机械工程控制基础部分习题答案Word下载.docx
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放大运算环节：
对偏差信号进行必要运算，然后进行功率的放大，推动执行环节。
常用的放大类型有电流放大、液压放大等。
执行环节：
接收放大环节送来的控制信号，驱动被控制对象按照预期的规律运行。
执行环节一般是一个有源的功率放大装置，工作中要进行能量转换。
如把电能通过直流电机转化为机械能，驱动被控制对象进行机械运动。
1-3自动控制系统按照输出变化规律如何分类？
按照反馈规律分为哪几类？
1、按反馈情况分类
（1）开环控制系统：
是最简单的一种控制方式，特点是控制系统的控制量与被控制量之间只有前向通道，即只有从输入端到输出端的单方向通道，而无反向通道。
系统中只有输入信号对输出信号产生控制作用，输出信号不参与系统的控制。
（2）闭环控制系统：
闭环控制系统不仅有一条从输入端到输出端的前向通道，还有一条从输出端到输入端的反馈通道。
参与系统控制的不只是系统的输入信号，还有输出信号，控制作用的传递路径是闭合的。
2．按输出变化规律分类
（1）自动调节系统：
在外界干扰下，系统的输出仍能保持为常量的系统，系统为闭环控制
系统。
如恒温调节系统；
（2）随动系统：
在外界调节作用下，系统的输出能随着输入在广阔的范围内按任意规律变化的系统。
如炮瞄雷达系统；
（3）程序控制系统：
在外界条件的作用下，系统的输出按预先的程序产生变化的系统。
如全自动洗衣机系统。
1-4什么是反馈控制？
日常生活中有许多闭环和开环系统，试举例说明。
反馈是工程控制论中的一个最基本、最重要的概念，是工程控制系统的一大特点。
所谓反馈，就是将系统的输出信号通过一定的检测元件变送返回到系统的输入端，并和系统的输
入信号进行比较的过程。
家用空调系统、家用电冰箱系统是闭环控制系统；
全自动洗衣机、电风扇、电动搅拌机等为
开环系统
1-5分析比较开环控制系统与闭环控制系统的特征、优缺点和应用场合的不同之处。
是最简单的一种控制方式，特点是控制系统的控制量与被控制量之间
只有前向通道，即只有从输入端到输出端的单方向通道，而无反向通道。
系统中只有输入信
号对输出信号产生控制作用，输出信号不参与系统的控制。
（2）闭环控制系统：
闭环控制系统不仅有一条从输入端到输出端的前向通道，还有一条从
输出端到输入端的反馈通道。
参与系统控制的不只是系统的输入信号，还有输出信号，控制作用的传递路径是闭合的。
开环控制系统结构简单，稳定性好，但抗干扰性能差，控制精度低。
一般用于对精度要求不
高的场合；
闭环控制系统具有反馈环节，抗干扰性能强，控制精度高，闭环系统稳定性差，成本高。
一般用于精度较高的场合
1-6对控制系统的基本要求是什么？
对控制系统的基本要求：
稳定性、快速性、准确性，简称：
稳、快、准。
（1）稳定性：
动态过程中的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。
一个稳定系统在偏离平衡状态后，其输出信号应该随着时间而收敛，最后回到初始的平衡状态。
稳定性是系统
工作的首要条件。
（2）快速性：
当系统的输出信号与给定的输入信号之间产生偏差时，消除这种偏差的时间长短；
（3）准确性：
是指在调整过程结束后输出信号与给定的输入信号之间的偏差，或者称为静态精度，这也是衡量系统工作性能的重要指标。
第三章
3-6已知系统的传递函数方框图如图
解：
对干扰输入进行传递函数运算
{[N（s）G（s）-X°
（s）]k1-N（s）k4}'
Xo（s）
sTs+1
3-8分别求出所示的闭环系统以R（s）、N（s）为输入，以C（s）、B（s）、E（s）、Y（s）为输
出的传递函数。
先求R（s）为输入的传递函数，这时N（s）=0
C（s）G'
s）G2（s）
B（s）
G1G2H
E（s）
1
Y（s）
G1
愁厂1G1G2H
R（s）
-1G1G2H
R（s）_
1G1G2H
求以N（s）为输入的函数，这时
R（s）=0
C（s）G2（s）
G2H
G1G2h
N（s）_1G1G2H
N（s）_
1g1g2h
四章
4-1什么是系统的时间响应？
控制系统在外界作用的激励下，其输出量是随时间变化的函数。
通过对输出量的分析，可揭示系统本身的动态特性。
4-2什么是动态性能指标？
动态性能指标有哪些？
工程上为了定量评价系统性能的好坏，必须给出控制系统的性能指标的准确定义和定量计算方法。
稳定是控制系统正常运行的基本条件。
一个稳定系统的典型单位阶跃响应如图所示，由于响应过程分为动态过程和稳态过程，因此系统的动态性能指标和稳态性能指标就是分别针对这两个阶段而定义的。
系统的动态性能指标通常有如下几项：
（1）
（2）
延迟时间（DeleyTime）上升时间（RiseTime）
（3）
峰值时间（PeakTime）tp
（4）
调节时间（SettingTime）ts
（5）
超调量（Overshoot）Mp
（6）
振荡次数N
4-3什么是误差？
什么是稳态误差？
如何计算稳态误差?
系统的误差按照定义方式的不同分为其输出端定义的误差和输入端定义的误差两种。
设
Xor（t）是控制系统所希望的输出，X°
（t）是其实际的输出。
系统传递函数框图如图所示，则按照输出端定义的误差为e“（t）=xor（t）_xo（t），拉氏
变换记为
Ei（S）=X°
r（S）-Xo（S）
系统传递函数框图
按照输入端定义的误差（也称为偏差）为e（t），即
其拉氏变换式E（s）为
E（s）=Xi（s）-B（s）二Xi（s）-H（s）X°
（s）
式中，H（s）为反馈通道传递函数。
一般情况下，系统的偏差E（s）与误差E1（s）之间的关系为:
E（s）沖s）Ei（s）或Ei（sFE（s）
对于单位反馈系统，H（s）=1，故E（s）和Ei（s）相同。
一般以输入端定义的误差为准。
系统的稳态误差是指系统进入稳态后的误差。
稳态误差的定义为:
ess=lime（t）
t—Jpc
系统稳态误差的计算公式为
X（s）
1-G（s）H（s）
=協乂）=殴sE（s）=哩sE（s^|smos•—
4-8设单位反馈系统的开环传递函数为
求这个系统的单位阶跃响应。
解：
系统的闭环传递函数为
单位阶跃响应的拉氏变换为
41
故其时间响应为x（X1「宀彳/
4-9设单位反馈控制系统的开环传递函数为
G（s）
s（s1）
=0.5。
上升时间匸二一^-，其中=arctg（一1-2）=1.0472，d=n2=0.8660。
ji-P
故匕二=2.42S
■:
厂,：
'
2
峰值时间t=一=3.6277S;
超调量为M。
00%=16.3%
4433
调整时间为：
tS=——8S，（八=0.02）tS=——6S
®
n0.5@n0.5
8（s2）
4-11如图4-24所示控制系统，已知*=s（m，当输入分别为xi咲iot，
Xi（t^12t3t时，求系统的稳态误差ess
系统的传递函数为
根据公式
系统的稳态误差分别为
Xzc）_10
Xi（s）2
s
126
Xi（s）■p-3
sss
6.6习题与解答
6-1什么叫频率响应，幅频特性，相频特性，实频特性，虚频特性?
6-3最小相位系统与非最小相位系统的定义及本质区别。
若系统传递函数的所有零点和极点均在[s]平面的左半平面内，则该系统称为最小相位
系统；
反之，则称为非最小相位系统。
对于最小相位系统而言，当频率从零变化到无穷大时,
相位角的变化范围最小，当•二：
：
时，其相位角为—（n—m）90I对于非最小相位系统而言，
当频率从零变化到无穷大时相位角的变化范围总是大于最小相位系统的相角范围，当.二：
:
时，其相位角不等于_（n_m）90o
6-4设单位反馈控制系统的开环传递函数为
当系统作用以下输入信号时，试求系统的稳态输出。
x（t）二sin（t20）_2cos（2t25）
10°
1
Xo（t^T^sin（^30-arctg（n））
因此：
=10sin（t_30_arctg（丄））
12211
--10sin（t-30-42.27）=—10sin（t—72.27）一122.122
二10sin（t-72.27）
•122
AQ_A
（2）xo（t）=2■十=cos（2t_15_arctg（一2））
W12+2211
⑶x（t）二sin（t20）「2cos（2t25）
X。
（t）=
10
122
sin（t-22.27）—2
_10_
-11222
cos（2t25-61.2）
二10sin（t-22.27）-—4cos（2t-36.2）
.122,5
2，柑g=——0.0儉2
10.0001210.00012
（V）2宀
（1）2
又因为
J0r0，系统频率特性曲线的Nyquist曲线为一个位于第四象限的半圆,
Re
（2）
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