机械控制工程基础期末试卷

1、一.填空题(每题2.5分，共25分)1234对控制系统的基本要求一般可以归纳为牢固性、快速性和正确性。按系统有无反响，平时可将控制系统分为开环系统和闭环系统。在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程、传达函数等。误差响应反响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1的单位阶跃响应的表达是。Ts16有系统的性能指标依照其种类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稳态误差不但取决于系统自己的结构参数，而且与的种类有关。9脉冲信号可以用来反响系统的。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响系统（10

2、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ui与输出电压u0之间的微分方程，并求该电路的传达函数（10分）图2四、求拉氏变换与反变换(10分)1求l0.5tet（5分）2求l13s（5分）(s1)(s2)五、化简图3所示的框图，并求出闭环传达函数（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f(t)组成的机械动力系统。图4(a)中xo(t)是输出位移。当外力f(t)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

3、数学模型和传达函数；(5分)2）该系统的自由频率n、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ts、调整时间tr、稳态误差ess（5分）。图4(a)机械系统图4（b）响应曲线图410七、已知某系统是单位负反响系统，其开环传达函数Gk，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位5s1恒速信号（斜坡信号）作用下的稳态误差ess分别是多少？（10分）八、设如同图5所示的反响控制系统，试求依照劳斯判据确定传达函数k值的取值范围（10分）。图5二.填空题(每题2分，共20分)10对控制系统的基本要求一般可以归纳为牢固性、快速性和正确性。11按系统有

4、无反响，平时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、传达函数等。13稳态误差反响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1的单位阶跃响应的表达是1et/T。Ts115有系统的性能指标依照其种类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稳态误差不但取决于系统自己的结构参数，而且与输入信号的种类有关。18脉冲信号可以用来反响系统的抗冲击能力。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响系统（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

5、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ui与输出电压u0之间的微分方程，并求出该电路的传达函数。（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l0.5tet解答：1(s12s1)24求l13s(s1)(s2)解答：=3et6te2t六、化简框图，并求出闭环传达函数图4解：H2Xi(s)+Xo(s)G1G2G3_H/G31X(s)X(s)io_H1/G3Xi(s)Xo(s)七、图示机械系统由质量m、阻尼系数C、

6、弹簧刚度K和外力f(t)组成的机械动力系统。图(a)中xo(t)是输出位移。当外力f(t)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达函数；2）该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数(4分)C、弹簧刚度k；（3分）3）时间响应性能指标：上升时间ts、调整时间tr、振荡频数N、稳态误差ess（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x0=1.0，因此k=3.x0tpx0求m，由Mp100%得：x012又由式Mpe100%求得=0.6将tp2,0.6代入tp中，

7、得n=1.96。dn12再由kn2求得m=0.78。m求c由2cm，求得c=1.83.n3）求tsts3(取=0.05时)2.55nts4(取=0.02时)3.40n求tr21arctan0.91tr2.323d求N取=0.05时，取=0.02时，21.51N=0.64221N=0.85求ess当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为：对于0型系统KpK1，代入式中求得：ess=0.510八、已知某系统是单位负反响系统，其开环传达函数Gk，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位5s1恒速信号作用下的ess分别是多少？（8分）解答：该系统为单位负反响且为0型系统，k=11,因此该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的ess分别是、。11在单位脉冲信号作用下的