机械控制工程基础期末试卷_答案2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 -（5分）
2． 求
1
3[
](1)(2)
s
s s -++（5分）
R
u 0
u i
L C u 0
u i
(a)
(b)
(c)
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n ω、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ss e
（5分）。
1.0
x 0
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0u 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
四、求拉氏变换与反变换
3． 求[0.5]t
te - 解答：
2
112(1)s s -- 4． 求
1
3[
](1)(2)
s
s s -++
R
u 0
u i
L C u 0
u i C
u 0
u i
R (a)
(b)
(c)
22002211()1
i
i u dt u u RC
d u du d u dt RC dt dt
RCs
G s RCs +=+==
+⎰
解答：=t
236t e te ---+
六、 化简框图，并求出闭环传递函数
图4
解：
七、图示机械系统由质量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(a)中)(t x o 是输出位移。当外力)(t f 施加3牛顿阶跃力后，记录仪上记录质量m 物体的时间响应曲线如（b ）图所示。试求：
1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(4分)
2）该系统的弹簧刚度质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度k ；（3分）
3）时间响应性能指标：上升时间s t 、调整时间r t 、振荡频数N 、稳态误差ss e （5分）。
1.0
x 0
图(a) 机械系统 图（b ）响应曲线 解答：
解：1）对于该系统有：
()()()()t f t kx t x c t x m =++000
故
()k
cs ms s G ++=
21
2）求k 由Laplace 变换的终值定理可知：
()()()s X s t x x s t 00
00lim lim ⋅==∞→∞
→
s
k cs ms s s 3
1lim 20
⋅++=→
k
3=