10机械控制工程基础总复习
机械工程控制基础(复习要点)
1
1
2）峰值时间：响应曲线达到第一个峰值所需 的时间。
tp d 1 2 n
3）最大超调量 M p ：常用百分比值表示为：
Mp x0 (t p ) x0 () x0 ( )
( / 1 2 )
第四章 频率特性分析
1、频率响应与频率特性
频率响应：线性定常系统对谐波输入的稳态响应。 幅频特性：线性定常系统在简谐信号激励下，其稳 态输出信号和输入信号的幅值比，记为A(ω)； 相频特性：线性定常系统在简谐信号激励下，其稳 态输出信号和输入信号的相位差，记为φ(ω)； 频率特性：幅频特性与相频特性的统称。即：线性 定常系统在简谐信号激励下，其稳态输出信号 和输入信号的幅值比、相位差随激励信号频率 ω变化特性。记为
G B s 1 Gk s G q s
第三章 时间响应分析
1、时间响应及其组成 时间响应：系统在激励作用下，系统输出随 时间变化关系。 时间响应可分为零状态响应和零输入响应或 分为自由响应和强迫响应。 零状态响应：“无输入时的系统初态”为零 而仅由输入引起的响应。 零输入响应：“无输入时的系统初态”引起 的自由响应。 控制工程所研究的响应往往是零状态响应。
K 增益 T 1Fra bibliotekn 时间常数 n 固有频率
阻尼比
6)一阶微分环节： G s s 1 7)二阶微分环节： G s s 2 s 1
2 2
8)延时环节： G s e s
7、系统各环节之间的三种连接方式：
串联：
G s Gi s
G ( j ) A e
j
频率特性又称频率响应函数，是激励频率ω的函数。 频率特性：在零初始条件下，系统输出y(t)的傅里叶 变换Y(ω)与输入x(t)的傅里叶变换X(ω)之比，即 Y j G ( j ) A e X
机械工程控制基础复习提纲
机械工程控制基础复习提纲控制工程基础复习提纲第一章绪论1. 系统的定义及特性: p5.答:系统是由相互联系、相互作用的若干部分组成有一定的目的或一定的运动规律的一个整体。
系统具有如下特性：(1)系统的性能不仅与系统的要素有关，而且还与系统的结构有关；(2)系统的内容比组成系统的各要素的内容要丰富得多、复杂得多。
2. 模型、静态模型与动态模型：p6-8.答：模型——研究、认识、描述、分析系统的一种工具。
数学模型——用数学方法描述的抽象的理论模型，用来表达系统内部各部分之间或系统与外部环境之间的关系。
模型分为：静态模型与动态模型。
静态模型反映系统在恒定载荷或缓变载荷作用下或在平衡状态下的特性（用代数公式描述）；动态模型反映系统在瞬变载荷作用下或在不平衡状态下的特性（用微分方程或差分方程描述）。
3. 反馈(p8)、内反馈与外反馈（p8）、正反馈与负反馈.答：反馈——系统的输出部分或全部地被反过来用于控制系统的输入。
内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈，内反馈是系统处于运动状态的内因；外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入的反馈（依靠外部反馈控制装置）。
负反馈：输出（被控量）偏离设定值（目标值）时，反馈作用使输出偏离程度减小，并力图达到设定值，即减小偏差；正反馈：输出偏离设定值时，反馈作用使输出偏离程度加剧，即加大偏差。
4.开环控制系统与闭环控制系统p13.答：开环控制系统没有反馈回路，系统的输出对系统没有控制作用；闭环控制系统系统有反馈回路，系统的输出对系统有控制作用。
5.对控制系统的基本要求p15.答：稳定性、快速性和准确性。
稳定性就是指系统抵抗动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。
这是系统正常工作的首要条件；快速性是指在系统稳定的前提下，当系统的输出量与给定的输入量之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程度；准确性是指调整过程结束后，输出量与给定的输入量之间的偏差。
机械工程控制基础总复习
闭环系统环传递函数都只只 是闭环系统部分环节（或环节组合）的传递 函数，而闭环传递函数才是系统的传递函数； • 相加点B(s)处的符号不代表闭环系统的反馈 是正反馈还是负反馈。（在可能的情况下，应
尽可能使相加点的B(s)处的正负号与反馈的正负相 一致）。
• 传递函数的化简方法
会看图！
Mp
xo (t p ) xo () xo ()
100%
注意
• 二阶系统的标准形式：
n G( s) 2 2 s 2 n s n
2
• 如果单位阶跃输入下的稳态输出为K,则 二阶系统的标准形式前要乘以K。
1 反映系统快速性的指标是：tr，tp，ts 反映系统平稳性的指标是：MP%，N 2 n↑时，tr(tP ,ts)↓ (r ,b,c) ↑时，MP%(N)↓ ----MP的大小反映系统的阻尼特性 3 tr , MP 两项指标间存在矛盾
系统的稳态偏差为：（终值定理法）
ss lim (t ) lim sE ( s )
t s 0
1 lim s X i (s) s 0 1 G ( s ) H ( s )
单位反馈系统：
e ss
1 lim s X i ( s) s 0 1 G K ( s)
控制系统的基本要求：稳定性——先决 条件；快速性；准确性。
第二章 系统的数学模型
• • • • • 拉氏变换及其相关定理 系统微分方程的列写（难点） 传递函数的概念、特点及求法；（重点） 典型环节的传递函数； 传递函数方框图的绘制及简化；（难点）
一 微分方程的列写 • 典型元件所遵循的物理定律
根据校正前后的对数幅频特性图求校正环 节的传递函数！
3 稳态误差e ss 3.75 Kv
机械控制工程基础复习题及参考答案
机械控制工程基础复习题及参考答案Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT一、单项选择题：1. 某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为A. 发散振荡B. 单调衰减C. 衰减振荡D. 等幅振荡2． 一阶系统G(s)=1+Ts K的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 A ．越长 B ．越短 C ．不变D ．不定3. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关A.输入信号B.初始条件C.系统的结构参数D.输入信号和初始条件4．惯性环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为A ．-270°B ．-180°C ．-90°D ．0°5．设积分环节的传递函数为G(s)=s1，则其频率特性幅值M(ω)=A. ωKB. 2K ω C. ω1D.21ω6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。
当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为A. a 1y 1(t)+y 2(t)B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t)C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t)D. y 1(t)+a 2y 2(t)7．拉氏变换将时间函数变换成A ．正弦函数B ．单位阶跃函数C ．单位脉冲函数D ．复变函数8．二阶系统当0<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将A.增加B.减小C.不变D.不定9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下A ．系统输出信号与输入信号之比B ．系统输入信号与输出信号之比C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比10．余弦函数cos t ω的拉氏变换是A.ω+s 1B.22s ω+ωC.22s s ω+D. 22s 1ω+11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)=A. 90°B. -90°C. 0°D. -180°12. II 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)13．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的A ．代数方程B ．特征方程C ．差分方程D ．状态方程14. 主导极点的特点是 A.距离实轴很远 B.距离实轴很近 C.距离虚轴很远 D.距离虚轴很近15．采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其等效传递函数为A ．)s (G 1)s (G +B ．)s (H )s (G 11+C ．)s (H )s (G 1)s (G +D ．)s (H )s (G 1)s (G -二、填空题：1．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__ __。
机械工程控制基础-机控复习考试资料
X i X 01. 什么是系统的反馈？一个系统的输出，部分或全部地被反过来用于控制系统的输入。
2. 一个系统的动力学方程可以写成微分方程，这一事实就揭示了系统本身状态变量之间的联系，也就体现了系统本身存在着反馈；而微分方程的解就体现了由于系统本身反馈的存在与外界对系统的作用的存在而决定的系统的动态历程。
3. 几何判据有奈奎斯特判据、波德判据两种；代数判据有劳斯判据、胡尔维茨判据两种。
4. 列写微分方程的步骤：（1）.确定系统或各元素的输入量输出量（2）.按照信号的传递顺序，从系统的输入端开始，根据各变量所遵循的运动规律列写出在运动过程中的各个环节的动态微分方程 (3).消除所列各微分方程的中间变量，得到描述系统的输入量输出量之间的关系的微分方程。
(4).整理所得微分方程。
5. 非线性系统有：本质非线性和非本质非线性两种，能进行线性化的是非本质非线性系统。
6. 给出两种传递函数的定义：1.传递函数是经典控制理论中对线性系统进行研究分析与综合的基本数学工具 2.在外界输入作用前，输入输出的初始条件为零时，线性定常系统环节或元件的输出 （t ）与输入 （t ）经Laplace 变换后 与 之比称为该系统环节或元件的传递函数。
7. 写出六种典型环节的名称、微分方程和传递函数、奈奎斯特图和波德图。
8. 方框图的基本元素由传递函数方框、相加点、分支点组成。
9. 二阶系统时间响应的性能指标是根据欠阻尼二阶系统在单位阶跃信号作用下得到的。
10. 系统稳定的充要条件是：系统所有特征根的实部为负。
11. 什么是系统的动柔度、动刚度、静刚度。
若机械系统输入为力，输出为位移（变形）则机械系统的频率特性就是机械系统的动柔度;机械系统的频率特性的倒数就是机械系统的动刚度;当W=0时系统频率特性的倒数为系统的静刚度12. 线性定常系统对谐波输入的稳态响应称为频率响应。
13. 相频特性和幅频特性的定义：相频特性是指：稳态输出信号与输入信号的相位差；幅频特性是指：稳态输出与输入的幅值之比。
机械工程控制基础-复习
03
3，通过开环Nyquist图定 性分析系统稳定性
04
4，稳定裕度（定义，表达 式）
05
3，通过开环Bode 图定性 分析系统稳定性
控制工程基础
第6章：
1，基本概念：如校正的概念和实质、校正方式分类如串 联校正、并联校正等
2，典型校正环节（相位超前、相位滞后以及相位滞后超前校正、增益校正、PID校正以及顺馈校正、反馈校 正的特点）
一．基本概念： 如数学模型、线性系统与非线 性系统、典型环节、传递函数 等。
二．拉氏变换、列微分方程、求 传递函数： P132表1、物理系统（如mkc或 LRC系统）、反馈闭环等
三．传递函数框图的化简 利用等效变换法则，移动比较 点和引出点，消去交叉回路， 变换成可以运算的简单回路。
控制工程基础
第3章
1、典型输入信号（5个）、时间响应分类和概念 （瞬态响应与稳态响应）
2、系统固有特性（含义，与其他指标的关系）：
时间常数、无阻尼固有频率、阻尼比
3、系统时间响应的求法（一阶） 4、二阶系统特征参数的求法和分类，
5、系统时域性能指标（含义、计算）：
上升时间，调整时间，超调量，有阻尼固有频率，稳态误差（表 3-2）
控
总
制 复
习
工 程 基 础
控制工程基础
壹
考 试 型 式 ： 闭 卷
○ ● ● ●
○
120min
貳
时 间 ：
叁
题 型 ：
考
单
试
项
选
择
综计填 合算空 题题题
控制工程基础
2014 2015
1.基本概念：
如控制系统的定义和分类（如开环与闭环）、反馈等
机械控制工程基础-总复习
推论：
d n xt n 0 sx n 2 0 x n 1 0 L n s X s s n 1 x0 s n 2 x dt
零初始条件
0 若：x 0 x x 0 x n 2 0 x n 1 0 0 d n x t n L s X s n dt
一、典型输入信号（掌握）
1. 阶跃函数 2. 斜坡函数 3. 加速度函数 4. 脉冲函数
5. 正弦函数
二、一阶系统的瞬态响应（掌握）
闭环传递函数 输入信号 输出响应
t 1 T e T
ess
0 0
(t )
(t 0)
1 Ts 1
1(t )
1e
t T
(t 0)
t T
t
t
1 2 t 2
t T Te
t 0
T
∞
1 2 2 t Tt T (1 e T ) t 0 2
等价关系： 系统对输入信号导数的响应，就等于系统对该输入信号响应的导数； 系统对输入信号积分的响应，就等于系统对该输入信号响应的积分。
三、二阶系统的瞬态响应
X i s
-
×
n ss 2 n
jV
0 2
G j
K U 0
0 0
jV
[G j ]
nm 3
nm 2
0
U
0 1
n m 1
乃氏图的终点
乃氏图的起点
三、频率响应的对数坐标图—伯德图
1.伯德图的定义（掌握）
由两张图组成。纵坐标分别为
对数幅频特性： L 20lg G j
机械工程控制基础复习课件
机械系统微分方程的列写
单击此处添加大标题内容
机械系统中部件的运动有直线和转动两种。机械系统中以各种形式出现的物理现象，都可简化为质量、弹簧和阻尼三个要素。列写其微分方程通常用达朗贝尔原理。即：作用于每一个质点上的合力，同质点惯性力形成平衡力系。
第二章 传递函数
第二章 传递函数
第二章 传递函数
第二章 传递函数
2.零点和极点
将G(s)写成下面的形式：
N(s)=a0(s-p1)(s-p2)…(s-pn)=0的根s=pj (j=1, 2, …, n)，称为传递函数的极点； 决定系统瞬态响应曲线的收敛性，即稳定性
式中: M(s)=b0(s-z1)(s-z2)…(s-zm)=0的根s=zi (i=1, 2, …, m)，称为传递函数的零点； 影响瞬态响应曲线的形状，不影响系统稳定性
3）若系统传递函数方框图内有交叉回路，则根据
相加点、分支点等移动规则消除交叉回路，然后 按第2）步进行化简；
第二章 传递函数
Ｘ0
Ｘi
+
A
+
B
G1
+
H2
H1
G2
G3
D
-
Ｅ
Ｆ
-
+
C
解：1）相加点C前移（再相加点交换）
Ｘi
+
A
+
B
G1
H1
G2
G3
D
-
Ｅ
Ｆ
Ｘ0
+
1 G1
H2
-
+
第二章 传递函数
例1 ：
第二章 传递函数
1．比例环节（放大环节）
机械工程控制基础期末超级重点(收藏版)
答：内反馈是指系统内存在着的各种自然形成的反馈。它主要由系统内部各个元素之间的相互耦合而形成。内反馈反应系统内部各参数之间的内在联系，其存在对系统的动态特性有非常敏锐的影响，而机械系统存在的内反馈情况千差万别、错中复杂，因此使得机械系统纷繁复杂。
（2）.随动系统---在外界条件作用下，系统的输出能相应于输入在广阔范围内按任意规律变化的系统。
（3）.程序控制系统---在外界条件作用下，系统的输出按预定程序变化的系统。
P15*对控制系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性。
3.1什么是时间响应？由哪两部分组成？各部分的定义是什么？
答：1）时间响应是指系统的响应（输出）在时域上的表现形式，或系统的动力学方程在一顶初始条件下得解。
机械工程控制基础（期末复习试题总结）
一．简答题.（三个共15分）
1.1机械工程控制论的研究对象和源自务是什么？答：机械工程控制论实质上是研究机械工程中广义系统的动力学问题。具体的说，它研究的是机械工程技术中的广义系统在一定的外界条件（即输入或激励，包括外加控制与外加干扰）作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的其内部的固有特性（即由系统的结构和参数所决定的特性）所决定的整个动态历程：研究这一系统及其输入、输出三者之间的关系。
解：（1）对图a所示系统，由牛顿定律有
即 ；
Laplace变换：
∴传递函数
（2）对图（b）所示系统，引入一中间变量 ，并由牛顿定律有
即：
Laplace变换：
∴传递函数：
3、方框图化简，并写出传递函数G(S).(15分).
解：
化简步骤如下：
∴传递函数
四.计算题。（选考5道大题计算，共60分）
机械控制工程基础复习课
例2：系统传递函数方框图简化
前向通道 ： G1G2G3
反馈回路： L1：G1、G2、G3 相加点处 "" L2：G1、G2、H1 相加点处 "" L3：G2、G3、H 2 相加点处 ""
各反馈回路有公共传递 函数方框
例3：求如图所示系统的传递函数
Gs
X O s 前向通道的传递函数之 积 X i s 1 （每一反馈回路的开环 传递函数之积）
自动控制系统的基本组成： 输 入 串联 校正 元件 输 对 出 象
给定 元件
+
-
+
-
放大 元件
执行 元件
反馈校正 元件
测量变送 元件
给定元件：其职能是给出与期望的输出相对应的 系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置。
测量元件：其职能是检测被控量，如果测出的物 理量属于非电量，大多情况下要把它转换成电量，以 便利用电的手段加以处理。 比较元件：其职能是把测量元件检测到的实际输 出值与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之 间的偏差。 放大元件：其职能是将过于微弱的偏差信号加以 放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象。 执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被 控量发生变化。 校正元件：为改善或提高系统的性能，在系统基 本结构基础上附加参数可灵活调整的元件。工程上称 为调节器。常用串联或反馈的方式连接在系统中。
第三章
☆ ☆ ☆ ☆
时间响应分析
☆ ☆ ☆ ☆
本章主要内容 典型时间信号 一阶系统的时间响应 二阶系统的时间响应 系统的误差分析与计算 本章重点与难点 一阶系统的单位阶跃响应 二阶系统的单位阶跃响应 二阶系统的性能指标 稳态误差分析与计算
机械工程控制基础复习资料
机械工程控制基础1. 输入量：给定量称为输入量。
2. 输出量:被控量称为输出量。
3. 反馈:就是指将输出量全部或部分返回到输入端，并与输入量比较。
4. 偏差:比较的结果称为偏差。
5. 十扰：偶然的无法加入人为控制的信号。
它也是一种输入信号，通常对系统的输出产生不利影响。
6. 系统：相互作用的各部分组成的具有一定功能的整体。
7. 系统分类：按反馈情况：开环控制系统和闭环控制系统；按输出量的变化规律：自动调节系统、随动系统和程序控制系统；按信号类型：连续控制系统和离散控制系统；按系统的性质：线性控制系统和非线性控制系统；按参数的变化情况：定常系统和时变系统；按被控量：位移控制系统、温度控制系统和速度控制系统。
8. 机械工程控制论的研究对象：它研究的是机械工程广义系统在一定的外界条件(即输入或激励、十扰)作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性(即由系统的结构与参数所决定的特性)所决定的整个动态历程；研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系一一广义系统的动力学问题。
9. 会分析简单系统的工作原理。
10. 拉普拉斯变换：若一个时间函数？(t)，称为原函数，经过下式计算转换为象函数F(s):记为称F(s)为? (t)的Laplace变换其中算子s= b + j 3为复数。
11. 常用的拉氏变换表12. 拉氏变换的主要定理(特别是线性定理、微分定理)(1) 比例定理(很重要，系统微分方程进行拉氏变换常用)输出量不失真、无惯性、快速地跟随输入量，两者成比例关系。
13. 线性系统：系统的数学模型都是线性关系。
14. 线性定常系统：用线性常微分方程描述的系统。
15. 叠加原理：系统在几个外加作用下所产生的响应，等于各个外加作用单独作用的响应之和。
叠加原理有两重含义：均匀性(齐次性)和可叠加性。
叠加原理有两重含义：均匀性(齐次性)和可叠加性。
这个原理是说，多个输入同时作用于线性系统的总响应，等于各个输入单独作用时分别产生的响应之和，且输入增大若十倍时，其输出亦增大同样的倍数。
机械控制工程基础复习题及参考答案
一、单项选择题：1. 某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为 DA. 发散振荡B. 单调衰减C. 衰减振荡D. 等幅振荡2． 一阶系统G(s)=1+Ts K的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 BA ．越长B ．越短C ．不变D ．不定3. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关 CA.输入信号B.初始条件C.系统的结构参数D.输入信号和初始条件4．惯性环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为 CA ．-270°B ．-180°C ．-90°D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)=s1，则其频率特性幅值M(ω)= C A.ωKB. 2K ωC. ω1D. 21ω6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。
当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为 BA. a 1y 1(t)+y 2(t)B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t)C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t)D. y 1(t)+a 2y 2(t)7．拉氏变换将时间函数变换成 DA ．正弦函数B ．单位阶跃函数C ．单位脉冲函数D ．复变函数8．二阶系统当0<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将 AA.增加B.减小C.不变D.不定9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 DA ．系统输出信号与输入信号之比B ．系统输入信号与输出信号之比C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比10．余弦函数cos t ω的拉氏变换是 CA.ω+s 1B.22s ω+ω C.22s s ω+ D. 22s 1ω+ 11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)= AA. 90°B. -90°C. 0°D. -180°12. II 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 AA. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)13．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的 BA ．代数方程B ．特征方程C ．差分方程D ．状态方程14. 主导极点的特点是 DA.距离实轴很远B.距离实轴很近C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近15．采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其等效传递函数为 CA ．)s (G 1)s (G + B ．)s (H )s (G 11+C ．)s (H )s (G 1)s (G + D ．)s (H )s (G 1)s (G -二、填空题：1．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__ 相频特性 __。
机械控制工程基础复习题及答案
机械控制工程基础复习题11、 选择填空（30分，每小题2分）（下列各题均给出数个答案，但只有一个是正确的，请将正确答案的序号写在空白 处）1.1在下列典型环节中，属于振荡环节的是 。
(A) 101.010)(2++=s s s G (B) 101.01)(2++=s s s G (C) 101)(+=s s G 1.2系统的传递函数定义为在零初始条件下输出量的Laplace 变换与输入量的Laplace变换之比，其表达式 。
（A ）与输入量和输出量二者有关（B ）不仅与输入量和输出量二者有关，还与系统的结构和参数有关 （C ）只与系统的结构和参数有关，与输入量和输出量二者无关 1.3系统峰值时间p t 满足 。
（A ）0)(=pp o dt t dx （B ）)()(∞=o p o x t x （C ）)()()(∞⋅∆≤∞-o o p o x x t x其中，)(t x o 为系统的单位阶跃响应。
1.4开环传递函数为G (s )的单位反馈系统的静态速度误差系数的计算式为 。
(A) )(lim 0s G K s v →= (B) )(lim 2s G s K s v →=(C) )(lim 0s sG K s v →=1.5最大百分比超调量(%)p M 的定义式为 。
（A ）)()(max (%)∞-=o o p x t x M (B) %100)()()(max (%)∞∞-=o o o p x x t x M（C ）)()(max(%)t x t x M i o p = 其中，)(t x i 为系统的输入量，)(t x o 为系统的单位阶跃响应，)(max t x o 为)(t x o 的最大值。
1.6给同一系统分别输入)sin()(11t R t x i ω=和)sin()(2t R t x r i ω=这两种信号（其中，r ω是系统的谐振频率，1ω是系统正常工作频率范围内的任一频率），设它们对应的稳态输出分别为)sin()(1111ϕω+=t C t x o 和)sin()(222ϕω+=t C t x r o ，则 成立。
机械控制工程基础复习
主要特点：
控制方式：
反馈控制，反馈按反馈极性的不同分成两种形式：正反馈，负反馈。
控制器
被控制 对象
输入量
输出量
闭环控制 典型方框图
扰动
4.本书主要内容
01
输入信号
典型信号
02
系统
核心内容：输入与输出的关系
开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用 而没有反向联系的控制过程。
主要特点：
控制方式：
控制器
被控制 对象
给定值
输出 量
按给定值 控制的原 理方框图
开环控制方式
输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰； 低精度元件可组成高精度系统； 因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要。
03
输出信号
建模
计算结果 时间响应 频率响应 稳定性分析
一、典型输入信号
为了便于对系统进行分析，设计和比较，根据系统常遇到的输入信号形式。在数学描述上加以理想化的一些基本输入函数，称为典型输入信号。
1
控制系统中常用的典型输入信号有：单位阶跃、单位斜坡（速度）函数、单位加速度（抛物线）函数、单位脉冲函数和正弦函数。
3.控制系统的分类
开环系统
闭环系统
按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合。
输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现； 组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高； 系统的稳定性不是主要问题；
机械工程控制基础复习资料
机械工程控制基础复习资料1.机械工程控制基础：是研究一机械工程技术为对象的控制论问题；是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题，也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。
2.系统分析：当系统已定，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。
3.最优控制：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。
4.最优设计：当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出尽可能符合给定的最佳要求。
5. 系统识别或系统的辨识：当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型。
6.信息传递：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递，或称转换。
7.信息的反馈：就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。
8.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。
9.按系统是否存在反馈，将系统分为开环系统和闭环系统。
10.开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路。
11.闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。
12.数学模型：是系统动态特性的数学表达式。
13.分析法：是依据系统本省所遵循的有关定律列写数学表达式。
14.实验法：是根据系统对某些典型输入信号的响应或其它实验数据建立数学模型。
15.线性系统：系统的数学模型表达式是线性。
16.非线性系统的最重要特性，是不能运用叠加原理。
17. 传递函数：线性定常系统的传递函数，是初始条件为零时，系统输出地拉氏变换比输入的拉氏变换。
18. 传递函数：是通过输入与输出之间信息的传递关系，来描述系统本省的动态特性。
19.方块图：是系统中各环节的功能和信号流向的图解表示方法。
20.串联：各个环节传递函数一个个顺序连接。
21.并联：凡是几个环节的输入相同，输出相加或想减的连接形式。
22.反馈：是将系统或某一环节的输出量，全部或部分地通过传递函数回输到输入端，又重新输入到系统中去。
机械控制工程基础 总复习
第一章绪论1-1 机械工程控制论的研究对象与任务1．什么叫被控对象、被控量、给定值或希望值（参考输入）？被控对象：工作的机器设备被控量：表征机器设备工作状态的物理量给定值：对物理参量（被控量）在运行过程中的要求。
2．自动控制的任务是什么？在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的被控量自动地按照预定的规律运行。
3．自动控制系统的组成控制装置和被控对象1-2 自动控制的基本方式1．控制装置必须具备哪三个职能部件？比较元件、执行元件、测量元件。
2．自动控制的三种基本控制方式是什么？①按给定值操纵的开环控制；②按干扰补偿的开环控制；③按偏差调节的闭环控制3．能画出按给定值操纵的开环控制的系统原理框图、按干扰补偿的开环控制的系统原理框图、按偏差调节的闭环控制的系统原理框图①按给定值操纵的开环控制②按干扰补偿的开环控制③按偏差调节的闭环控制4．什么叫开环控制？控制装置与被控对象之间只有单方向的联系，信号由给定值至被控量是单向传递的。
5．什么叫闭环控制？被控量要返回来与给定值进行比较，控制信号必须沿前向通道和反馈通道往复循环地闭路传送，形成闭合回路，故称闭环控制。
1-3 对控制系统的性能要求1．什么叫动态过程或过渡过程？通常把系统受到外作用后，被控量随时间变化的全过程，称为动态过程或过渡过程。
2．工程上常常从稳、快、准三个方面来评价自动控制系统的总体精度第二章 自动控制系统的数学模型1．什么叫数学模型？描述系统的输入、输出变量以及系统内部各个变量之间关系的数学表达式称为系统的数学模型。
2．建立数学模型有哪两种方法？ 解析法和实验法3．线性定常系统的数学模型的种类有哪些？ 微分方程、传递函数、频率特性等2-1 系统的微分方程1．什么是线性系统？其最重要的特性是什么？当系统的数学模型能用线性微方程描述时，该系统称为线性系统。
线性系统最重要的特性是可以运用叠加原理。
2．RC 网络相关系统的微分方程的建立（课件12年第2次课） 练习题1. 列写如图所示无源网络的微分方程。
《机械工程控制基础》题库
丄.何为闭环控制系统？其最主要的优点是什么？
答案：闭环控制系统就是反馈控制系统，即输出量对控制作用有影响的系统。苴最主要的优点是能实现自我调 节，不断修正偏差，抗干扰能力强。
1.简述“自动控制”和“系统”的基本概念。
答案：（1）所谓“自动控制”就是在没有人直接参与的情况下，采用控制装置使被控对象的某些物理量在一左 稱度范国内按照给立的规律变化匚
机械工程控制基础复习题
第一章绪论
1、以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，
A.开环髙B.闭环髙C•相差不多
其精度比较（
D.—样高
）。
丄、系统的输岀信号对控制作用的影响（
A.开环有B.闭环有C.都没有
）0
D.都有
丄、对于系统抗干扰能力（
B・闭环强
A.开环强
）。
C•都强
D.都不强
丄、下列丕展壬按输入疑的变化规律分类的是（
1.对控制系统性能的基本要求一般可归结为稳定性、和」
答案：快速性准确性
丄、控制论的中心思想是，通过,和反馈来进行控制。
答案：信息的传递加工处理
1.什么是反馈（包括正反馈和负反馈）？根据反馈的有无，可将控制系统如何分类？
答案：（1〉反馈是指输岀量通过适当的检测装置将信号全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。如 果反馈信号与系统的输入信号的方向相反，则称为负反馈：如果反馈信号与系统的输入信号的方向相同，则称为正 反馈。
1、按照系统传输信号的类型可分成（）。
A.定常系统和时变系统B.离敬控制系统和连续控制系统C・线性系统和非线性系统D.恒值系统和程序控
制系统
1.按照控制系统是否设有反馈作用来进行分类，可分为一—和——O
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第一章绪论1-1 机械工程控制论的研究对象与任务1．什么叫被控对象、被控量、给定值或希望值（参考输入）？被控对象：工作的机器设备被控量：表征机器设备工作状态的物理量给定值：对物理参量（被控量）在运行过程中的要求。
2．自动控制的任务是什么？在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的被控量自动地按照预定的规律运行。
3．自动控制系统的组成控制装置和被控对象1-2 自动控制的基本方式1．控制装置必须具备哪三个职能部件？比较元件、执行元件、测量元件。
2．自动控制的三种基本控制方式是什么？①按给定值操纵的开环控制；②按干扰补偿的开环控制；③按偏差调节的闭环控制3．能画出按给定值操纵的开环控制的系统原理框图、按干扰补偿的开环控制的系统原理框图、按偏差调节的闭环控制的系统原理框图①按给定值操纵的开环控制②按干扰补偿的开环控制③按偏差调节的闭环控制4．什么叫开环控制？控制装置与被控对象之间只有单方向的联系，信号由给定值至被控量是单向传递的。
5．什么叫闭环控制？被控量要返回来与给定值进行比较，控制信号必须沿前向通道和反馈通道往复循环地闭路传送，形成闭合回路，故称闭环控制。
1-3 对控制系统的性能要求1．什么叫动态过程或过渡过程？通常把系统受到外作用后，被控量随时间变化的全过程，称为动态过程或过渡过程。
2．工程上常常从稳、快、准三个方面来评价自动控制系统的总体精度第二章 自动控制系统的数学模型1．什么叫数学模型？描述系统的输入、输出变量以及系统内部各个变量之间关系的数学表达式称为系统的数学模型。
2．建立数学模型有哪两种方法？ 解析法和实验法3．线性定常系统的数学模型的种类有哪些？ 微分方程、传递函数、频率特性等2-1 系统的微分方程1．什么是线性系统？其最重要的特性是什么？当系统的数学模型能用线性微方程描述时，该系统称为线性系统。
线性系统最重要的特性是可以运用叠加原理。
2．RC 网络相关系统的微分方程的建立（课件12年第2次课） 练习题1. 列写如图所示无源网络的微分方程。
LCru cu解答见课件12年第2次课P33练习题2. 列写如图所示无源网络的微分方程。
（课件12年第2次课）rc2C解答见课件12年第2次课P403．力学相关系统的微分方程的建立（课件12年第2次课）练习题1. 建立图示机械系统的动态方程。
图中,x(t)为输入位移量，y(t)为输出位移量。
（P752.2）（课件12年第2次课）2f )(t x )(t y1f解答见课件12年第2次课P62补充知识（1）6个常用的拉氏变换s t L 1)](1[= 21][st L = 22][sin ωωω+=s t L 22][cos ωω+=s s t L 1)]([=t L δ322][st L =（2）求拉氏变换的方法（参考12年第3次课课件）)5)(1()(0)(0)1(++==<t t t f t f t 时，：)5cos 1(5)(0)(0)2(t t f t f t -==<时，：tet f t f t t10cos )(0)(0)3(5.0-==<时，：)35sin()(0)(0)4(π+==<t t f t f t 时，：tT et f t f t 11)(0)(0)5(--==<时，：（3）求拉氏逆变换的方法（参考12年第3次课课件）)5(1)()1(+=s s s F 求下列函数的原函数)23)(1(7)()2(2++++=s s s s s F)1(1)()3(2++=s ss s F8410)()4(2++=s s ss F2-2 传递函数1．传递函数的定义线性定常系统或元件的传递函数为在零初始条件下，系统或元件的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换之比。
2．零初始条件的意义（1）输入作用是在t=0以后才加于系统。
即在t=0-时，输入量及其各阶导数为0。
（2）输入信号作用于系统之前系统是静止的。
即在t=0-时，输出量及其各阶导数为零。
3、6个典型环节的传递函数（只是表达式） （1）比例环节K s G =)(； （2）惯性环节11)(+=Ts s G ；（3）微分环节s s G =)(； （4）积分环节ss G 1)(=；（5）振荡环节2222)(nn ns s s G ωζωω++=；（6）延迟环节se s G τ-=)(。
2-3 系统的传递函数方框图及其简化1．动态结构图的基本单元有哪些？ 信号线、方框、分支点、想加点2．建立系统动态结构图的方法（课件12年第5次课） （1）绘制下图所示无源网络的方框图。
解答参考课件12年第5次课P43．利用动态结构图的等效变换求传递函数（课件12年第5次课）（1）化简如下方框图（参考课件12年第5次课）解答参考课件12年第5次课P31解答参考课件12年第5次课P432.4 考虑扰动的反馈控制系统的传递函数1．练习题：课本P79，2.16（课件12年第6次课）解答参考课件12年第6次课P28第三章系统的时间响应分析3-1 时域分析基础1．掌握四种典型外作用的函数表达式、拉氏变换、图形（课件12年第7次课）单位阶跃作用、单位斜坡作用、单位脉冲作用、正弦作用2．掌握阶跃响应的性能指标的定义：峰值时间、超调量、调节时间、稳态误差超调量%σ：指在响应过程中，超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比。
调节时间ts：在单位阶跃响应曲线的稳态值附近，取±5%(有时也取±2%）作为误差带，响应曲线达到并不再超出该误差带的最小时间，称为调节时间。
峰值时间tp：指h(t)曲线中超过其稳态值而达到第一个峰值所需的时间。
稳态误差ess：当时间趋于无穷时，系统的单位阶跃响应的实际值（稳态值）与期望值之差。
3-3 一阶系统1．一阶系统传递函数的标准形式1)(+=Ts k s G2．一阶系统调节时间的计算公式（课件12年第7次课）]%5[95.0)(3误差带对应，==t c T t s ]%2[98.0)(4误差带对应，==t c T t s应该如何选取？试问系统的反馈系数。
如果要求跃响应及调节时间示。
试求该系统单位阶一阶系统的结构如图所)0(,1.0)1(≥≤t t s s K K s t t 解答参考课件12年第7次课P403-4 二阶系统1．二阶系统传递函数的标准形式2222)(nn ns s s G ωζωω++=2．负阻尼、零阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的时间响应特性及曲线（课件12年第8次课）负阻尼：发散零阻尼：等幅振荡（掌握图形形状） 欠阻尼：衰减振荡（掌握图形形状） 临界阻尼：无振荡（掌握图形形状） 过阻尼：无振荡（掌握图形形状）3．欠阻尼系统的平稳性与阻尼系数和固有频率的关系阻尼系数越大，平稳性越好；在一定的阻尼比下，固有频率越大，平稳性越差4．欠阻尼系统的快速性与阻尼系数和固有频率的关系阻尼系数小于0.707时，阻尼系数越大，快速性越好，阻尼系数大于0.707时，阻尼系数越大，快速性越差；在一定的阻尼比下，固有频率越大，快速性越好5．欠阻尼系统单位阶跃响应性能指标的计算公式（课件12年第9次课）。
、、响应特性的性能指标：时，输出位置时，试计算放大器增益当给定位置为单位阶跃数为负反馈）的开环传递函设位置随动系统（单位%200)5.34(5)()1(σs p A A t t K s s K s G =+=解答参考12年第9次课P25插入第5章 系统的稳定性1．系统稳定的数学条件：所有特征根均具有负实部，即所有特征根都在s 平面虚轴的左边。
2．稳定性判据：劳斯判据（课件12年第10次课）（1）设系统的特征方程为：05432234=++++s s s s 试用劳思判据判别该系统的稳定性，并确定正实部根的数目。
解答参考12年第10次课P30（2）设系统的特征方程为：0233=+-s s ，试用劳思判据确定正实部根的个数。
解答参考12年第10次课P31（3）设系统的特征方程为：05025482422345=--+++s s s s s ，试用劳思判据确定正实部根的个数。
解答参考11年第10次课P333-4 稳态误差分析及计算1．利用终值定理求稳态误差（课件12年第11次课）例 系统结构如下图所示。
当输入信号r(t)=1(t)，干扰信号n(t)=1(t)时，求系统总的稳态误差ess 。
解答参考课件12年第11次课P192．输入信号、干扰信号作用下的稳态误差与系统结构参数的关系（课件12年第11次课） 系统如图所示。
试判别系统闭环稳定性，并确定系统的稳态误差essr 及essn 。
解答参考课件12年第11次课P56作业：（1）系统如下图所示，使用2种方法计算系统的稳态误差ess （不用判别稳定性）。
①使用终值定理；②使用稳态误差与系统结构和参数的关系。
第4章 系统的频率特性分析4-1 频率特性概述1．什么叫频率特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，输出的稳态分量与输入的复数比，称为系统的频率特性2．什么叫幅频特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，稳态输出的振幅与输入振幅之比，称幅频特性。
2．什么叫相频特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，稳态输出的相位与输入相位之差，称相频特性。
4. 能求系统的频率特性、幅频特性、相频特性、并写成欧拉公式的形式。
（课件12年第12次课）例 求RC 网络的频率特性解答参考课件12年第12次课P16 写成欧拉公式的形式 )arctan(21)(1)(ωωωT j eT j -+=Φ练习题 P159 4.11解答参考课件12年第12次课P194-2频率特性的图示方法1．掌握开环对数幅频渐近特性曲线的绘制方法（课件12年第13次课）画出如下系统的开环对数幅频渐近特性曲线 )216)(12(4)(1)G(++=s s s解答参考课件12年第13次课P44 ss s s G )2)(1(10)()2(++=解答参考课件12年第13次课P49 )1.0()2.0(10)()3(2++=s s s s G解答参考课件12年第13次课P542．掌握开环对数相频特性曲线的绘制方法（课件12年第13次课） 画出如下系统的开环对数相频特性曲线 )216)(12(4)(1)G(++=s s s解答参考课件12年第13次课P65 ss s s G )2)(1(10)()2(++=解答参考课件12年第13次课P69第5章 系统的稳定性1．掌握Bode 判据 判据判别闭环稳定性。
试应用已知系统开环传递函数例Bode s s s G ,)11.0(10)(+=解答参考课件12年第13次课P78。