《机械工程控制基础》课后答案.pdf
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机械工程控制基础2-13 A ）（1)（2）（3)(4)（5）(6)(7)D ）2—17 组合机床动力滑台铣平面时,当切削力F i (t ）变化时，滑台可能产生振动，从而降低被加工工件的切削表面质量。
可将动力滑台连同铣刀抽象成为如图示质量－弹簧阻尼系统的力学模型。
其中，m 为受控质量，K 1、K 2分别为铣刀系和工件的弹性刚度,f 为阻尼系数，为输出位移.试建立数学模型。
解:对质量块m 有力平衡方程：拉氏变换并消去x 有:o i U Ri dt diLU ++=⎰⋅=dt i C Uo 1)()()()(0s U s RI s LSI s U i ++=)(1)(0s I Cs s U =⇒)()(0s CSU s I =)()()()(00s U s CSU R LS s U i ++=11)()(2++=RCS LCS s U s U i o 2121212010********1202222022*********00101)()()()()()()()()()()()()()()()()(1)(1)()()()()()(R R S L C R R CLS R R LS s U s U R s U R LS s U s CSU R U U s I s I s I i i i R LS s U s I s I R s LSI s U i R dt di L U s CSU s I s I CS s U dt i c U R s U s U s I s U s I R s U U i R U i i i i i+++++=+++=-⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+=⇒+=+=⇒+=⇒+==⇒=⇒=-=⇒+=⇒+=⎰)(0t x ))()(()()(02001t x t x k t fx t x k -=+)())()((02t F xM t x t x k i =+- 1R2—21试求下列系统的传递函数 b ）对A 点列力平衡方程对B 点列力平衡方程对其进行拉氏变换并消去x2—27如图所示系统，试求（1）以R(s)为输入,分别以C （s)、Y(s ）、B(s ）、E （s)为输出的传递函数； （2）以N(s)为输入，分别以C （s)、Y （s ）、B （s)、E （s)为输出的传递函数。
《机械工程控制基础》课后答案
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传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。
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。
煤炭给定的温度100 C手和锹眼睛实际的炉水温度比较图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。
《机械工程控制基础》课后题答案解析
机械工程控制基础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传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。
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。
煤炭给定的温度100 C手和锹眼睛实际的炉水温度比较图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。
机械工程控制基础简答题答案（1）[1]
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机械⼯程控制基础简答题答案（1）[1]1.何谓控制系统，开环系统与闭环系统有哪些区别？答：控制系统是指系统的输出，能按照要求的参考输⼊或控制输⼊进⾏调节的。
开环系统构造简单，不存在不稳定问题、输出量不⽤测量；闭环系统有反馈、控制精度⾼、结构复杂、设计时需要校核稳定性。
2.什么叫相位裕量？什么叫幅值裕量？答：相位裕量是指在乃奎斯特图上，从原点到乃奎斯特图与单位圆的交点连⼀直线，该直线与负实轴的夹⾓。
幅值裕量是指在乃奎斯特图上，乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数。
3.试写出PID控制器的传递函数？答：G C(s)=K P+K Ds+K I/s4,什么叫校正（或补偿）？答：所谓校正（或称补偿），就是指在系统中增加新的环节或改变某些参数，以改善系统性能的⽅法。
5.请简述顺馈校正的特点答：顺馈校正的特点是在⼲扰引起误差之前就对它进⾏近似补偿，以便及时消除⼲扰的影响。
6.传函的主要特点有哪些？答：（1）传递函数反映系统本⾝的动态特性，只与本⾝参数和结构有关，与外界输⼊⽆关；（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶数必不少于分⼦中s的阶数；（3）传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理结构系统，只要他们的动态特性相同，其传递函数相同。
7.设系统的特征⽅程式为4s4+6s3+5s2+3s+6=0，试判断系统系统的稳定性。
答：各项系数为正，且不为零，满⾜稳定的必要条件。
列出劳斯数列：s4 4s3 6 3s2 3 6s1 -25/3s0 6所以第⼀列有符号变化，该系统不稳定。
8.机械控制⼯程主要研究并解决的问题是什么？答：（1）当系统已定，并且输⼊知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本⾝的有关问题，即系统分析。
（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输⼊应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。
（3）当输⼊已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出⾦肯符合给定的最佳要求，此即最优设计。
《机械工程控制基础》_李连进(习题解答)
G1G2G3
R(s)
1 G1G2H 1 G2G3 H2 G1G2G3
第 3 章 习题参考答案 3.1 略 3.2 tr，tp，td，ts 反映系统的快速性，即灵敏度，Mp 反映系统的相对稳定性。 3.3 T=4 3.4 T=0.256min；2.56℃
3.5（1）根据系统闭环传递函数标准形式可得：固有频率 n 2 ，阻尼比 1/ 2n 0.25 。
（2） c2 7.4s 1 ， 2 28.63
8.6
Gc (s)
1.25s 125s
1 1
，
c
பைடு நூலகம்
2
0.4s 1 ， 2
41.14
8.7
Gc (s)
s 1 s 5.7
8.8
Gc (s)
(0.14s 1)(0.1s 1) (s 1)( 1 s 1)
上升时间 tr 0.61s 、调整时间 ts 0.89s(2%) 、ts 0.70s(5%) ，最大超调量 M p 0.028 和
峰值时间 t p 0.79s
600 3.8 （1） s2 70s 600 3.9 （1） 0.952(1- e-105t )
（2） n 24.5rad / s ， 1.43 （2） 0.615(1- e-13t ) （3） 0.714(1- e-3.5t )
（2）根据最大超调量公式确定，计算出最大超调量 M p 0.47 。
调整时间 ts
3 n
6s
（允许误差为
5%）。
（3）开环放大倍数 K (1/ 2 )2 0.5 。
3.6 单位阶跃响应函数为：
机械控制工程基础课后答案
机械控制工程基础课后答案(廉自生)(同名43)(总34页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--2-1什么是线性系统其最重要特性是什么答：如果系统的数学模型是线性的，这种系统就叫做线性系统。
线性系统最重要的特性，是适用于叠加原理。
叠加原理说明，两个不同的作用函数（输入），同时作用于系统所产生的响应（输出），等于两个作用函数单独作用的响应之和因此，线性系统对几个输入量同时作用而产生的响应，可以一个一个地处理，然后对它们的响应结果进行叠加。
2-2 分别求出图（题2-2）所示各系统的微分方程。
)()(t f t y km(a ))(t y )(t f 21k k m(b )c c 12m x x i o(c )1k 2k oix x c(d )ioc(e )解：)(a )()()(t f t ky t y m =+ )(b )()()()(21t f t y k k t y m =++⋅⋅⋅⋅+=-02010))((x c x m c x xc i 212110)()()()(K K s K K c csK s X s X d i ++= 02010)())((x K c x xK x x e i i =-+-⋅⋅2-3 求图（题2-3）所示的传递函数，并写出两系统的无阻尼固有频率nω及阻尼比ξ的表达式。
x ix ockm(a )Cu u oiLR(b )解：图)(a 有：mk s m c s m k s G ++=2)( m kn =ω mk C 2=ξ图)(b 有：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=++=⎰⎰idt C V idt C R L V i i i 110∴ LCs L R s LC s G 11)(2++=LC n 1=ω L C R 2=ξ 2-4 求图（题2-4）所示机械系统的传递函数。
图中M 为输入转矩，m C 为圆周阻尼，J 为转动惯量。
（应注意消去θθ ,及θ） x题2-4解：由已知可知输入量M 与输出量θ之间的关系为：M k C J m =++θθθ经拉氏变换后为：)()()(2s M k s s C s Js m =++θθθ∴ 222222/11)()()(nn n m m s Jk s J C s J k s C Js s M s s G ωξωωθ++=++=++==其中，J kn =ω JkC m 2=ξ2-5 已知滑阀节流口流量方程式为)/2(v ρωp x c Q =，式中，Q 为通过节流阀流口的流量；p 为节流阀流口的前后油压差；v x 为节流阀的位移量；c 为流量系数；ω为节流口面积梯度；ρ为油密度。
机械控制工程基础课后答案-董玉红、徐莉萍主编
1-1 机械工程控制论的研究对象与任务是什么?解机械工程控制论实质上是研究机械一r_程技术中广义系统的动力学问题。
具体地讲，机械工程控制论是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历的由内部的固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出二者之间的动态关系。
机械工程控制论的任务可以分为以下五个方面:(1) 当已知系统和输人时，求出系统的输出(响应)，即系统分析。
(2) 当已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制。
(3) 当已知输入和理想输出，设计系统，即最优设计。
(4) 当系统的输人和输出己知，求系统的结构与参数，即系统辨识。
(5) 输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测。
1.2 什么是反馈?什么是外反馈和内反馈? 所谓反馈是指将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输人信号共同作用于系统的过程，称为反馈或信息反馈。
所谓外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈，构成一个自动控制系统。
所谓内反馈是指许多机械系统或过程中存在的相互藕合作用，形成非人为的“内在” 反馈，从而构成一个闭环系统。
1.3 反馈控制的概念是什么?为什么要进行反馈控制? 所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。
在实际中，控制系统可能会受到各种无法预计的干扰。
为了提高控制系统的精度，增强系统抗干扰能力，人们必须利用反馈原理对系统进行控制，以实现控制系统的任务。
1.4 闭环控制系统的基本工作原理是什么?闭环控制系统的基本工作原理如下:(1) 检测被控制量或输出量的实际值;(2) 将实际值与给定值进行比较得出偏差值;(3) 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。
这种基于反馈原理，通过检测偏差再纠正偏差的系统称为闭环控制系统。
通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三个基本功能。
1.5 对控制系统的基本要求是什么?对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性。
机械工程控制基础课后题答案 zyy
s
Y1 s X s
1
G
1 s G 2 s H s G 1 s G 1 G 1 s G 2 s H s
2 s
B X
s s
1
G 1 s G 2 s H s G 1 s G 2 s H s
E s
1
X s 1 G 1 s G 2 s H s
• (2) 以N(s)为输入时：
Y N
同理， F2(t)到xຫໍສະໝຸດ (t)的传递函数：F x 1 2 s s m 1 m 2 s 4 f m 1 m 2 s 3 m 1 k f 2 m s 2 k 1 s 2 f k 1 k 2 s k 1 k 2
• 2-3 试求图2-37所示无源网络传递函数。
i1(t)
s s
1
G
G 2s 1 s G 2 s H
s
Y 1 s N s
G 1 s G 2 s H s 1 G 1 s G 2 s H s
B N
s s
1
G 2s H s G 1 s G 2 s H
s
E N
s s
1
G
G 2s H s 1 s G 2 s H
s
• 2-9 化简如图2-40所示各系统方块图，并求其传递函 数。
机械工程控制基础 课后题答案
• 2-1 试求如图2-35所示机械系统的作用力F(t)与 位移y(t)之间的微分方程和传递函数。
a F(t)
k b
m y(t)
f
图 2-35 题2-1图
解：设b端对杠杆的力为Fb，则：
mdd2y2ttF tfd adytF tbkytbFb
整理得：
d2yt
m dt2
最终版《机械工程控制基础》课后答案.doc
第三节电气系统的数学模型
1.阻容感网络系统
图20
由基尔霍夫第一定律（封闭系统）
Ui(t)-UR(t)-Uc(t)-UL(t)=0
Ui(t)-Ri(t)- -L =0
=L +R + 二阶微分方程
2．放大器网络系统
图21
1）比例运算放大器
由 ij(t)=0
i1(t)=i2(t)+i3(t)
3．斜坡函数（恒速信号）
x(t)=At t≥0
x(t)=0 t＜0
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
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）
当xi(t)为任意函数时，可划分为n个具有强度Aj的脉冲函数的叠加，即
图25-2
图25-3
Xi（t）=
其中Aj=xi（jδt）. Δt =面积=强度
在某一个脉冲函数Ajδ(t-jδt)作用下，响应为Ajh(t-jδt)。
系统有n个脉冲函数，则响应为：
xo(t)= =
当n 时， ，nδt ，j. δt=τ，δt=dτ
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
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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 传递函数
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
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
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。
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
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(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
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。
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
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
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。