机械控制工程基础期末试卷答案2

机械工程控制基础期末试卷.填空题(每题2.5分，共25分）1．对控制系统的基本要求一般能够概括为稳固性、迅速性和正确性.2．按系统有无反应，往常可将控制系统分为开环系统和闭环系统。3．在控制工程基础课程中描绘系统的数学模型有微分方程、传达函数等.4．偏差响应反应出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来权衡系统控制精度的程度。1的单位阶跃响应的表达是。5．一阶系统Ts16．有系统的性能指标依据其种类分为时域性能指标和频域性能指标。7．频次响应是线性定常系统对谐波输入的稳态响应。8．稳态偏差不单取决于系统自己的构造参数，并且与的种类相关。9．脉冲信号能够用来反应系统的。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应系统（10分)炉温控制系统-++电炉Ug-给定毫电压功率减速器热电偶Ue自偶调-伏信号放大放大压器Uf+可逆加热器电机~220V图1炉温控制构造图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的构成,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）uiRu0uiCRu0(a)(b)图2四、求拉氏变换与反变换(10分）uiLCtu01．求[0.5te](5分）(c)2．求1[3s]（5分）(s1)(s2)《机械控制工程基础》试卷第1页共9页机械工程控制基础期末试卷五、化简图3所示的框图,并求出闭环传达函数（10分）H2(S)Xi(S)XO(S)G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)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)构成的机械动力系统.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）该系统的微分方程数学模型和传达函数；(5分）2）该系统的自由频次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：上涨时间ts、调整时间tr、稳态偏差ess（5分）。x0(t)x0f(t)0.095k1.0cmt024图4（a）机械系统图4（b）响应曲线图4七、已知某系统是单位负反应系统，其开环传达函数10,则该系统在单位脉冲、单Gk5s1位阶跃和单位恒速信号（斜坡信号)作用下的稳态偏差ess分别是多少？(10分）《机械控制工程基础》试卷第2页共9页机械工程控制基础期末试卷八、设犹如图5所示的反应控制系统，试求依据劳斯判据确立传达函数k值的取值范围（10分）。Xi(s)1kX0(s)×s(s1)(s5)X(s)-Ts1图5.填空题(每题2分,共20分)10．对控制系统的基本要求一般能够概括为稳固性、迅速性和正确性。11．按系统有无反应，往常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绘系统的数学模型有微分方程、传达函数等。13．稳态偏差反应出稳态响应偏离系统希望值的程度,它用来权衡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据其种类分为时域性能指标和频域性能指标.16．频次响应是线性定常系统对谐波输入的稳态响应。17．稳态偏差不单取决于系统自己的构造参数，并且与输入信号的种类相关.18．脉冲信号能够用来反应系统的抗冲击能力。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应系统（10分）炉温控制系统-++电炉Ug-给定毫电压功率减速器热电偶-自偶调伏信号Ue放大放大压器Uf+可逆加热器电机~220V图1炉温控制构造图试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的构成,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。系统包含：电位器、放大器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶。《机械控制工程基础》试卷第3页共9页机械工程控制基础期末试卷原理方框图：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)uiRu0uiCRu0(a)(b)图2解答：跟据电压定律得ui1Lu0RCu0dtCu0ui(c)d2u0d2ui1du0dt2RCdtdt2RCsG(s)RCs1四、求拉氏变换与反变换3．求[0.5tet]解答:112s(s1)24．求1[3s](s1)(s2)《机械控制工程基础》试卷第4页共9页机械工程控制基础期末试卷解答：=3et6te2t六、化简框图，并求出闭环传达函数H2(S)Xi(S)XO(S)G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)图4解：H2X(s)+X(s)ioG1G2G3__H/G31Xi(s)X(s)G1G2G3__1G2G3H2H1/G3《机械控制工程基础》试卷第5页共9页机械工程控制基础期末试卷Xi(s)Xo(s)G1G2G31G2G3H2G1G2G3G1G2H1七、图示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力f(t)构成的机械动力系统。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；（4分)2）该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k；（3分）3）时间响应性能指标：上涨时间ts、调整时间tr、振荡频数N、稳态偏差ess（5分).x0(t)x0f(t)0.095k1.0cmt024图(a）机械系统图（b）响应曲线解答：解：1)关于该系统有：mx0tcx0tkx0tft故Gs

1ms2csk2）求k由Laplace变换的终值定理可知：x0limx0tlimsX0sts0lims13cskss0ms23k《机械控制工程基础》试卷第6页共9页机械工程控制基础期末试卷而x0=1.0，所以k=3。求m，由MM

x0tpx0得:px0100%p0.095100%9.5%1.0又由式Mpe12100%求得=0.6将tp2,0。6代入tp中,得n=1。96。dn12再由kn2求得m=0。78。m求c由2nc,求得c=1.83.m3)求tsts3=0。05时)2。55（取nts4=0。02时)3。40（取n求tr12arctan0。91tr2.323d求N1.512取=0。64=0.05时,N212取=0。85=0。02时，N求ess当输入为阶跃信号时，系统的稳态偏差为:《机械控制工程基础》试卷第7页共9页机械工程控制基础期末试卷ess

11Kp关于0型系统KpK1，代入式中求得：ess=0.5八、已知某系统是单位负反应系统,其开环传达函数Gk10，则该系统在单位脉冲、单15s位阶跃和单位恒速信号作用下的ess分别是多少？（8分）解答：该系统为单位负反应且为0型系统,k=11,所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的ess分别是1、。11在单位脉冲信号作用下的稳态偏差为esslims1Xi(s)lims110H(s)[1G(s)H(s)]10s0s0115s九、设犹如下图的反应控制系统，试求依据劳斯判据确立传达函数k值的取值范围Xi(s)1kX0(s)