机械工程控制基础(复习资料2).docVIP

复习题1.典型二阶系统的传递函数为 ，当阻尼系数为1时，该系统称为 ，其阶跃响应曲线为非振荡曲线。2.线性系统稳定的充要件为 。3.频率特性的三种表示方法为： 、伯德图、 。4.输入相同时，系统型次越高，稳态误差越 。5.最小相位系统和非最小相位系统 （幅频/相频）特性相同。6.一阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为 一、计算题1、已知一单位负反馈控制系统如图所示： 图2 单位反馈控制系统图请回答(1)时，闭环系统的稳定性(2)时，闭环系统的的稳定条件2、单位反馈二阶系统，已知其开环传递函数为从实验方法求得其零初始条件下的阶跃响应如下图所示，确定传递函数中的参量和。 图3 二阶系统阶跃响应曲线二、综合应用题2、多项研究报告建议开发一种具有超强机动性的机器人，使之能够在NASA(美国国家航空和宇宙航行局)的空间站自主行走，并能在不同的环境中完成操作，这种机器人的手臂控制系统采用单位负反馈控制，响应的开环传递函数为： （1）试大致绘制系统的伯德图和乃奎斯特图；（2）试确定系统的相角穿越频率（3）试确定使系统的幅值裕度为20dB的K值三、判断题1、请根据系统的开环乃氏图或伯德图，判断其闭环系统的稳定性，并说明原因。若不稳定，请指出在闭环系统在s右半平面的极点个数2(a）系统开环稳定 2(b) 系统开环传递函数在s右半平面有1个极点 2 (c) 系统在s平面的右半平面有2个极点2、试求系统的稳定性，并求出虚根值及其在s右半平面的根数二、选择题1二阶系统的传递函数，则该系统是（ ）A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统2下列选项不正确的是（ ）A比例环节的幅频特性是复数平面上的一个点B如果已知对数幅频特性，可以把相频特性推出；但由相频特性不能推出幅频特性C微分环节的相频特性（）90D频率特性是系统频率响应与输入正弦信号的复数比3. 开环系统与闭环系统最本质的区别是（ ）。A. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路B. 开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用C. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路D. 开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用4. 时域的性能指标通常选择( )作为输入信号。A阶跃函数 B抛物线函数 C斜坡函数 D脉冲函数5. 关于传递函数，错误的说法是 ( ) A. 传递函数只适用于线性定常系统； B. 传递函数一般是为复变量s的真分式； C. 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响；D. 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。三、计算题1、系统结构图如图，试用框图的等效变换求闭环传递函数.图1 系统结构图2、（15分）设单位反馈系统的开环传递函数如图2(a)所示，采用局部反馈校正后的系统如图2(b)所示，其中参数。当输入为，-图2(a) 原系统结构图-图2(b) 校正后系统结构图（1）分别求原系统和校正后系统的调节时间和稳态误差终值（2）试比较校正前后系统的和的变化，说明局部反馈的增加对系统性能的影响3、（10分）设系统的开环传递函数为：，试判定稳定性及在右半平面根个数。热轧机系统控制的关键技术是通过调整辊轧机的间隙来控制钢板的厚度。热轧机控制系统的开环传递函数为（1）确定各环节的转折频率（2）确定每个频段渐进线的斜率（3）画出系统的Bode图5（1）当传递函数等于1时，闭环系统的特征方程为排劳斯表 第一列均为正值，S全部位于左半平面，故系统稳定。（2）当传递函数等于，由闭环特征方程为 列劳斯表 欲使系统稳定，第一列的系数必须全为正值 最终时，系统稳定4.2. 答案（1）系统的转折频率1、 4 ，低频段，中频段，高频段的斜率分别为-20dB/dec,-40 dB/dec,-60 dB/dec 相频特性曲线在-90 -270变化。（2）由，利用公式 得到相角穿越频率 (3) 有幅值裕度为20dB，根据定义有得有幅值裕度的定义及(2)得结果可知，所以此时=501. （1）补充乃氏图，增补0+到0-的部分，包围圈数两圈。系统开环稳定，代表在右半平面的极点数为0，所以闭环系统不稳定，在右半平面有2个极点。（2）在幅频大于0的范围内，相频曲线负穿越2次，正穿越1次。由于系统的开环传递函数在有伴平面有一个极点。所以系统不稳定，在右半平面有一个极点。（3）包围两圈，右半平面有2个极点，所以系统稳定。2. 解：辅助方程 求导数 1.可见 半s平面无根 2.虚根值：由辅助方程2. 如图所示的图1和图2分别是两个控制系统的乃奎斯特图和伯德图，请根据图形判断系统的稳定性，并说明原因。 图 1系统开环稳定 图 2 系统开环传递函数在s右半平面有2个极点首先补充乃奎斯特图，系统乃氏图包围（-1，j0）点两