控制工程基础作业

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控制工程大作业(打印轮的控制分析)

控制工程大作业(打印轮的

控制分析)

-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

控制工程基础大作业打印机中打印轮控制系统分析

学院：机械工程及自动化学院

班级：车辆工程2班

姓名：

学号：

图1

图1所示为打印机中打印轮控制系统的原理图。系统由打印轮

（负载）、直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成。打印轮一般有96个字符位置。控制打印轮的位置，就是使需要的字符放在硬拷贝打印锤前。打印轮直接安装在电动机轴上能在正反两个方向旋转。编码器是一种将直线或旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置。

打印轮控制系统的控制目标是控制打印轮的位置。其原理是：当给出打印某个字符的指令时，通过指令传输电路，控制系统首先将它转换成总距离及行进方向信号，然后命令电动机驱动打印轮去校正位置。在此过程中，控制系统首先通过速度控制方式，驱动电动机打印轮系统按一定规律的转速旋转。当负载驱动到希望的位置附近后，通过位置控制方式，把位置误差控制到零，驱动打印轮在没有延迟或过大震荡的条件下尽快精确到位。

对于编码器—误差检测器，有 )()()(t t t t o i θθθ-=....................

)()(s t K t e e θ=......................② 式中：s K ——编码器增益。

在位置控制方式中，微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较，在送出与该两信号之差成比例的误差信号。

对于增益为A K 的功率放大器，有 )()(a t e K t e A =.........................③ 对于永磁直流电动机，有 )()()()

《控制工程基础》课程作业习题

第一章概论

本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。

例1 例图1-1a为晶体管直流稳压电源电路图。试画出其系统方块图。

例图1-1a 晶体管稳压电源电路图

解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。对于本题，可画出方块图如例图1-1b。

例图1-1b 晶体管稳压电源方块图

本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过

R和4R分压后与稳压管的电

压

U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w

电流增大，集电极电流随之增大，降在

R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。

反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。

例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。

解：该系统是一种阀控液压油缸。当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。由此可画出如例图1-2b的职能方块图。

《控制工程基础》课程作业习题(含解答)

第一章概论

例1 例图1-1a 为晶体管直流稳压电源电路图。试画出其系统方块图。

例图1-1a 晶体管稳压电源电路图

例图1-1b 晶体管稳压电源方块图

本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过

R和4R分压后与稳压管的电

压

U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w

电流增大，集电极电流随之增大，降在

R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。

反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。

例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。

机械控制工程基础阶段性作业4

中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院

机械控制工程基础课程作业4（共 4 次作业）学习层次：专科涉及章节：第5章，第6章

第5章:

5-1 试用胡尔维茨判椐判断具有下列特征方程的系统的稳定性

（1）010092023=+++s s s 。（2）020092023=+++s s s 。（3）025103234=++++s s s s 。

5-2 用劳斯判椐确定出具有下列特征方程的系统稳定时，K 的取值范围。

01234=++++s s Ks s

5-3 试确定图5-21各系统的开环放大系数K 的稳定域，并说明积分环节对系统稳定性的影响。

5-4 设系统的开环频率特性如图5-22所示，试判别系统的稳定性。其中p 为开环右极点数，v

为开环传递函数中积分环节数目。

5-6 图5-23为一负反馈系统的开环奈氏曲线，开环增益K=500，开环没有右极点。试确定使

系统稳定的K 值范围。

5-7 设系统的结构如图5-24所示。试判别系统的稳定性，并求其稳定裕量。图中K 1=0.5,

(1) 12)(+=

s s G (2) s

s G 2)(=

5-8 设单位反馈系统的开环传递函数为 (1) 2

1)(s as s G +=

，(2) 101.0)(+=

s K

s G ，试分别确定使相位裕量 45=γ的a 值和K 值。

第6章:

6-1 一单位反馈控制系统的开环传递函数为()

11.0200)(+=

s s s G ，试设计一个校正装置，使系统

的相位裕量不小于 45，幅值交界频率不低于s rad /50。

6-2 他激直流电动机拖动的角位移控制系统，如图6-20所示。其中电枢电阻Ω=2a R ，电机

“控制工程基础”大作业

“控制工程基础”课程大作业

一．题目：下图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图。系统由打印轮(负载)、直流电动机及用于速度反馈与位置反馈的增量编码器等组成。

1.对于编码器-误差检测器，有

)()()(t t t o i e θθθ-=

)()(t K t e e s θ=

式中：-s K 编码器增益。

2.在位置控制方式中，处理器把编码器的输出与给定参考位置信号进行比较，再送出其偏差信号。

对于增益为A K 的功率放大器，有

)()(t e K t e A a =

对于永磁直流电动机，有

⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=+==-=+)()()()()()()()()()()(t T t B dt t d J t i K t T t K t e t e t e t i R dt t di L M M M a T M M b b b a a a a a

ωωω 式中：-b K 电动机反电动常数；

-T K 电动机转矩常数；

-M ω电动机转速； -M T 电动机输出转矩；

-J 折算到电动机轴上的总转动惯量；

-B 折算到电动机轴上的总粘性阻尼系数。

电动机输出量为：

)()(),()(t t t dt

t d M o M M θθωθ== 二．问题

1. 请画出以)(t i θ为输入，)(t o θ为输出的系统动态结构图，进而自行选取一组参数写出系统的数学模型（传递函数，三阶）；

2. 当0≈a L 时，重新求出系统简化的数学模型（传递函数，二阶）；

3. 应用matLab 软件分析该二阶系统在不同参数模型下的单位阶跃响应曲线，从而分析系统的动态性能（N M t t t p s p r ,,,,等）；

控制工程基础吉林大学,网络教育,大作业答案

一简答题（每小题10分，共50分）

1. 已知系统的传递函数

写出极点和零点

答：s+a=0 s=-a 时零点（s+b ）(s+1)(s+5)=0 s=-b 或s=-1或s=-5 时极点

2. 已知系统开环传递函数，写出开环增益和系统的型别。答：开环增益是每个因式的常数项都为1，由此得到：

)

12.0)(1)(11.0(5)1(10++++s s s s a ，所以开环增益是2510=。系统型别直接看开环传递函数的分母中包含积分项s 的阶数，此题中s 阶数为1，故型别为1型。

3. 有哪些建立控制系统数学模型的方法？

答：建立控制系统的数学模型有两种基本方法：一种是根据控制系统内部的运动规律,分析各种变量间的因果关系而建立起来的系统的数学模型。这种方法称为机理建模或理论分析法；另一种方法则是根据实际测试的数据或计算数据，按一定的数学方法，归纳出系统的数学模型，这种方法称为系统辨识法或试验分析法。在对控制系统的运动机理、内部规律比较了解的情况下，适合应用机理建模法。用这种方法建立的数学模型,能科学地揭示系统内部及外部的客观规律，因而代表性强，适应面广。在系统运动机理复杂很难掌握其内在规律的情况下，往往需要按系统辨识的方法得到系统的数学模型，这种模型是根据具体对象而得出的，因而适应面较窄,通用性差。

4. 什么是控制系统的数学模型？

答：控制系统的数学模型主要是指描述控制系统及其各组成部分特性的微分方程、状态空间表达式、差分方程、传递函数、频率特性以及基于神经网络、模糊理论而建立的模型等。

5. 什么是香农采样定理？

控制工程基础大作业

第一篇：控制工程基础大作业

控制工程基础（B）大作业

一、查阅相关资料，撰写读书报告

通过广泛的资料查阅，以论文形式就控制领域发展状况提交相关读书报告，以培养学生文献检索和阅读能力。

要求：至少阅读5篇2008年以后的文献资料，并在上交时附上相应的参考文献或网址，阅读报告的字数不得少于3000汉字。

二、应用Matlab软件绘制Nyquist图及Bode图

1、自己从教材上的例题或者课后作业中选择一个系统，绘制其Bode图。

2、已知系统的开环传递函数为G(s)=100k，用Matlab分s(s+5)(s+10)

别绘制k=1,8,20时系统Nyquist 图，并判断系统的稳定性。试分析k对系统稳定性的影响。

三、控制系统典型环节性能分析

熟悉Matlab软件Simulink的基本使用方法，利用Simulink建立各典型环节的仿真模型，并通过仿真得到各典型环节的单位阶跃响应曲线，给出各典型环节相关参数变化对典型环节动态性能的影响。

要求：每个学生的文件名包括姓名、班级和学号（1~2位数字）。该部分主要是考察大家的自学能力，网上有很多资料可下载、查阅。

大作业以报告形式撰写，由各班长(或者学习委员)负责收齐电子文档，并于6月12日上交，其中电子文档以班为单位打包后发送至邮箱：*****************

附：本课程成绩评定方法

考勤、课堂表现、平时作业、实验报告、大作业及期末考试相结合，其中：考勤、课堂表现、平时作业与实验报告占20%，大作业占20%，期末考试成绩占60%。

任课教师：江老师

控制工程基础大作业(1)

控制工程基础大作业MATLAB软件应用

2019年秋季学期

专业名称：机械设计制造及其自动化专业

班级：机设176 姓名：

学号：

成绩：

授课教师：

一、教学目的：

使学生能够掌握现代工程工具MATLAB软件使用的基本方法，能够应用MATLAB软件对控制系统进行建模及性能分析。

二、内容要求：

1.控制系统建模

（1）确定所研究的闭环反馈控制系统，清晰表述系统的具体工作原理及参数条件；（同学们可以通过查阅相关的文献资料、生活或者工程实践中的实际案例确定自己所研究的闭环反馈控制系统）

（2）绘制闭环反馈控制系统的职能方框图、函数方框图，并建立系统的传递函数形式的数学模型。

2．应用MATLAB软件进行控制系统性能分析

针对所选定的闭环控制系统，应用MATLAB软件完成以下工作：

（1）控制系统频域特性分析

分别使用nyquist函数和bode函数绘制系统的开环奈奎斯特图和开环波德图，并附程序清单。

（2）控制系统稳定性分析

判定控制系统的稳定性，并进行控制系统相对稳定性分析，计算稳定性裕量，并附程序清单。

（3）控制系统时域特性分析

使用step函数绘制控制系统的单位阶跃响应曲线，分析控制系统响应的快速性指标，分析比较结构参数变化对系统性能的影响，并附程序清单。

三、作业书写注意事项：

1．封皮格式按照此模板内容，不必更改，完整填写相应的个人信息；

2．正文按照第二部分内容要求的顺序分项书写，给出运行结果并附上完整的编写程序清单（同时提交电子版程序）；

3．本模板及要求保留，另起一页书写正文的内容成果，A4纸双面打印，左侧装订；

控制工程基础C作业2017

《控制工程基础C》作业

——适用于测控技术与仪器专业（48学时，含6学时实验）

说明：以胡寿松主编《自动控制理论简明教程》为教材，习题的页码以该教材为准。

第一章自动控制概论

（参考教材第一章控制系统导论）

1-1（P14，1-1）

图1-16是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。

图1-16 液位自动控制系统

1-2（P16，1-5）

图1-5是电炉温度控制系统原理示意图。试分析系统保持电炉温度恒定的工作过程，指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。

图1-5 温度控制系统的原理图

第二章控制系统的数学模型

（参考教材第二章控制系统的数学模型） 2-1（P81，2-5）

设弹簧特性由下式描述：F=12.65y 1.1

，其中，F 是弹簧力；y 是变形位移。若弹簧在形变位移0.25附近作微小变化，试推导Δy 的线性化方程。

2-2（P81，2-7）

设系统传递函数为：

2()2

()32

C s R s s s =++，且初始条件 (0)1(0)0c c =-=，。试求阶跃输入r （t ）=1（t ）时，系统的输出响应c （t ）。

2-3（P81，2-8）

如图，已知G(s)和H(s)两方框相对应的微分方程分别是：

()

10()20()dc t c t e t dt += ()205()10()db t b t c t dt

且初始条件均为零，试求传递函数C(s)/R(s)及E(s)/R(s)。

2-4（P82，2-11（a ）（b ）（c ））

机械控制工程基础的三次作业和答案.doc

2-2

知 F

)

s(s +1)

解:

1 (s + 2)2

机械控制工程基础的三次作业和答案

第一次作业:

1-2说明负反馈的工作原理及其在自动控制系统中的应用。

答：测杲元件检测被控物理量,并将其反馈冋來，通过给比较元件与给定信号进行比较,产生偏差信号。再通过放大元件将偏差信号进行放大，以足够的功率來推动执行元件去控制被控对彖，从而调节和控制系统，使被控量以一定的精度符合或等于期望值。 1-3控制系统有哪些基本组成元件？这些元件的功能是什么？

答：反馈控制系统是山各种结构不同的元件纽成的。一个系统必然包含被控对象和控制装置两大部分，而控制装置是曲具有一定职能的各种基本元件纽•成的。 1-4対自动控制系统基本的性能要求是什么？最首要的要求是什么？答：基本性能要求：稳、快、准。最首要的要求是稳。

(1)利用终值定理，求fTS 时的/⑴值。

(1)利用初值定理求/(O)值。

f (0) = lim f (r) = limsF(s) = lim 5

5 —5->X

解: lim f (r)二 limsF(s) = lim 5

0 s->0

s(s + l)

lim

S3 s + 1

=10

Ll 知 F(s)二

1 (s + 2)2

*)=

C(s)

R(s)加〃+%严+・・・+休¥ + ® 唧

+ qs" 一】+・・・+ a n_x s + a n(7

〃 > 第二次作业:

传递函数的定义：单输入、单输岀线性定常系统在零初始条件卜•，输出最的拉氏变换与

具输入量的拉氏变换之比，即为线性定常系统的传递函数。

控制工程基础课后习题答案-最权威版本111111 第三版清华大学出版社

1 s X ( s ) sx(0) x(0) 6[ sX ( s ) x(0)] 8 X ( s ) s 1 2 s X ( s ) s 6 sX ( s ) 6 8 X ( s ) s s 2 6s 1 X ( s) s ( s 2 6 s 8)
st st 0 0
0

0
L[ x(t a)] e
2 s 6 1 e s
as
X ( s)
F ( s ) L[15t (t ) 4t (t ) 6 (t ) 1(t 2)]
2-1 求解时域函数的拉氏变换
（ 7 ）考查点： 1、衰减定理（或待定系数法，或分部积分法）
L[e
at
x(t )] X ( s a)
2、正、余弦函数的拉氏变换，
f (t ) e
6 t
cos8t s6 F (s) 2 2 ( s 6) 8
s L[cos 8t ] 2 , 2 s 8
2-3 求解微分方程
时域
拉氏
S域
反拉氏
时域
考查点： 1、拉氏变换的微分定理和积分定理，注意初值 2、整理后，在分解为标准象函数形式 3、反拉氏变换
第一章概论
作业 1－5，1－6 要求：分析现有的简单控制系统，并定性地画出他们的职能方块图。要点：1、明确输入量和输出量； 2、比较点必须是同量纲的量。

自动控制工程基础作业参考答案

⾃动控制⼯程基础作业参考答案

《⾃动控制⼯程基础》作业参考答案

作业⼀

1.1 指出下列系统中哪些属开环控制，哪些属闭环控制:

(1) 家⽤电冰箱 (2) 家⽤空调 (3) 家⽤洗⾐机 (4) 抽⽔马桶 (5) 普通车床

(6) 电饭煲 (7) 多速电风扇 (8) 调光台灯

解：（1）、（2）属闭环控制。（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）属开环控制。

1.2 组成⾃动控制系统的主要环节有哪些？它们各有什么特点? 起什么作⽤？

解：组成⾃动控制系统的主要环节如下：

(1) 给定元件：由它调节给定信号，以调节输出量的⼤⼩。

(2) 检测元件：由它检测输出量的⼤⼩，并反馈到输⼊端。

(3) ⽐较环节：在此处，反馈信号与给定信号进⾏叠加，信号的极性以“+”或“-”表⽰。

(4) 放⼤元件：由于偏差信号⼀般很⼩，因此要经过电压放⼤及功率放⼤，以驱动执⾏元件。

(5) 执⾏元件：驱动被控制对象的环节。(6) 控制对象：亦称被调对象。

(7) 反馈环节：由它将输出量引出，再回送到控制部分。⼀般的闭环系统中，反馈环节包括检

测、分压、滤波等单元。

1.3 图1-1表⽰的是⼀⾓速度控制系统原理图。离⼼调速器的轴由内燃发动机通过减速齿轮获得⾓速度为w的转动，旋转的飞锤产⽣的离⼼⼒被弹簧⼒抵消，所要求的速度w由弹簧预紧⼒调准。

（1）当w突然变化时，试说明控制系统的作⽤情况。（2）试画出其原理⽅框图。

图1-1 ⾓速度控制系统原理图

解：（1）发动机⽆外来扰动时，离⼼调速器的旋转⾓速度基本为⼀定值，此时，离⼼调速器与减压⽐例控制器处于相对平衡状态；当发动机受外来扰动，如负载的变化，使w上升，此时离

控制工程基础C作业答案S（新）

控制⼯程基础C作业答案S（新）

《控制⼯程基础C》作业和解答

第⼀章⾃动控制概论

1-1

解：

u（表征液位的希被控对象：⽔箱。被控量：⽔箱的实际⽔位c。给定量：电位器设定点位

r c）。⽐较元件：电位器。执⾏元件：电动机。控制任务：保持⽔箱液⾯⾼度不变。

望值

u）时，电动机静⽌不动，控制阀门有⼀定的开⼯作原理：当电位器电刷位于中点（对应

c。⼀旦流⼊⽔量或流出⽔量发度，流⼊⽔量与流出⽔量相等，从⽽使液⾯保持给定⾼度

c。

⽣变化，液⾯⾼度就会偏离给定⾼度

例如：当液⾯升⾼时，浮⼦也相应升⾼，通过杠杆作⽤，是电位器电刷由中点位置下移，从⽽给电动机提供⼀定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进⽔阀门向减⼩开度的⽅向转动，从⽽减少流⼊的⽔量，使液⾯逐渐降低，浮⼦位置也相应下降，直到电位器电刷回到

c。

中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液⾯恢复给定⾼度

反之，若液⾯降低，则通过⾃动控制作⽤，增⼤进⽔阀门开度，加⼤流⼊⽔量，使液⾯升⾼c。系统⽅块图如图所⽰

到给定⾼度

在上图中，⽐较环节：电位器（电位⽐较）；控制器：电位器（⽐例控制器）；被控对象：电动机、减速器、控制阀、⽔箱（输出⽔位）；检测变换：浮⼦连杆、电位器（位移—>电位）1-2

解：

被控对象：电炉。被控量：炉温。给定量：电位计的给定电压。放⼤元件：电压放⼤器和功率放⼤器。执⾏机构：电动机和减速器。测量元件：热电偶。

⼯作原理：热电偶将温度信号转换为电信号，反映炉温，其输出电势与给定电信号之差为偏差信号。偏差信号经电压放⼤和功率放⼤后，带动电机旋转，并经减速器使⾃耦调压器的活动触点移动，从⽽改变加在电阻丝两端的电压。当炉温达到预定值时，热电偶感应的电压值与电位计输出电压⼤⼩相同，相互抵消，放⼤器零输出，电机不动，变压器输出电刷不动，电阻的端电压恒定，保持炉温等于希望值。当炉温偏离希望值时，放⼤器输⼊端的平衡会打破，其输出电压会驱动电机通过减速器调节

控制工程基础(第二版)答案_董景新_赵长德等pdf

= f i − k 2 ( x − xo ) M x
进行拉氏变换得：
(ms 2 + k 2 ) X o ( s ) = f i + k 2 X o ( s ) (1)
i − x o ) k 2 xo = k1 ( xi − xo ) + D ( x
进行拉氏变换得：
k 2 X o ( s ) = k1 ( X i ( s ) − X o ( s )) + D ( sX i ( s ) − sX o ( s ))
2
(7). 1 3 s +1 s +1 s = 2 = 2 + ⋅ 2 2 2 2 3 s +9 s +3 s +3 s + 32 1 ∴ f (t ) = cos 3t + sin 3t 3 F (s) =
(5).
F (s) = −2 s 2 −1 = + + 2 s + 1 s + 2 ( s + 1) 2 ( s + 2)( s + 1)
进行拉氏变换得：
Ms 2 X o (s) = k1 X o ( s) + D1sX o ( s) + k 2 ( X o ( s) − X i (s)) + D2 (sX o ( s) − sX i (s))

西南交《控制工程基础》离线作业

控制工程基础第1次作业

一、单项选择题(只有一个选项正确，共31道小题)

1. 控制论的中心思想是(B )

(A) 系统是由元素或子系统组成的

(B) 机械系统与生命系统乃至社会经济系统等都有一个共同的特点,即通过信息的传递、加工处理,并利用反馈进行控制

(D) 控制系统有两大类,即开环控制系统和闭环控制系统

2. 闭环控制系统中( C)反馈作用.

(A) 依输入信号的大小而存在

(B) 不一定存在

(D) 一定不存在

3. 控制系统依不同的反馈情况可分为不同的类型，以下（ B ）的分类是正确的。

(A) 线性系统和离散系统

(B) 开环系统和闭环系统

(D) 数字系统和计算机控制系统

4. 关于反馈的说法正确的是（ D ）。

(A) 反馈实质上就是信号的并联

(B) 正反馈就是输入信号与反馈信号相加

(D) 反馈是输出以不同的方式对系统作用

5. 开环控制系统的控制信号取决于（ D ）

(A) 系统的实际输出

(B) 系统的实际输出与理想输出之差

(D) 输入

6. 机械工程控制论的研究对象是( D)

(A) 机床主传动系统的控制论问题

(B) 高精度加工机床的控制论问题

(D) 机械工程领域中的控制论问题

7. 对于控制系统,反馈一定存在于(C )中

(A) 开环系统

(B) 线性定常系统

(D) 线性时变系统

8. 以下关于信息的说法正确的是( B)

(A) 不确定性越小的事件信息量越大