《机械工程控制基础》课后答案.pdf

X(t)=0
其它
X(t)
一 AT
0
t
图8
脉冲函数的强度为 A，即图形面积。 单位脉冲函数（δ 函数）定义为 δ(t)= d 1(t)
dt
性质有: δ(t)=0 t≠0
δ(t)=∞ t＝0
且
(t)dt = 1
−
5
X(t)
δ(t)
0
t
图9
强度为 A 的脉冲函数 x(t)也可写为 x(
t)=Aδ(t) 必须指出，脉冲函数 δ(t)在现实中是不存在的，它只有数学上的意
第二节 拉普拉斯变换
第三节 拉普拉斯变换的基本定理
第四节 拉普拉斯逆变换
第四章 wenku.baidu.com递函数
第一节 传递函数的概念与性质
第二节 线性控制系统的典型环节
第三节 系统框图及其运算
第四节 多变量系统的传递函数
第五章 时间响应分析
第一节 概述
第二节 单位脉冲输入的时间响应
第三节 单位阶跃输入的时间响应
第四节 高阶系统时间响应
第六章
频率响应分析
第一节 谐和输入系统的定态响应
第二节 频率特性极坐标图
第三节 频率特性的对数坐标图
第四节 由频率特性的实验曲线求系统传递函数
第七章
控制系统的稳定性
第一节 稳定性概念
第二节 劳斯判据
第三节 乃奎斯特判据
第四节 对数坐标图的稳定性判据
第八章
控制系统的偏差
第一节 控制系统的偏差概念
1
第二节 输入引起的定态偏差 第三节 输入引起的动态偏差 第九章 控制系统的设计和校正 第一节 综述 第二节 希望对数幅频特性曲线的绘制 第三节 校正方法与校正环节 第四节 控制系统的增益调整 第五节 控制系统的串联校正 第六节 控制系统的局部反馈校正 第七节 控制系统的顺馈校正
二．控制系统的组成 1．给定环节：给出输入信号，确定被控制量的目标值。 2．比较环节：将控制信号与反馈信号进行比较，得出偏差值。 3．放大环节：将偏差信号放大并进行必要的能量转换。 4．执行环节：各种各类。 5．被控对象：机器、设备、过程。 6．测量环节：测量被控信号并产生反馈信号。 7．校正环节：改善性能的特定环节。
义，但它又是很重要的很有效的数学工具。
3．斜坡函数（恒速信号）
x(t)=At t≥0
x(t)=0
t＜0
X(t)
0
t
图 10
在研究飞机系统时，常用恒速信号作为外作用来评价过渡过程。
4．恒加速信号
x(t)=At2/2
t≥0
x(t)=0
t＜0
X(t)
0
t
图 11
在研究卫星、航天技术的系统时，常用恒加速信号作为外作用来
评价过渡过程。
5．正弦函数（谐波函数、谐和信号）
x(t)=xm.sin(ωt+φ) t≥0
x(t)=0
t＜0
-
6
X(t)
Xm
0
t
一 φ 2πT
T
6．延时函数（信号）
f(t)=x(t-τ)
t≥τ
f(t)=0
t＜0
图 12
f(t) X(t)
X(t-τ)
0
t
τ
图 13
7．随机信号（使用白噪声信号代替） 第四节 控制理论的研究内容和方法 一．经典控制理论 1．主要内容： 分析——掌握系统的特性，进行系统性能的改善； 实验——对系统特性和改善措施进行测试； 综合——按照给定的静态、动态指标设计系统。 2．方法 时域法——以典型信号输入，分析输出量随时间变化的情况； 频域法——以谐和信号输入，分析输出量随频率变化的情况； 根轨迹法——根据系统的特征方程式的根，随系统参数的变化规律
三．控制系统特点与要求 1．目的：使被控对象的某一或某些物理量按预期的规律变化。 2．过程：即“测量——对比——补偿”。
或“检测偏差——纠正偏差”。 3．基本要求：稳定性 系统必须是稳定的，不能震荡；
快速性 接近目标的快慢程度，过渡过程要小； 准确性 第二节 控制系统的基本类型 1．开环变量控制系统（仅有前向通道）
X i(t)
控制元件
被控对象
X 0 (t)
图6
2．闭环变量控制系统
X X i(t)
控制元件
被控对象
X 0 (t)
反馈环节
开环系统：优点：结构简单、稳定性能好； 缺点：不能纠偏，精度低。
闭环系统：与上相反。
4
第三节 典型控制信号 输入信号是多种多样的，为了对各种控制系统的性能进行统一的 评价，通常选定几种外作用形式作为典型外作用信号，并提出统一的 性能指标，作为评价标准。 1．阶跃信号 x(t)= 0 t＜0
第一章 自动控制系统的基本原理 定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物 理量准确地按照预期的规律运行。 第一节 控制系统的工作原理和基本要求 一、 控制系统举例与结构方框图 例1． 一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为 100C°,利用 表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。
控制器 水
浮子
箱体
希望的液位高度
控制器
图3
气动阀门
水箱
希望的液位高度
头脑
浮子
图4
手和阀门
水箱
眼睛
图5
3
实际的液位高度 实际的液位高度
结构方块图说明： 1.信号线：带有箭头的直线（可标时间或象函数）U(t),U(s)； 2.引用线：表示信号引出或测量的位置； 3．比较点：对两个以上的同性质信号的加减运算环节； 4．方 框：代表系统中的元件或环节。 方块图中要注明元件或环节的名称，函数框图要写明函数表达式。
图1 人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比 较，利用手和锹上煤炭助燃。
2
100 0C 给定的温度
比较
手和锹
煤炭
实际的炉水温度
眼睛
图2
例2． 图示为液面高度控制系统原理图。试画出控制系统方块图 和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。
解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液 面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正， 可保持液面高度稳定。
X(t)=A t≥0
X i(t)
A
0
t
图7
当 A=1 时，称为单位阶跃信号，写为 1（t）。
阶跃信号是一种对系统工作最不利的外作用形式。例如，电源突
然跳动，负载突然增加等。因此，在研究过渡过程性能时通常都选择
阶跃函数为典型外作用，相应的过渡过程称为阶跃响应。
2．脉冲函数
数学表达式 x(t)=A/T 0≤t≤T
目录
第一章 自动控制系统的基本原理
第一节 控制系统的工作原理和基本要求
第二节 控制系统的基本类型
第三节 典型控制信号
第四节 控制理论的内容和方法
第二章 控制系统的数学模型
第一节 机械系统的数学模型
第二节 液压系统的数学模型
第三节 电气系统的数学模型
第四节 线性控制系统的卷积关系式
第三章 拉氏变换
第一节 傅氏变换