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 Xc(s)和输入 的拉氏变换 Xr(s)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G(s)，则其闭环传递函数是什么？ (s)  G(s) 1G(s) 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 nG(s)  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G(s)=Xc(s)/Xr(s)=Ks 二阶微分环节的传递函数表达式G(s)  K( s  2s 1) 积分环节的传递函数表达式G(s)=Xc(s)/Xr(s)=K/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 G(s)  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x(t)， 输出 y(t)， 传递函数 G(s)， 则Y(s)  G(s) X(s)。 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)  c(t)  r (t)  r(t)Tc 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)  R(t) 得：G(s)  C(s)s1  R(s)Ts 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 xi(t)为输入量， xo(t)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 u(t)  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  u(t)LC 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)  C(s) 。