哈工大机电系统控制基础2014秋-习题课第三章答案
机械控制系统工程课后习题解答
机械控制工程基础答案提示第二章 系统的数学模型2-1 试求如图2-35所示机械系统的作用力)(t F 与位移)(t y 之间微分方程和传递函数。
)(t F )(t y f图2-35 题2-1图解：依题意：()()()()22d y t dy t a m F t f ky t dt b dt⋅=⋅-⋅- 故 ()()()()t F b at ky dt t dy f dtt y d m ⋅=+⋅+22 传递函数: ()()()kfs ms b as F s Y s G ++==22-2 对于如图2-36所示系统，试求出作用力F 1(t )到位移x 2(t )的传递函数。
其中，f 为粘性阻尼系数。
F 2(t )到位移x 1(t )的传递函数又是什么？m 2m 1k 1 f k 2F 1(t )F 2(t ) x 2(t )x 1(t )图2-36 题2-2图解：依题意：对1m ： ()()()()212121111dt t x d m dt t dx dtt dx f t x k F =⎥⎦⎤⎢⎣⎡---对两边拉氏变换：()()()[]()s X s m s sX s sX f x k s F 12121111=--- ①对2m ： ()()()()()222222212dt t x d m t x k dt t dx dt t dx f t F =-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+ 对两边拉氏变换：()()()[]()()s X s m s x k s sx s sx f s F 22222212=--+ ②故： ()()()()()()()()⎩⎨⎧=+++-=-++S F s x k fs s m s fsx s F s fsx s x k fs s m 222221121121 故得：()()()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-+++++++=-+++++++⋅=22221212212122222121222211fs k fs s m k fs s m k fs s m s F s fsF s x fs k fs s m k fs s m s fsF k fs s m s F s x 故求()t F 1到()t x 2的传递函数 令：()02=s F()()()()()()()()()2122211122432121212211212x s fsG s F s m s fs k m s fs k fs fsm m s f m m s m k m k s f k k s k k ==++++-=+++++++求()t F 2到()t x 1的传递函数 令：()01=s F()()()()()()()()()1122221122432121212211212x s fsG s F s m s fs k m s fs k fs fsm m s f m m s m k m k s f k k s k k ==++++-=+++++++2-3 试求图2-37所示无源网络传递函数。
机电控制工程基础课后习题答案左健民
机电控制工程基础课后习题答案第一章：引论1.题目问题：简述机电控制工程的基本概念和发展历程。
答案机电控制工程是一个交叉学科，它涉及机械工程、电气工程和控制工程等多个学科的知识与技术。
其基本概念包括机电系统、控制系统和传感器系统。
机电系统由机械设备、电气设备和控制设备组成，用来完成特定的运动任务。
控制系统由传感器、控制器和执行器组成，用来监测和控制机电系统的运行状态。
传感器系统负责采集、测量和传输机电系统的运行数据。
机电控制工程的发展历程可以分为三个阶段。
第一个阶段是机械、电气和控制等学科独立发展的阶段，各自在不同领域取得了一定的成就。
第二个阶段是机械、电气和控制等学科开始相互交叉融合的阶段，机电系统的概念逐渐形成。
第三个阶段是机电控制工程逐渐成为一个独立学科，形成了一整套完整的理论和方法体系。
第二章：电气与电子技术基础2.题目问题：简述直流电路的基本特点和常用电路元件。
答案直流电路是指电流方向恒定的电路。
其基本特点包括以下几个方面：•电流方向不变。
在直流电路中，电荷只能沿着一个方向移动，电流的方向不会发生改变。
•电压稳定。
直流电源提供的电压一般是恒定的，不会发生明显的波动。
•电阻内部不产生能量损耗。
电阻元件在直流电路中，不会消耗电能，只会产生热能。
常用的直流电路元件包括电容器、电感器和电压源。
电容器用来存储电荷，具有储能效果。
电感器则用来存储磁能，具有阻尼和滤波效果。
电压源是直流电路中常用的电源元件，用来提供稳定的电压。
第三章：电路理论与分析3.题目问题：简述电路的戴维南定理和诺顿定理。
答案戴维南定理和诺顿定理是电路分析中常用的方法，用于简化电路的计算和分析。
•戴维南定理：戴维南定理又称为戴维南-诺顿定理，它指出：任意一个由电压源、电流源和电路元件组成的线性电路，可以用一个等效的电流源和等效的内阻表示。
通过计算戴维南等效电流源和内阻，可以将复杂的电路简化为一个更容易分析的等效电路。
•诺顿定理：诺顿定理是戴维南定理的一种特例，它用电压源和等效的电阻来表示电路。
机电控制工程基础作业答案-3
机电控制工程基础第3次作业第4章一、判断1．根轨迹法就是利用已知的开环极、零点的位置，根据闭环特征方程所确定的几何条件，通过图解法求出g K 由0→∞时的所有闭环极点。
正确2. 根轨迹是根据系统开环零极点分布而绘制出的闭环极点运动轨迹。
正确3．绘制根轨迹时，我们通常是从g K ＝ 0时的闭环极点画起，即开环极点是闭环根轨迹曲线的起点。
起点数n 就是根轨迹曲线的条数。
正确4. 根轨迹是根据系统开环传递函数中的某个参数为参变量而画出的开环极点的 根轨迹图。
错误5．开环传递函数的分母阶次为n ，分子阶次为m(n ≥m)，则其根轨迹有n 条分支，其中m 条分支终止于开环有限零点，n-m 条分支终止于无穷远 。
正确 6. 在开环系统中增加零点，可使根轨迹向左方移动。
正确7. 在开环系统中增加极点，可使根轨迹向右方向移动。
正确 8. 实轴上二开环极点间有根轨迹，则它们之间必有汇合点。
错误 9. 实轴上二开环零点间有根轨迹，则它们之间必有汇合点。
正确 10．系统的根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点 。
二、已知某系统的开环传递函数为))(()()()()()(211p s p s z s K s D s N K s H s G g g +++==，式中g K ＞0，1z ＞1p ＞2p ＞0。
试求其根轨迹的分离点和会合点。
书99【解】 由于 ()1z s s N +=，()()()21p s p s s D ++= 上式对s 求导后得()1='s N ；()212p p s s D ++='代入式(4-9)，得 ()()()()0221211=++-+++p s p s p p s z s 由此得分离点和会合点分别为 ()()21112,1p z p z z s --±-=三、设某系统的开环传递函数为()()()()41++=s s s K s H s G g试计算其根轨迹的渐近线倾角。
机电控制工程基础练习题答案
机电控制工程基础练习题答案一、填空1、输入端；闭环控制系统2、形成控制作用的规律；被控制对象/3、叫做系统的数学模型4、稳定5、输出量的拉氏变换；输入量的拉氏变换6、2222)(nn nb s s s G ωζωω++= 7、4)2(2++s s8、)(a s F +9、单位脉冲信号 10、0.111、初始状态；无穷12、正弦输入信号的稳态 13、φj e A B14、线性控制系统 15、∑∞-∞=*-⋅=k kT t kT f t f )()()(δ二、选择ADCDA ACBCC 三、判断1、正确2、正确3、错误4、错误5、错误6、错误7、正确8、错误9、正确 10、正确 四、综合 1、解答:解答：将微分方程进行拉氏变换得：)()1()()()()()()()()1()()()()()()())()(()(54534321321s N Ts s x s N s x s C s x s x s x Ts s x s x s x s sx s sR s x s c s R k s x +=-=+=+-+=τ=-=)()(s R s C =)1)(1(1)1)(1(+++++τS TS K S TS s=KS TS sK +++τ+)1)(1(2、解：1) ω<ω1的低频段斜率为[-20]，故低频段为K/ｓ。
ω增至ω1，斜率由[-20]转为[-40]，增加[-20]，所以ω1应为惯性环节的转折频率，该环节为1111+s ω 。
ω增至ω2，斜率由[–40]转为[–20]，增加[+20]，所以ω2应为一阶微分环节的转折频率，该环节为112+s ω 。
ω增到ω3，斜率由[-20]转为[-40]，该环节为1113+s ω,ω>ω3，斜率保持不变。
故系统开环传递函数应由上述各典型环节串联组成，即)11)(11()11()(312+++=s s s s K s G k ωωω2) 确定开环增益K当ω=ωc 时，A(ωc )=1 。
机电控制工程基础考试题库
一、简答1．什么是自动控制？就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量(输出量)准确地按照给定的规律(输入量)运行或变化。
2．控制系统的基本要求有哪些？控制系统的基本要求可归结为稳定性；准确性和快速性。
3．什么是自动控制系统？指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。
它一般由控制装置和被控制对象组成4．反馈控制系统是指什么反馈？反馈控制系统是指负反馈。
5．什么是反馈？什么是正反馈？什么是负反馈？反馈信号(或称反馈)：从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这就是反馈信号。
当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。
反之，符号相反抵消输入信号作用时叫负反馈。
6．什么叫做反馈控制系统系统输出全部或部分地返回到输入端，此类系统称为反馈控制系统（或闭环控制系统）。
7．控制系统按其结构可分为哪3类？控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
8．举例说明什么是随动系统。
这种系统的控制作用是时间的未知函数，即给定量的变化规律是事先不能确定的，而输出量能够准确、迅速的复现给定量(即输入量)的变化，这样的系统称之为随动系统。
随动系统应用极广，如雷达自动跟踪系统，火炮自动瞄准系统，各种电信号笔记录仪等等。
9．自动控制技术具有什么优点？⑴极大地提高了劳动生产率；⑵提高了产品的质量；⑶减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；⑷由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程则因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。
在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用10．对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加某一给定值时，输出量的暂态过程可能有几种情况？单调过程衰减振荡过程持续振荡过程发散振荡过程二、判断1．自动控制中的基本的控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。
哈尔滨工业大学自控原理习题答案(第三章)
则根据系统框图可得
代入 ，得
另 ，得到系统的干扰输出
则误差表达式为
若积分环节加在扰动点之前则
， ,
可求得 。
若积分环节加在扰动点之后，则
, ,
可求得
由此可见在扰动点之前的前向通道加入积分环节，才能消除阶跃扰动产生的稳态误差。
3.23
设
则系统的闭环传递函数为：
误差为
将 及 得
闭环特征方程为
又因为 故系统稳定，与参数a，b无关。
若
则有系统的稳态误差
则求出待定系数为
3.29
当a=0时系统的闭环传递函数为：
则根据
得 。
当 ，根据系统的闭环传递函数为
则根据
得a=0.25
3.30
由图3.30所示的单位阶跃响应 ，可得系统的超调量和峰值时间为
又有参数间的关系：
因为系统的开环传递函数为 ，则系统的闭环传递函数为
则
得到参数为
3.34
列Routh表可得
3.12
由系统框图可知系统的开环传递函数为
因为是单位反馈，可得系统的特征方程为
如果要求闭环传递函数的特征根全部位于s=-1垂线之左，可令s=z-1，并代入特征方程，得
建立Routh表
Z3115
z21140K-27
z1 0
z040K-27
令第一列的元素全部为正，可得不等式组
解得K的取值范围为
3.14
由系统框图可以求得系统的开环传递函数为
3.1
图3.1（b）所示的单位阶跃响应具有等幅振荡特性，说明系统的阻尼比 。这与系统主反馈取“-”及内反馈取“0”相对应，因为在这种情况下该二阶系统的传递函数为
图3.1（c）所示单位阶跃响应具有发散特性，说明系统不稳定。这与系统的主反馈取“-”及内反馈取“+”相对应，因为在这种情况下，该二阶系统的传递函数为：
机电自动控制课后习题答案
机电自动控制课后习题答案机电自动控制课后习题答案机电自动控制是一门综合性的学科，涵盖了机械、电子、自动化等多个领域的知识。
在学习过程中，课后习题是巩固知识、提高能力的重要途径。
下面将为大家提供一些机电自动控制课后习题的答案，希望能对大家的学习有所帮助。
第一章：基础知识1. 什么是自动控制系统？答案：自动控制系统是由传感器、执行器、控制器和反馈回路组成的系统，用于实现对某个物理过程或工业过程的自动控制。
2. 什么是反馈控制？答案：反馈控制是指通过对被控对象输出的信息进行测量，并与期望输出进行比较，然后根据比较结果调整控制器的输出，以实现对被控对象的控制。
3. 什么是传感器？答案：传感器是一种能够将被测量物理量转换为电信号或其他形式的能量输出的装置。
4. 什么是执行器？答案：执行器是一种能够接受控制信号，并将其转换为相应的动作或输出的装置。
第二章：传感器与执行器1. 常见的传感器有哪些？答案：常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器、接近传感器等。
2. 常见的执行器有哪些？答案：常见的执行器包括电机、气缸、液压马达等。
3. 传感器的工作原理是什么？答案：传感器的工作原理基于物理量与电信号之间的相互转换。
常见的工作原理包括电阻、电容、电感、光电、压力等。
4. 执行器的工作原理是什么？答案：执行器的工作原理根据不同的类型而有所不同。
例如，电机的工作原理是利用电磁感应产生转矩，从而实现机械运动。
第三章：控制器1. 常见的控制器有哪些？答案：常见的控制器包括PID控制器、PLC控制器、单片机控制器等。
2. PID控制器的工作原理是什么？答案：PID控制器根据当前的误差、误差的变化率和误差的积分值，计算出控制器的输出信号。
其工作原理是通过比例、积分和微分三个部分的组合，实现对被控对象的控制。
3. PLC控制器的工作原理是什么？答案：PLC控制器通过输入模块获取外部信号，经过逻辑运算、计算和控制输出模块，实现对被控对象的控制。
机电控制工程基础 期末复习资料及参考答案)
《机电控制工程基础》课程复习资料及参考答案适用类别：电大成人脱产、成人业余一、选择题：1.作为控制系统，一般（）AA．开环不振荡 B. 闭环不振荡 C. 开环一定振荡 D. 闭环一定振荡2.当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为（）BA.最优控制B.系统辩识C.系统校正D.自适应控制3.反馈控制系统是指系统中有（）BA.惯性环节B.反馈回路C. 积分环节D. PID4.开环系统与闭环系统最本质的区别是（）AA. 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. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路5.若f=sin5(t-2)，则L [ f(t) ]=（）AA．22525ses-+B.2225sses-+C.2225sses+D.22525ses+6.L [ t2e-2t ] =（）CA.123()s-B.1a s a()+C.223()s+D.23s7.若F(s)=421s+，则Limf tt→0()=（）BA. 4B.2C. 0D. ∞8.下列函数既可用初值定理求其初始值又可用终值定理求其终值的为（）DA.5252s+B.ss216+C.12s-D.12s+9.线性系统与非线性系统的根本区别在于（）CA. 线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数B. 线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入C. 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理D. 线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少10. 某系统的微分方程为25()2()sin ()t x t x t t y t ω+⋅=，它是（ ）AA.线性时变系统B.线性定常系统C.非线性系统D.非线性时变系统 11. 某环节的传递函数为()1G s Ts =+，它是（ ）CA ．积分环节 B. 微分环节 Ｃ．一阶积分环节 D. 一阶微分环节 12. 下面因素中，与系统稳态误差无关的是（ ）DA ．系统的类型 B. 开环增益 Ｃ．输入信号 D ．开环传递函数中的时间常数 13. 系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数为（ ）DA.1051s + B. 2s C. 10251s s ()+ D. 2051s s + 14. 图示系统的传递函数为（ ） BRLC u 2u 1A.1()1L R Cs ++ B.211LCs RCs ++ C. 2()1L R Cs ++ D. 21L R Cs ++ 15. 二阶系统的极点分别为s s 12054=-=-.,，系统增益为5，则其传递函数为（ ）B A.2054(.)()s s -- B. 2054(.)()s s ++ C. 5054(.)()s s ++ D. 10054(.)()s s ++16. 二阶系统的传递函数为G(s)=341002s s ++,其无阻尼固有频率ωn 是（ ）BA. 10B. 5C. 2.5D. 2517. 已知系统的传递函数为2100(0.11)(54)s s s ++，则系统的开环增益以及型次为（ ）A A ．25，Ⅱ型 B. 100，Ⅱ型 C. 100，Ⅰ型 D. 25，0型 18. 设单位反馈系统的开环传递函数为()(1)(2)KG s s s s =++，则系统稳定时的开环增益K值的范围是（ ） DA ．0 < K< 2B ．K > 6C ．1 < K < 2D ．0 < K < 619. 利用奶奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，Z=P-N 中的Z 表示意义为（ ）DA ．开环传递函数零点在S 左半平面的个数B ．开环传递函数零点在S 右半平面的个数C ．闭环传递函数零点在S 右半平面的个数D ．闭环特征方程的根在S 右半平面的个数20. 若要增大系统的稳定裕量，又不能降低系统的响应速度和精度，通常可以采用（ ）CA ．相位滞后校正B ．提高增益C ．相位超前校正D ．顺馈校正 二、填空题：1. 已知系统的传递函数为10()(10.5)sG s s s +=+，则系统的幅频特性为。
哈工大机电系统控制第三章答案-
3—1 题图3-1所示的阻容网络中，i ()[1()1(30)](V)u t t t =--.当t =4s 时，输出o ()u t 值为多少？当t 为30s 时，输出u o （t )又约为多少？解:661(s)1111(s)1110410141o i U sCU RCs s R sC -====+⨯⨯⨯+++(4)0.632(V)o u ≈，(30)1(V)o u ≈3—2 某系统传递函数为21()56s s s s +Φ=++，试求其单位脉冲响应函数。
解：2(s)112(s)5623o i X s X s s s s +-==+++++ 其单位脉冲响应函数为23(t)(e 2e )1()t t x t δ--=-+⋅3-3 某网络如图3—3所示，当t ≤0-时，开关与触点1接触；当t ≥0+时,开关与触点2接触。
试求输出响应表达式，并画出输出响应曲线。
1V题图3-1 题图3—3解：1(s)11(s)2121()o i R U RCs s sCU RCs s R R sC++===++++01(t)1(2)1()(V)i i i u u u t =+=+-⋅1111212(s)(s)121212o i s s U U s s s ss ++-===-+++ 则21(t)(e 2)1()(V)t o u t -=-⋅1201(t)1(e 2)1()(V)o o o u u u t -=+=+-⋅其输出响应曲线如图3—3所示图3-3 题图3—43-4 题图3—4所示系统中，若忽略小的时间常数，可认为1d 0.5()d yB s x-=∆。
其中，ΔB 为阀芯位移,单位为cm ，令a =b （ΔB 在堵死油路时为零）。
(1) 试画出系统函数方块图,并求(s)(s)Y X 。
(2) 当i ()[0.51()0.51(4)1(40)]cm x t t t s t s =⨯+⨯---时,试求t =0s,4s ，8s,40s,400s 时的y （t )值，()B ∆∞为多少?(3） 试画出x （t )和y （t )的波形。
哈工大机电系统控制第三章答案
3-1 题图3-1所示的阻容网络中，i ()[1()1(30)](V)u t t t =--。
当t =4s 时，输出o ()u t 值为多少？当t 为30s 时，输出u o (t )又约为多少？解：661(s)1111(s)1110410141o i U sCU RCs s R sC -====+⨯⨯⨯+++(4)0.632(V)o u ≈，(30)1(V)o u ≈3-2 某系统传递函数为21()56s s s s +Φ=++，试求其单位脉冲响应函数。
解：2(s)112(s)5623o i X s X s s s s +-==+++++ 其单位脉冲响应函数为23(t)(e 2e )1()t t x t δ--=-+⋅3-3 某网络如图3-3所示，当t ≤0-时，开关与触点1接触；当t ≥0+时，开关与触点2接触。
试求输出响应表达式，并画出输出响应曲线。
1V题图3-1 题图3-3解：1(s)11(s)2121()o i R U RCs s sCU RCs s R R sC++===++++ 01(t)1(2)1()(V)i i i u u u t =+=+-⋅1111212(s)(s)121212o i s s U U s s s ss ++-===-+++ 则21(t)(e 2)1()(V)t o u t -=-⋅1201(t)1(e 2)1()(V)o o o u u u t -=+=+-⋅其输出响应曲线如图3-3所示图3-3 题图3-43-4 题图3-4所示系统中，若忽略小的时间常数，可认为1d 0.5()d yB s x-=∆。
其中，ΔB 为阀芯位移，单位为cm ，令a =b （ΔB 在堵死油路时为零）。
(1) 试画出系统函数方块图，并求(s)(s)Y X 。
(2) 当i ()[0.51()0.51(4)1(40)]cm x t t t s t s =⨯+⨯---时，试求t =0s,4s,8s,40s,400s 时的y (t )值，()B ∆∞为多少？ (3) 试画出x (t )和y (t )的波形。
控制工程基础第三章参考答案
第三章 习题及答案传递函数描述其特性，现在用温度计测量盛在容器内的水温。
发现需要时间才能指示出实际水温的98%的数值，试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少?解： 41min, =0.25min T T = 1111()=1-e0.1, =ln 0.9t h t t T -=-T21T22()=0.9=1-e ln 0.1t h t t T -=-，210.9ln2.20.55min 0.1r t t t T T =-===2.已知某系统的微分方程为)(3)(2)(3)(t f t f t y t y +'=+'+''，初始条件2)0( , 1)0(='=--y y ，试求：⑴系统的零输入响应y x (t )；⑵激励f (t ) (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )；⑶激励f (t ) e 3t(t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )。
解：(1) 算子方程为：)()3()()2)(1(t f p t y p p +=++)()e 25e 223()()()( )()e 21e 223()()()( )()e e 2()(2112233)( )2(;0 ,e 3e 4)( 34221e e )( 2x 2222x 212121221x t t y t y t y t t t h t y t t h p p p p p p H t t y A A A A A A A A t y t t t t t t f f t t ttεεεε------------+=+=+-==-=⇒+-+=+++=-=⇒⎩⎨⎧-==⇒⎩⎨⎧--=+=⇒+=∴* )()e4e 5()()()( )()e e ()(e )()( )3(2x 23t t y t y t y t t t h t y ttt t t f f εεε------=+=-==*3.已知某系统的微分方程为)(3)(')(2)(' 3)(" t f t f t y t y t y +=++，当激励)(t f =)(e4t tε-时，系统2的全响应)()e 61e 27e314()(42t t y t t tε-----=。
机电控制工程基础综合练习解答
数 t 和 s， F(s)称为 f(t)的象函数，而 f(t)为 F(s)的原函 数。 错误
B.
D. 0.3
，其原函数的终值
(t)为（B
a (t n )
2
B.
(s 4)2 4
D.
t
s e2s
s2 4
1 (1 es )
a s2
a 1 (1 es )
s2
）。
F (s) L[ f (t)] 1 1 。 s s2
错误
第三章 习题
一、填空
1.描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学
表达式叫做系统的数学模型。
2.在初条件为零时，输出量的拉氏变换与
输入量的拉氏变换之比称为线性系统（或元件）的传
递函数。
3.根据自动控制系统的特性方程式可以将其分为
系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统称为
系统，否则为
系统。任何一个反馈控制系统
能正常工作，系统必须是
的。
稳定 ； 不稳定 ； 稳定
二、选择
1.开环与闭环结合在一起的系统称为
。（
）
A 复合控制系统； B 开式控制系统； C 闭环控制系统；
D 连续控制系统
答：A
2.当 t 时，闭环反馈控制系统输出的实际值
控制系统形成一个闭合回路。我们把输出量直接或间
接地反馈到输入端，形成闭环,参与控制的系统，称作
闭环控制系统
8、
题图
由图中系统可知，输入量直接经过控制器作用于
被控制对象，当出现扰动时，没有人为干预，输出量
按照输入量所期望的状态去工作，图中系统是一个
控制系统。
1、 不能
哈工大学电力电子习题集3
文件: 电力电子技术16.11
电力电子技术
直流－直流变换器(8)
第3章 习题（2）
第2部分：简答题 5. 桥式可逆斩波电路如题图3－4所示， 电机为正向电动状态。
题图3－4 当电机处于低速轻载运行状态（即负载 电流较小且正负交变），完成下题： （1）采用双极型控制方式时，画出V1 ～V4驱动信号的波形，负载上电压和电流 的波形；并在此基础上结合电流波形说明 在一个周期内的不同区段上负载电流的路 径以及在该区段内电机的工作状态。
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术16.19
电力电子技术
直流－直流变换器(8)
第3章 习题（3）
第2部分：简答题 1. 画出隔离型Buck变换器的电路结构并简述其工作原理。（略） 2. 隔离型Buck变换器在正常工作时为什么要设定最大占空比？ 解：为了防止变压器磁通饱和。 3. 画出隔离型Buck-Boost变换器的电路结构并简述其工作原理。（略） 4. 为什么反激式变换器不能在空载下工作？ 答：在负载为零的极端情况下，由于T导通时储存在变压器电感中的磁能 无处消耗，故输出电压将越来越高，损坏电路元件，所以反激式变换器不 能在空载下工作。
电力电子技术
第16讲
3 直流－直流变换器（8）
直流－直流变换器(8)
本讲是的习题课，讲解第3章所布置的习题。
第3章 习题（1）
第1部分：填空题 1.直流斩波电路完成的是直流到另一固定电压或可调电压的直流电的变换。 2.直流斩波电路中最基本的两种电路是降压斩波电路和升压斩波 电路。 3.斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合型。 ，其中最常用的控制方式是：脉冲宽度调制。 4.脉冲宽度调制的方法是： 周期 不变，导通 时间变化，即通过导通占空比 的改变来改变变压比，控制输出电压。 5.脉冲频率调制的方法是:导通时间不变，周期变化，导通比也能发生变化 ，从而达到改变输出电压的目的。该方法的缺点是：导通占空比的变化范围 有限。输出电压、输出电流中的谐波频率不固定，不利于滤波器的设计 。 6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 连续 。 7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L储能使电压泵升，电容C可将输出 电压保持住 。 8.升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动和单相功率因数校正等。 9.升降压斩波电路和Cuk斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占 空比为1/2<α <1；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为0<α <1/2。
机电控制工程基础作业答案-2
机电控制工程基础第2次作业第3章一、简答1. 单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是什么？ 单位斜坡函数的拉氏变换结果是什么？单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果：X r (s)=L[1(t)]=1/s单位斜坡函数的拉氏变换结果：X r (s)=L[At]=A/s 22．什么是极点和零点？如果罗朗级数中有有限多个0z z -的负幂项，且m z z --)(0为最高负幂称0z 是f(z)的m级极点。
)()()(0z z z z f m ϕ--=其中)(z ϕ在0z 解析且)(z ϕ不等于0，0z 是f(z)的m 级零点。
3. 某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线有什么特点？该系统的单位阶跃响应曲线动态过程呈现非周期性，没有超调和振荡4．什么叫做二阶系统的临界阻尼？画图说明临界阻尼条件下二阶系统的输出曲线。
当ζ=1时是二阶系统的临界阻尼5．动态性能指标通常有哪几项？如何理解这些指标？延迟时间d t 阶跃响应第一次达到终值)(∞h 的50％所需的时间。
上升时间r t 阶跃响应从终值的10％上升到终值的90％所需的时间；对有振荡的系统，也可定义为从0到第一次达到终值所需的时间。
峰值时间p t 阶跃响应越过稳态值)(∞h 达到第一个峰值所需的时间。
调节时间s t 阶跃响到达并保持在终值)(∞h 5±％误差带内所需的最短时间；有时也用终值的2±％误差带来定义调节时间。
超调量σ％ 峰值)(p t h 超出终值)(∞h 的百分比，即σ％100)()()(⨯∞∞-=h h t h p ％6．劳斯稳定判据能判断什么系统的稳定性？能够判定一个多项式方程在复平面内的稳定性。
7．一阶系统的阶跃响应有什么特点？当时间t 满足什么条件时响应值与稳态值之间的误差将小于5～2%。
？一阶系统的单位阶跃响应曲线是一条由零开始，按指数规律上升并最终趋于1的曲线，响应曲线具有非振荡特征，故又称为非周期响应。
哈工大机电系统控制实验报告
-姓名：晓睿学号：1120830122 课程名称：机电系统控制基础实验实验序号：二实验日期：2014.12.1实验室名称：机电系统控制基础实验室同组人：也琪任智星实验成绩：总成绩：教师评语：教师签字：年月日一实验目的熟悉直流伺服电动机角位置控制系统的组成及各环节工作原理，包括：电动机参数、增量式码盘精度、机械负载惯量、信号采样频率、死区、控制方法等与角位置伺服系统控制性能指标的关系，针对该典型机电对象或系统，掌握输入信号的设置与离散方法，输出信号的采集与归一化方法，通过速度阶跃响应进行系统参数辨识，通过扫频法，测试系统的频域特性的相位特性和幅频特性曲线，分析系统的稳定性、快速性并掌握系统PID 控制的离散方法，主要目的是培养学生进行基本性能实验和综合设计实验的能力。
1、掌握各环节的设计方法；2、掌握机电系统基本调试方法；3、通过扫频法，绘出系统的对数频率特性曲线，从实验数据曲线上，分析系统的稳定性、稳定裕度、快速性、频带宽、校正环节的形式与基本离散化方法。
二实验要求1. 绘制同一频率输入/输出信号的时域曲线；2. 绘出系统已知频率点的幅值和相角，并用折线作为渐近线逼近幅频特性曲线，给出开环剪切频率；c3. 给出系统的开环增益K 和系统开环传递函数，各惯性环节的时间常数。
4. 给出控制系统的simulink 实现图，通过改变开环增益K ，用示波器观察系统输出。
三实验数据不同频率的输入和输出信号幅值关系不同频率的输入和输出信号相位差1. 绘制同一频率输入/输出信号的时域曲线7HZ输入信号时域曲线7HZ输出信号时域曲线输入/输出信号的不同和相同之处：相同：输入为正弦，则输出也为正弦不同：输入和输出的幅值和频率都不一样，而且输入是稳定的，输出有零漂2. 绘出系统已知频率点的幅值和相角，并用折线作为渐近线逼近幅频特性曲线，给出开环剪切频率ωc；绘出系统幅频特性曲线根据在表2.1 中获得实验数据，绘出系统幅频特性曲线，并用折线作为渐近线逼近幅频特性曲线。
哈工大机电系统控制第三章答案-汇编
3-1 题图3-1所示的阻容网络中，i ()[1()1(30)](V)u t t t =--。
当t =4s 时，输出o ()u t 值为多少？当t 为30s 时，输出u o (t )又约为多少？解：661(s)1111(s)1110410141o i U sCU RCs s R sC -====+⨯⨯⨯+++(4)0.632(V)o u ≈，(30)1(V)o u ≈3-2 某系统传递函数为21()56s s s s +Φ=++，试求其单位脉冲响应函数。
解：2(s)112(s)5623o i X s X s s s s +-==+++++ 其单位脉冲响应函数为23(t)(e 2e )1()t t x t δ--=-+⋅3-3 某网络如图3-3所示，当t ≤0-时，开关与触点1接触；当t ≥0+时，开关与触点2接触。
试求输出响应表达式，并画出输出响应曲线。
1V题图3-1 题图3-3解：1(s)11(s)2121()o i R U RCs s sCU RCs s R R sC++===++++ 01(t)1(2)1()(V)i i i u u u t =+=+-⋅1111212(s)(s)121212o i s s U U s s s ss ++-===-+++ 则21(t)(e 2)1()(V)t o u t -=-⋅1201(t)1(e 2)1()(V)o o o u u u t -=+=+-⋅其输出响应曲线如图3-3所示图3-3 题图3-43-4 题图3-4所示系统中，若忽略小的时间常数，可认为1d 0.5()d yB s x-=∆。
其中，ΔB 为阀芯位移，单位为cm ，令a =b （ΔB 在堵死油路时为零）。
(1) 试画出系统函数方块图，并求(s)(s)Y X 。
(2) 当i ()[0.51()0.51(4)1(40)]cm x t t t s t s =⨯+⨯---时，试求t =0s,4s,8s,40s,400s 时的y (t )值，()B ∆∞为多少？ (3) 试画出x (t )和y (t )的波形。
《控制工程基础》第三章习题解题过程和参考答案 (2)
以下求各指标：
由 ，其中 ，
故：
（也可查图3-16而得）
（2）由式（3-46），单位脉冲响应：
代入各参数：
3-7某二阶系统的结构框图如题3-7图所示，试画出 ， 和 时的单位阶跃响应曲线。
题3-7图控制系统框图
解：
系统闭环传递函数为：
系统的参数为： 。
(1)
此时， ，为欠阻尼，可求得：
(2)
此时，由 ，可知 ，仍为欠阻尼。由于阻尼比增大，因此超调量减小。
而调节时间 ，所以：
由此得联立方程：
解得：
3-10典型二阶系统的单位阶跃响应为
试求系统的最大超调 、峰值时间 、调节时间 。
解：
由式（3-46），典型二阶系统的单位阶跃响应表达式为：
，其中
将上式与给定响应式比较，可计算系统的二个参数 。
由 ，求得阻尼比：
或者也可这样求：
由 ，求得阻尼比：
由 ，得
二个参数求出后，求各指标就很方便了。
综合有：
开环增益K在上述范围内，则闭环系统不但稳定，且所有闭环极点的实部均小于-1。
3-19已知单位反馈系统的开环传递函数为
试根据下述条件确定 的取值范围。
（1）使闭环系统稳定；
（2）当 时，其稳态误差 。
解：
（1）关于闭环稳定性
求解本题当然可以用普通方法，如在习题3-12至3-18中所应用的。
但我们换一种思路，设计利用一些规律性的结果。在习题3-17中已经求出，对于单位反馈系统若具有下列形式的开环传递函数：
①特征方程的系数均大于0且无缺项。
②列劳斯表如下
1
10
21
10
10
结论：劳斯表第—列均为正值，系统闭环稳定。
机电传动控制基础课后题答案通用课件
。
02 机电传动控制系统的基本 组成
电机与驱动器
总结词
电机是机电传动控制系统中的核心部件 ，驱动器则是实现电机运动控制的重要 装置。
VS
详细描述
电机作为机械能和电能相互转换的装置， 在机电传动控制系统中起着核心作用。根 据应用需求，电机可分为直流电机、交流 电机、步进电机等类型。驱动器则是实现 电机运动控制的重要装置，包括电源、控 制器、传感器等部分，可根据不同的电机 类型和控制系统需求进行选择和配置。
03 机电传动控制系统的设计
机械系统设计
总结词
优化性能、降低噪音、提高效率
详细描述
在机械系统设计中，应考虑优化性能，包括提高传动比、降低摩擦和磨损等。 同时，需要注意降低噪音和振动，提高整个系统的效率和使用寿命。
电路系统设计
总结词
稳定可靠、高效快速、安全节能
详细描述
电路系统设计需要关注稳定可靠、高效快速和安全节能等方面。为了实现这些目 标，需要选择合适的电子元件、合理设计电路结构和考虑电源稳定性。
测量误差大
检查测量设备是否正确连接，如果需要，可 以更换测量设备。
系统振荡
调整控制器的振荡抑制参数，如果需要，可 以改变控制策略。
05 机电传动控制系统的应用 实例
工业机器人控制系统
总结词
精准、高效、稳定
详细描述
工业机器人控制系统是现代工业生产中的重要组成部分，通过机电传动控制系统实现对工业机器人的 精准控制，提高生产效率和产品质量。
控制程序设计
总结词
智能控制、远程监控、故障诊断
详细描述
控制程序设计应实现智能控制，根据输入的指令和传感器的反馈数据进行相应的动作。同时，需要支持远程监控 功能，以便对系统进行实时调整和故障诊断。
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第3章习题课答案
3-1 设单位反馈系统的开环传递函数为4
()(s 5)
G s s =+，试求该系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应。
解：系统闭环传递函数为
24
(s)44(s 5)
4(s)54(s 1)(s 4)
1(s 5)
o i X s X s s s +===++++++ (1)当()1()i x t t =时，1()i X s s
=
41
()411
33()()()(4)(1)14
o o i i X s X s X s X s s s s s s s ===-+++++g
则 441()1()1()1()33
t t
o
x t t e t e t --=-⋅+⋅ (2)当()()i x t t δ=时，()1i X s =
44(s)4
33(s)(s)1(s)(s 4)(s 1)14
o o i i X X X X s s ==⨯=-++++
则 44()()1()3
t
t o x t e e t --=
-⋅
3-2 系统结构图如图3-70所示。
已知系统单位阶跃响应的超调量σ%3.16=%，峰值时间
1=p t s 。
(1)求系统的开环传递函数)(s G ； (2)求系统的闭环传递函数)(s Φ；
(3)根据已知的性能指标σ%、p t 确定系统参数K 及τ； (4)计算等速输入s t t r )(5.1)(︒=时系统的稳态误差。
解 （1） )110(10)
1(101)1(10
)(++=++
+=ττs s K s s s s s K s G
（2） 2
2
22210)110(10)(1)()(n
n
n s s K s s K
s G s G s ωξωωτ++=+++=+=Φ （3）由 ⎪⎩
⎪⎨⎧=-===--113.16212ξωπσςξπn p o
o
o
o t e 联立解出
⎪⎩⎪⎨⎧===263
.063
.35
.0τωξn
由（2） 18.1363.31022
===n K ω，得出
318.1=K 。
（4） 63.31263.01018
.1311010)(lim 0=+⨯=+=
=→τK s sG K s v 413.063
.35
.1===v ss K A e
3-3 设图（a ）所示系统的单位阶跃响应如图（b ）所示。
试确定系统参数,1K 2K 和a 。
解 由系统阶跃响应曲线有
⎪⎩⎪
⎨⎧=-===∞o
o o o
p t h 3.333)34(1.03)(σ
系统闭环传递函数为
2
2
2
2122
12)(n
n n s s K K as s K K s ωξωω++=++=Φ （1） 由 ⎪⎩⎪⎨⎧
===-=--o o o o n p e
t 3.331.012
12
ξξπσωξπ 联立求解得 ⎩⎨
⎧==28.3333.0n ωξ 由式（1）⎩⎨⎧====22
21108
2
1n n a K ξωω
另外 3lim 1
)(lim )(21
22100
==++=⋅
Φ=∞→→K K as s K K s s s h s s 5.21
)(lim )(0
=⋅
Φ=∞→s
s s h s
第4章习题
4-1设单位反馈控制系统的开环传递函数为1
10
)(+=s s G K ，当系统作用以下输入信号时，试求系统的稳态输出。
(1) )30sin()(0
+=t t x i
解：系统的闭环传递函数为：11
10
)(1)()(+=+=
s s G s G s G K K B
11
arctan 2121101110)(ω
ω
ωωj B e
j j G -⋅+=+=。
此题中，1=ω，得频率特性为： 02.5122
10
1110)(j B e j j G -⋅=+=ω，由此得：
4-2 绘出开环传递函数为)
105.0)(1()
2(5)(+++=
s s s s s G 的系统开环对数频率特性。
解：将)(s G 中的各因式换成典型环节的标准形式，即
)
105.0)(1()
15.0(10)(+++=
s s s s s G
如果直接绘制系统开环对数幅频特性渐近线，其步骤如下： (1)转折频率1ω＝1，2ω＝2，3ω＝20。
(2)在ω＝l 处，dB K L 2010lg 20lg 20)(1====ωω。
(3)因第一个转折频率1ω＝1，所以过(1ω＝1，dB L 20)(=ω)点向左作一20dB ／dec 斜率的直线，再向右作一40dB ／dec 斜率的直线交至频率2ω＝2时转为一20dB ／dec ，当交至3ω＝20时再转为一40dB ／dec 斜率的直线，即得开环对数幅频特性渐近线，如图5—47所示。
)8.24sin(905.0)2.530sin(122
10
)(0001+=-+=
t t t x oss
图5—47 例5—10系统开环对数频率特性
系统开环对数相频特性：
ωωωωϕ05.05.090)(1110----+--=tg tg tg
对于相频特性，除了解它的大致趋向外，最感兴趣的是剪切频率c ω时的相角，而不是整个相频曲线，本例中5==c ωω时的相角为
011105.114505.055.0590)(-=⨯-⨯+--=---tg tg tg c ωϕ
4-3 试确定下列系统的谐振峰值、谐振频率：2
X ()5=
X ()
25
O i j j j j ωωωω++ 解：2
2
22()5(5)1()()2()5()5(5)5
o i X j X j j j j ωωωωωω==++++ 则5,5
n ωξ==
2
2 1.2511
212
1()55
r M ξξ
=
==--
22
112512(
) 1.73rad/s 5
r ωωξ=-=-= 4-4 根据下列给定的最小相位系统对数幅频特性曲线图写出相应的传递函数。
解：4-5(a)
（1）求结构
从图中看出，低频段斜率为0，是0型系统，由渐近线的斜率变化： 第1个转折频率处斜率变化20/dB dec -，是一阶惯性环节； 第2个转折频率处斜率变化也是20/dB dec -，也是一阶惯性环节； 因此传递函数结构为
12()(1)(1)
K
G s T s T s =
++
（2）求参数
从图中看出，低频段与零分贝线水平重合，因此
1K =
对第1个一阶惯性环节，转折频率11ω=，则：
11
1
1T ω=
=
对第2个一阶惯性环节，转折频率24ω=，则：
22
1
1
0.254
T ω=
=
= 综合得：
()(1)(0.251)
K
G s s s =
++
解：
4-5(b)
（1）求结构
从图中看出，低频段斜率为20/dB dec -，是1型系统，由渐近线的斜率变化： 第1个转折频率处斜率变化20/dB dec -，是一阶惯性环节； 第2个转折频率处斜率变化也是20/dB dec -，也是一阶惯性环节； 因此传递函数结构为
12()(1)(1)
K
G s s T s T s =
++
（2）求参数
从图中看出，低频段延长线与零分贝线交点频率：0100ω=，因为是1型系统，由式(4-67)
100K =
对第1个一阶惯性环节，转折频率10.01ω=，则：
11
1
1
1000.01T ω=
=
= 对第2个一阶惯性环节，转折频率2100ω=，则：
22
1
1
0.01100
T ω=
=
= 综合得：
12100
()(1)(1)(1001)(0.011)
K G s s T s T s s s s =
=++++
4-6 已知某二阶反馈控制系统的最大超调量为25%，试求相应的阻尼比和谐振峰值。
解：已知2
10.25p M e ξ-==
解得0.4ξ=
则2
2
1.362120.410.4
r M ξξ
=
=
=-⨯-。