机电控制工程基础作业-答案

机电控制工程基础第机电控制工程基础第 1 1 次作业次作业 第第 1 1 章章 一、简答一、简答 1．什么是自动控制 是相对于人工控制而言的，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稳定性、快速性和准确性稳态精度，即稳、快、准 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 馈 反馈控制系统是负反馈 5．什么是反馈什么是正反馈什么是负反馈 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。 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。 0 反 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 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，这样的 系统称为反馈控制系统 7．控制系统按其结构可分为哪3 类 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。 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 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。正 确 2． 系统的动态性能指标主要有调节时间和超调量， 稳态性能指标为稳态误差。正 确 3．如果系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用 1 没有影响时，这样的系统就称为开环控制系统。正确 4．凡是系统的输出端与输入端间存在反馈回路，即输出量对控制作用能有直接 影响的系统，叫做闭环系统。正确 5．无静差系统的特点是当被控制量与给定值不相等时，系统才能稳定。 错误 6．对于一个闭环自动控制系统，如果其暂态过程不稳定，系统可以工作。错 误 7．叠加性和齐次性是鉴别系统是否为线性系统的根据。正确 8．线性微分方程的各项系数为常数时，称为定常系统。 正确 第第 2 2 章章 一、简答一、简答 1．什么是数学模型 描述系统输入变量、输出变量以及系统内部各变量间关系的数学表达式 2．建立控制系统数学模型的主要方法哪些 建立控制系统数学模型的主要方法有解析法和实验法 3．什么是系统的传递函数 在线性定常系统中， 初始条件为零时， 系统或元件输出的拉氏变换 Xcs和输入 的拉氏变换 Xrs之比称为系统或元件的传递函数 4．单位负反馈系统的开环传递函数为Gs，则其闭环传递函数是什么 s  Gs 1Gs 5．二阶闭环系统传递函数标准型是什么其中的变量有什么含义 2 nGs  22s  2 n s  n 2 ωn--无阻尼自然频率或固有频率， n  ζ--阻尼比，  K v ； T m 1 。 2 nTm 6．微分环节和积分环节的传递函数表达式各是什么 一阶微分环节的传递函数表达式GsXcs/XrsKs 二阶微分环节的传递函数表达式Gs  K s  2s 1 积分环节的传递函数表达式GsXcs/XrsK/s 7．振荡环节包含两种形式的储能元件，并且所储存的能量相互转换，输出量具 有振荡的性质。设振荡环节的输出量为 xc，输入量为 xr，其运动方程式和传递函数 是什么 振荡环节的运动方程式为 22 d2x c dx cTT x c  Kx rk 2dtdt 2 其传递函数为 Gs  K T2s2T k s 1 二、判断二、判断 1． 传递函数只与系统结构参数有关，与输出量、输入量无关。 错误 2．对于非线性函数的线性化方法有两种一种方法是在一定条件下，忽略非线 性因素。另一种方法就是切线法，或称微小偏差法。正确 3．在自动控制系统中，用来描述系统内在规律的数学模型有许多不同的形式， 在以单输入、单输出系统为研究目标的经典控制理论中，常用的模型有微分方程、传 递函数、动态结构图、频率特性等。正确 4. 控制系统的稳态误差大小取决于系统结构参数和外输入。 正确 5．传递函数是复变量 s 的有理真分式，分母多项式的次数 n 高于分子多项式的 次数 m，而且其所有系数均为实数。正确 3 6．在复数平面内，一定的传递函数有一定的零，极点分布图与之相对应。正确 7．传递函数是物理系统的数学模型，但不能反映物理系统的性质，因而不同的 物理系统不能有相同的传递函数。错误 8．自然界中真正的线性系统是不存在的。许多机电系统、液压系统、气动系统 等，在变量之间都包含着非线性关系。正确 9．实际的物理系统都是线性的系统。错误 10． 某环节的输出量与输入量的关系为yt Kxt，K是一个常数，则称其为 惯性环节。错误 11. 惯 性 环 节 的 时 间 常 数 越大， 则 系 统 的 快 速 性 越 好 。 错误 12．系统的传递函数分母中的最高阶若为n，则称系统为n 阶系统 正确 13． 已知线性系统的输入xt， 输出 yt， 传递函数 Gs， 则Ys  Gs Xs。 正确 14．线性化是相对某一额定工作点进行的。工作点不同，得到线性化微分方程的 系数也不同。正确 15．若使线性化具有足够精度，调节过程中变量偏离工作点的偏差信号必须足够 小。正确 4 三、设某系统可用下列一阶微分方程 t  ct  r t  rtTc 近似描述，在零初始条件下，试确定该系统的传递函数。 解上式进行拉氏变化 TsC t  C t sR t  Rt 得Gs  Css1  RsTs 1 四、如图所示为一具有弹簧、阻尼器的机械平移系统。当外 力作用于系统时， 系统产生位移为 xo。 求该系统以 xit为输入量， xot为输出量的运动微分方程式。 书书 2121 页页 五、下图为一具有电阻－电感－电容的无源网络，求以电压u 为输入，uc为输出 的系统微分方程式。 解解 根据基尔霍夫电路定律，有 ut  L 而 i  C di iR uC dt duc ，则上式可写成如下形式 dt 5 d2u c du c RCu C  utLC 2dtdt 六、简化下图所示系统的结构图，求系统的闭环传递函数s  Cs 。