机械控制工程基础期末试卷-答案2

机械控制工程基础期末试卷-答案2

一. 填空题(每小题2.5分，共25分)

1．对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性和准确性。2．按系统有无反馈，通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述系统的数学模型有微分方程、传递函数等。4．误差响应反映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

1

Ts

的单位阶跃响应的表达是。

6．有系统的性能指标按照其类型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．稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与的类型有关。

9．脉冲信号可以用来反映系统的。

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馈系统（10分）

炉温控制系统

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

i

u与输出电压0u之间的微分方程，并求该电路的传递函数（10分）

图2

四、求拉氏变换与反变换 (10分) 1． 求[0.5]t

te l （5分）

R

u 0

u i

L C

u 0

u i

(a)

(b)

(c)

2． 求1

3[

]

(1)(2)

s

s s -++l （5分）

五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数

（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)(t f组成的机械动力系统。图4(a)中)(t x o是输出位移。当外力)(t f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递函数；(5分)

2）该系统的自由频率nω、阻尼比ξ；(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s t、调整时间r t、稳态误差

e（5分）。

ss

1.0

x0

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馈系统，其开环传递函数1

510+=

s G

k

，则该系统在单位脉冲、单位阶跃

和单位恒速信号（斜坡信号）作用下的稳态误差ss

e 分别是多少？（10分）

八、设有如图5所示的反馈控制系统，试求根据

劳斯判据确定传递函数k值的取值范围（10分）。

)

()

X s

1

Ts+

图5

二. 填空题(每小题2分，共20分)

10．对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性和准确性。

11．按系统有无反馈，通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述系统的数学模型有微分方程、传递函数等。

13．稳态误差反映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

1

Ts+

的单位阶跃响应的表达是/

1t T

e-

-。

15．有系统的性能指标按照其类型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．稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。

18．脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。

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馈系统（10分）

炉温控制系统

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。

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i

u 与输出电压0

u 之

间的微分方程，并求出该电路的传递函数。（10分）

图2

解答：

跟据电压定律得

R

u 0

u i

L C

u 0

u i

C u 0

u i

R

(a)

(b)

(c)

四、求拉氏变换与反变换 3． 求[0.5]t

te -l

解答：2

11

2(1)

s s -- 4． 求1

3[

]

(1)(2)

s

s s -++l

解答：=t

2

36t

e te ---+

六、 化简框图，并求出闭环传递函数

002200221

1()1

i i

u dt u u RC d u du d u dt RC dt dt

RCs

G s RCs +=+==

+⎰