環系統。 正確5無靜差系統的特點是當被控制量與給定值不相等時，系統才能穩定。 錯誤6對于一個閉環自動控制系統，如果其暫態過程不穩定，系統可以工作。 錯誤 7疊加性和齊次性是鑒別系統是否為線性系統的根據。 正確8線性微分方程的各項系數為常數時，稱為定常系統。 正確第2章一、簡答1什么是數學模型？描述系統輸入變量、輸出變量以及系統內部各變量間關系的數學表達式2建立控制系統數學模型的主要方法哪些？建立控制系統數學模型的主要方法有解析法和實驗法3什么是系統的傳遞函數？在線性定常系統中，初始條件為零時，系統(或元件)輸出的拉氏變換Xc(s)和輸入的拉氏變換Xr(s)之比

5、稱為系統(或元件)的傳遞函數4單位負反饋系統的開環傳遞函數為G(s)，則其閉環傳遞函數是什么？5二階閉環系統傳遞函數標準型是什么？其中的變量有什么含義？n-無阻尼自然頻率或固有頻率，； -阻尼比，。 6微分環節和積分環節的傳遞函數表達式各是什么？一階微分環節的傳遞函數表達式G(s)=Xc(s)/Xr(s)=Ks二階微分環節的傳遞函數表達式積分環節的傳遞函數表達式G(s)=Xc(s)/Xr(s)=K/s7振蕩環節包含兩種形式的儲能元件，并且所儲存的能量相互轉換，輸出量具有振蕩的性質。設振蕩環節的輸出量為xc，輸入量為xr，其運動方程式和傳遞函數是什么？振蕩環節的運動方程式為其傳遞函數為 二、判斷

6、 1 傳遞函數只與系統結構參數有關，與輸出量、輸入量無關。 錯誤2對于非線性函數的線性化方法有兩種：一種方法是在一定條件下，忽略非線性因素。另一種方法就是切線法，或稱微小偏差法。 正確3在自動控制系統中，用來描述系統內在規律的數學模型有許多不同的形式，在以單輸入、單輸出系統為研究目標的經典控制理論中，常用的模型有微分方程、傳遞函數、動態結構圖、頻率特性等。 正確4. 控制系統的穩態誤差大小取決于系統結構參數和外輸入。 正確5傳遞函數是復變量s的有理真分式，分母多項式的次數n高于分子多項式的次數m，而且其所有系數均為實數。 正確6在復數平面內，一定的傳遞函數有一定的零，極點分布圖與之相對應。正確

7、7傳遞函數是物理系統的數學模型，但不能反映物理系統的性質，因而不同的物理系統不能有相同的傳遞函數。 錯誤 8自然界中真正的線性系統是不存在的。許多機電系統、液壓系統、氣動系統等，在變量之間都包含著非線性關系。 正確 9實際的物理系統都是線性的系統。 錯誤 10 某環節的輸出量與輸入量的關系為，K是一個常數，則稱其為慣性環節。 錯誤11.慣性環節的時間常數越大，則系統的快速性越好。 錯誤 12系統的傳遞函數分母中的最高階若為n，則稱系統為n階系統 正確13已知線性系統的輸入x(t)，輸出y(t)，傳遞函數G(s)，則。正確14線性化是相對某一額定工作點進行的。工作點不同，得到線性化微分方程的系數

8、也不同。 正確15若使線性化具有足夠精度，調節過程中變量偏離工作點的偏差信號必須足夠小。正確三、設某系統可用下列一階微分方程近似描述，在零初始條件下，試確定該系統的傳遞函數。解：上式進行拉氏變化：得：四、如圖所示為一具有彈簧、阻尼器的機械平移系統。當外力作用于系統時，系統產生位移為xo。求該系統以xi(t)為輸入量，xo(t)為輸出量的運動微分方程式。書21頁 五、下圖為一具有電阻電感電容的無源網絡，求以電壓u為輸入，uc為輸出的系統微分方程式。解 根據基爾霍夫電路定律，有而 ，則上式可寫成如下形式 六、簡化下圖所示系統的結構圖，求系統的閉環傳遞函數。書39頁七、如圖所示的電網絡系統，其中ui

9、為輸入電壓，uo為輸出電壓，試寫出此系統的微分方程和傳遞函數表達式。解：消去得：拉式變化G（s）=八、在齒輪傳動中，若忽略嚙合間隙，則主動齒輪輸入轉速n1和從動齒輪輸出轉速n2之間的關系為n2=Z1.n1/Z2，求其傳遞函數。G(s)=N2(s)/N1(s)=Z1/Z2式中 ZlZ2主動齒輪齒數和從動齒輪齒數之比。九、下圖所示RC網絡，輸入為電壓ur，輸出為電壓uc，求其傳遞函數。微分方程：拉氏變換：傳遞函數：機電控制工程基礎第2次作業第3章一、簡答 1. 單位階躍函數的拉普拉斯變換結果是什么？ 單位斜坡函數的拉氏變換結果是什么？單位階躍函數的拉普拉斯變換結果：Xr(s)=L1(t)=1/s單

10、位斜坡函數的拉氏變換結果：Xr(s)=LAt=A/s22什么是極點和零點？如果羅朗級數中有有限多個的負冪項，且為最高負冪稱是f(z)的m級極點。其中在解析且不等于0，是f(z)的m級零點。3. 某二階系統的特征根為兩個互不相等的實數，則該系統的單位階躍響應曲線有什么特點？該系統的單位階躍響應曲線動態過程呈現非周期性，沒有超調和振蕩4什么叫做二階系統的臨界阻尼？畫圖說明臨界阻尼條件下二階系統的輸出曲線。當=1時是二階系統的臨界阻尼5動態性能指標通常有哪幾項？如何理解這些指標？延遲時間 階躍響應第一次達到終值的50所需的時間。上升時間 階躍響應從終值的10上升到終值的90所需的時間；對有振蕩的系統

11、，也可定義為從0到第一次達到終值所需的時間。峰值時間 階躍響應越過穩態值達到第一個峰值所需的時間。調節時間 階躍響到達并保持在終值誤差帶內所需的最短時間；有時也用終值的誤差帶來定義調節時間。超調量 峰值超出終值的百分比，即 6勞斯穩定判據能判斷什么系統的穩定性？能夠判定一個多項式方程在復平面內的穩定性。7一階系統的階躍響應有什么特點？當時間t滿足什么條件時響應值與穩態值之間的誤差將小于52%。？一階系統的單位階躍響應曲線是一條由零開始，按指數規律上升并最終趨于1的曲線，響應曲線具有非振蕩特征，故又稱為非周期響應。當t=3T或4T時響應值與穩態值之間的誤差將小于52%。8在欠阻尼的情況下，二階系

12、統的單位階躍響應有什么特點？在欠阻尼的情況下，二階系統的單位階躍響應的暫態分量為一振幅按指數規律衰減的簡諧振蕩時間函數。9阻尼比0時的二階系統有什么特點？=0時，系統的響應為等幅振蕩。0）； C ；D 2、已知系統頻率特性為 ，則該系統可表示為（ C ）A ； B； C ； D3、下列開環傳遞函數所表示的系統，屬于最小相位系統的有 D 。A ； B （T0）； C ； D；4、題圖中RC電路的幅頻特性為 B 。A ； B ； C ； D 。5、理想微分環節對數幅頻特性曲線是一條斜率為（ B ）A ，通過=1點的直線； B -，通過=1點的直線；C -，通過=0點的直線； D ，通過=0點的直線

13、6、開環對數幅頻特性對數相頻特性如圖所示，當K增大時：A 圖A L()向上平移，不變； B L()向上平移，向上平移；C L()向下平移，不變； D L()向下平移，向下平移。三、最小相位系統的對數幅頻特性如下圖所示，試分別確定各系統的傳遞函數。 (a) (b) （c） A：B：C：四、 試繪制具有下列開環傳遞函數的系統的波德圖。五、已知系統的開環傳遞函數為試用對數穩定判據判別系統的穩定性。書150【解】 繪制系統對數頻率特性曲線，如圖 所示 系統對數頻率特性曲線 因為振蕩環節的阻尼比為0.1，在轉折頻率處的對數幅頻值為由于開環有一個積分環節，需要在相頻曲線w0+處向上補畫/2角。根據對數判據

14、，在L(w)0的所有頻率范圍內，相頻j(w)曲線在-1800線有一次負穿越，且正負穿越之差不為零。因此，閉環系統是不穩定的。六、已知系統的開環傳遞函數為：試：1繪出對數漸近幅頻特性曲線以及相頻特性曲線 2確定系統穩定裕度 七、已知最小相位系統開環對數頻率特性曲線如圖所示。試寫出開環傳遞函數 。解：小于1的低頻段斜率為【-20】，故低頻段為K/s 增至1，斜率由【-20】轉為【-40】，增加【-20】，所以1應為慣性環節的轉折頻率，該環節為 增至2，斜率由【-40】轉為【-20】，增加【+20】，所以2應為一階微分環節的轉折頻率，該環節為增加3，斜率由【-20】轉為【-40】，該環節為，斜率保持

15、不變。所以開環傳遞函數為機電控制工程基礎第3次作業第6章一、判斷1PI校正為相位滯后校正。 正確2系統如圖所示，為一個并聯校正裝置，實現起來比較簡單。 錯誤3系統校正的方法，按校正裝置在系統中的位置和連接形式區分，有串聯校正、并聯(反饋)校正和前饋（前置）校正三種。 正確4按校正裝置Gc(s)的物理性質區分，又有相位超前(微分)校正，相位滯后(積分)校正，和相位滯后超前(積分-微分)校正。 正確5相位超前校正裝置的傳遞函數為，系數a大于1。 正確6假設下圖中輸入信號源的輸出阻抗為零，輸出端負載阻抗為無窮大，則此網絡一定是一個無源滯后校正網絡。 錯誤7下圖中網絡是一個無源滯后校正網絡。 正確8下圖所示為一個系統的開環對數幅頻特性，該系統是穩定的。 錯誤9利用相位超前校正，可以增加系統的頻寬，提高系統的快速性，但使穩定裕量變小。 錯誤 10滯后超前校正環節的傳遞函數的一般形式為