机电控制工程基础作业-1答案

机电控制工程基础第1次作业
第1章
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反馈？
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。

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
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2章
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X c (s)和输入的拉氏变换X r (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？
)
(1)
()(s G s G s +=
Φ
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
2
22)(n
n n
s s s G ωζωω++= ωn --无阻尼自然频率或固有频率，m
v
n T K =
ω；
ζ--阻尼比，m
n T ωζ21
=。

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)=X c (s)/X r (s)=Ks 二阶微分环节的传递函数表达式)12()(2
2
++=s s K s G ξττ
积分环节的传递函数表达式G(s)=X c (s)/X r (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x c ，输入量为x r ，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
r c c k c Kx x dt dx T dt
x d T =++2
22
其传递函数为
1
)(22++=
s T s T K
s G k
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
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()()t Kx t y =，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)()()(s X s G s Y ⋅=。

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 三、设某系统可用下列一阶微分方程
)()()()(t r t r t c t c T +=+&&τ
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：
)()()()(t R t sR t C t TsC +=+τ
得：1
1
)()()(++==
Ts s s R s C s G τ 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x o 。

求该系统以x i (t)为输入量，x o (t)为输出量的运动微分方程式。

书21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，u c 为输出的系统微分方程式。

解 根据基尔霍夫电路定律，有
C u R i dt
di
L t u +⋅+⋅
=)( 而 dt
du C
i c
=，则上式可写成如下形式
)(2
2t u u dt du RC dt
u d LC C c
c =++
六、简化下图所示系统的结构图，求系统的闭环传递函数)
()
()(s R s C s =
Φ。

书39页
七、如图所示的电网络系统，其中u i 为输入电压，u o 为输出电压，试写出此系统的微分方程和传递函数表达式。

八、在齿轮传动中，若忽略啮合间隙，则主动齿轮输入转速n 1和从动齿轮输出转速n 2
之间的关系为n 2=Z 1.n 1/Z 2，求其传递函数。

G(s)=N 2(s)/N 1(s)=Z 1/Z 2
式中 Z l ／Z 2——主动齿轮齿数和从动齿轮齿数之比。

九、下图所示RC 网络，输入为电压u r ，输出为电压u c ，求其传递函数。

微分方程：
RC
()dt
t du c ()()t u t u r c =+ 拉氏变换：
)()()(s U s U s RCsU r C C =+
传递函数：
1
1
)()()(+==
RCs s U s U s G r C。