机电控制工程基础_2018.01
机电控制工程基础课程辅导(第一次)
机电控制工程基础课程辅导(第一次)控制系统的基本概念一. 自动控制的基本概念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。
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。
被控制对象(简称被控对象)是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。
例如，飞机、锅炉、机床以及化工生产过程等。
二. 自动控制的实例恒温控制系统在这个控制系统中，恒温箱的温度是由给定信号电压u1控制的。
当外界因素引起箱内温度变化后，作为测量元件的热电偶，将与温度相对应的电压信号u2测出，并反馈回去与给定信号u1进行比较，所得的结果即为温度的偏差信号Δu。
经过电压、功率放大器放大后，以控制电动机的旋转速度与方向，并通过传动装置拖动调压器动触头。
当恒温箱内温度偏高时，使调压器减小加热电流，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。
此时偏差信号Δu ＝0，电机停止。
这样，就完成了所要求的控制任务。
而所有这些装置便组成了一个自动控制系统。
反馈控制有两个最主要的特点：一是有反馈存在，二是按偏差进行控制。
实现自动控制的装置可以各不相同，但反馈控制原理却是相同的。
自动控制的优点自动控制技术具有以下优点：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。
三. 自动控制的基本方式控制系统按其结构型式可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统三种。
开环控制系统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就没有影响，这样的系统就称为开环控制系统。
机电控制工程基础课后习题答案左健民
机电控制工程基础课后习题答案第一章：引论1.题目问题：简述机电控制工程的基本概念和发展历程。
答案机电控制工程是一个交叉学科，它涉及机械工程、电气工程和控制工程等多个学科的知识与技术。
其基本概念包括机电系统、控制系统和传感器系统。
机电系统由机械设备、电气设备和控制设备组成，用来完成特定的运动任务。
控制系统由传感器、控制器和执行器组成，用来监测和控制机电系统的运行状态。
传感器系统负责采集、测量和传输机电系统的运行数据。
机电控制工程的发展历程可以分为三个阶段。
第一个阶段是机械、电气和控制等学科独立发展的阶段，各自在不同领域取得了一定的成就。
第二个阶段是机械、电气和控制等学科开始相互交叉融合的阶段，机电系统的概念逐渐形成。
第三个阶段是机电控制工程逐渐成为一个独立学科，形成了一整套完整的理论和方法体系。
第二章：电气与电子技术基础2.题目问题：简述直流电路的基本特点和常用电路元件。
答案直流电路是指电流方向恒定的电路。
其基本特点包括以下几个方面：•电流方向不变。
在直流电路中，电荷只能沿着一个方向移动，电流的方向不会发生改变。
•电压稳定。
直流电源提供的电压一般是恒定的，不会发生明显的波动。
•电阻内部不产生能量损耗。
电阻元件在直流电路中，不会消耗电能，只会产生热能。
常用的直流电路元件包括电容器、电感器和电压源。
电容器用来存储电荷，具有储能效果。
电感器则用来存储磁能，具有阻尼和滤波效果。
电压源是直流电路中常用的电源元件，用来提供稳定的电压。
第三章：电路理论与分析3.题目问题：简述电路的戴维南定理和诺顿定理。
答案戴维南定理和诺顿定理是电路分析中常用的方法，用于简化电路的计算和分析。
•戴维南定理：戴维南定理又称为戴维南-诺顿定理，它指出：任意一个由电压源、电流源和电路元件组成的线性电路，可以用一个等效的电流源和等效的内阻表示。
通过计算戴维南等效电流源和内阻，可以将复杂的电路简化为一个更容易分析的等效电路。
•诺顿定理：诺顿定理是戴维南定理的一种特例，它用电压源和等效的电阻来表示电路。
机电控制工程基础(第一章)
3.伺服系统又称随动系统 系统输入量随时间任意变化。 系统输出量常是机械位移、速度、加速度、力、 力矩等机械量。 系统的基本任务是使系统输出量能快速、准确地 跟随输入量变化。 机械加工中的仿形机床。 武器装备中的火炮自动瞄准系统、雷达跟踪系 统、导弹目标自动跟踪系统
1
2 3 4
发送电位器 接收电位器
1
2 3 4
动态过程（过渡过程）—— 系统受到外加信号作 用后，输出量随时间 t 变化的 全过程。
r(t)
c(t)
t
t
一种过渡过程是收敛的，即过渡过程结束后，系统 又趋于平衡状态，这类系统称为稳定的； 另一种过渡过程是发散的，这类系统称为不稳定的； 等幅振荡也被认为是不稳定的。 显然，系统稳定是保证系统能正常工作的首要条件。
1
2 3 4
比较
u1
+
电压 放大
执行电动机
功放
减速器
u2
+
热电偶
调压器
加热电阻丝
220V
~
图1-2恒温箱的自动控制系统
1
2 3 4
给定值（要求的温度）—— 由给定信号电压 u1控制 测量元件 —— 热电偶，把温度转换成对应的电压 信号 u 2 放大元件 —— 电压、功率放大器 执行元件 —— 执行电动机 受控对象 —— 恒温箱 被控量 —— 恒温箱的温度 干扰 —— 工件、环境温度等 偏差信号 —— ∆u = u − u
常用术语 1. 受控对象 —— 被操纵的机器、设备 2. 控制装置 —— 对受控对象起控制作用的设备总体 3. 被控量（输出量）—— 在工作过程中需要加以控制 的物理量 4. 输入量（给定值）—— 控制输出量变化规律的信号 5. 扰动 —— 除控制信号外，一切对系统输出量产生 影响的因素 6. 自动控制 —— 在没有人直接参与的情况下，利用 控制装置操纵受 控对象，使被控量等于希望值。
机电控制工程基础第二章
m
电动机产生的转矩 Tm Cmia 安培定律 反电势
e Ce m 楞次定律
电枢回路电压平衡方程 克希霍夫定律 电机轴上的转矩平衡方程
d m Jm B m Tl Tm dt
粘性摩擦力矩
牛顿定律
主动力矩：电动机产生的转矩
负载转矩
ia (t ) ua (t )
Tm
e
m
1 2 3 4 5
例1 质量——阻尼——弹簧系统
y t
工件
k
y t
f t
m
B
f t
a)
b)
图2－1 质量—阻尼—弹簧系统
输出量
弹簧力
位移 y(t)
ky
外力 f(t) dy 阻尼力 B dt 输入量
1 2 3 4 5
9
根据牛顿第二定律
d y dy m f B ky 2 dt d t
1 Ke Ce
Ra J m Tb CmCe
Ra K Ce Cm
'
19
得：
d m dm ' ' TbTa (Ta K B Tb ) ( K B 1)m 2 dt dt
2
当 Tl
0 时
2
dTl K eua K (Ta Tl ) dt 负载转矩 电枢电压
'
5
模型
合理的数学模型是指所建立的数学模型既有准确性，又
有简化性。 一般应根据系统的实际结构参数及要求的计算精度， 略去 一些次要因素，使模型既能准确反映系统的动态 本质又能简化分析计算的工作。除非系统含有强非线 性或参数随时间变化较大，一般应尽可能采用线性定 常数数学模型描述控制系统。
2018年电大电大期末考试《机电控制工程基础》科目期末考试重点复习资料汇总
2018电大《机电控制工程基础》科目期末考试重点复习资料汇总一、填空(每小题3分，共30分) 一、填空题1．传递函数的分母就是系统的_特征多项式__，分母多项式的根称为系统的_极点_。
2．控制系统按其结构可分为_开环控制系统__、_闭环控制系统__、_复合控制系统_。
3．对控制系统的基本要求可归结为_稳定性___、_准确性__和_快速性__。
4．单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是__1/s__。
5．系统的稳态误差与_系统的结构_和_外输入__有关。
6．线性系统的特点是信号具有_齐次性__性和__叠加性_性。
7．在零初始条件下，_输出量的拉氏变换__与__输入量的拉氏变换__之比称为线性系统(或元件)的传递函数。
8．系统的频率特性是由)(ωj G 描述的，)(ωj G 称为系统的_幅频特性__；)(ωj G ∠称为系统的_相频特性__。
9．根轨迹是根据系统_开环__传递函数中的某个参数为参变量而画出的__闭环极点_根轨迹图。
10．根据Nyquist 稳定性判据的描述，如果开环是不稳定的，且有P 个不稳定极点，那么闭环稳定的条件是：当ω由0→∞时，)(ωj W K 的轨迹应该_逆时针_绕（－1，0j ）点_ P/2_圈。
二、选择题(每小题5分，共15分)11．劳斯稳定判据能判断( A )系统的稳定性。
A ．线性定常系统B ．线性时变系统C ．非线性系统D ．任何系统12．一阶系统的传递函数为5.05.0+s ，则其时间常数为( C )。
A ．0．25 B ．4 C ．2 D ．1 13．PI 校正为( A )校正。
A ．滞后B ．超前C ．滞后超前D ．超前滞后三、判断题(共10分)14．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 )15．某环节的输出量与输人量的关系为)()(t Kx t y =，K 是一个常数，则称其为比例环节。
( 对 )16．反馈控制系统是指正反馈。
机电控制工程基础试卷及答案(填空和判断)
填空题1.传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
2.瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。
3.判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。
4.I 型系统G s K s s ()()=+2在单位阶跃输入下，稳态误差为0，在单位加速度输入下 稳态误差为∞。
5.频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。
6.如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是(渐进)稳定的系统。
7.传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。
8.系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。
传递函数反映系统本身的瞬态特性，与本身参数，结构有关，与输入无关；不同的物理系统，可以有相同的传递函数，传递函数与初始条件无关。
9.如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。
10.反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc （截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳态性能。
11.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性。
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控制系统和闭环控制系统。
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、传递函数动态结构图频率特性等。
4． .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。
5． .一阶系统11Ts +的单位阶跃响应的表达是/1t T e --。
2018年成人高考机电控制工程基础综合练习解答知识点复习考点归纳总结参考
第一章习题答案一、填空1.系统输出全部或部分地返回到输入端叫做。
反馈解析：根据反馈的定义式填空。
2.有些系统中，将开环与闭环结合在一起，这种系统称为。
复合控制系统解析：根据定义式填空。
3.我们把输出量直接或间接地反馈到，形成闭环参与控制的系统，称作。
输入端闭环控制系统解析：根据定义式填空。
4.控制的任务实际上就是，使不管是否存在扰动，均能使的输出量满足给定值的要求。
形成控制作用的规律被控制对象解析：根据控制的基本概念和定义式填空。
5.系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态这样的系统是系统。
稳定解析：根据稳定系统的基本概念和定义式填空。
6、自动控制系统主要元件的特性方程式的性质，可以分为和非线性控制系统。
线性控制系统解析：根据控制系统分类的基本概念来填空。
7、为了实现闭环控制，必须对量进行测量，并将测量的结果反馈到输入端与输入量相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除。
因此，整个控制系统形成一个闭合回路。
我们把输出量直接或间接地反馈到端，形成闭环,参与控制的系统，称作闭环控制系统。
输出偏差输入解析：根据闭环控制的基本概念和反馈的定义填空。
8、题图由图中系统可知，输入量直接经过控制器作用于被控制对象，当出现扰动时，没有人为干预，输出量 按照输入量所期望的状态去工作，图中系统是一个 控制系统。
1、 不能 开环解析：根据开环控制的基本概念填空。
9、如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统称为 系统，否则为 系统。
任何一个反馈控制系统能正常工作，系统必须是 的。
稳定 ； 不稳定 ； 稳定解析：根据稳定系统的基本概念和定义式填空。
二、选择1.开环与闭环结合在一起的系统称为 。
（ ） A 复合控制系统； B 开式控制系统； C 闭环控制系统；D 连续控制系统 答：A解析：根据复合控制系统的基本概念选择。
2.当∞→t 时，闭环反馈控制系统输出的实际值)(∞y 与按参考输入所确定的希望值)(∞r y 之间的差值叫 。
机电控制工程基础
《机电控制工程基础》教学大纲第一部分大纲说明一、课程的性质和任务控制工程基础是以控制理论为基础，密切结合工程实际的一门专业基础课，是机械设计制造及其自动化专业必修课程。
本课程的任务是使学生获得控制工程基本理论和基本知识；掌握系统数学模型的建立、动、静特性的分析计算方法；根据对机电一体化产品性能要求，具有初步分析设计系统的能力。
二、本课程与相关课程的关系学习本课程之前应具有一定的数学、力学、电工电子学及其机械工程知识。
三、课程的教学基本要求（1）了解控制系统数学模型的建立及相关工程数学基础知识。
（2）掌握控制系统的时域和频域特性分析方法的基本概念。
（3）理解判别线性系统稳定性的基本概念，掌握线性系统稳定性的判据。
（4）了解系统的综合方法。
（5）了解采样系统的基本概念，系统特性的分析及综合方法。
四、教学方法和数学形式建议本课程内容理论性比较强，涉及面较宽。
课程教学形式建议以课堂讲授为生，辅助课堂练习，课堂讨论及自学。
有条件时可进行网上教学。
第二部分教学时数、教材、考试一、学时分配课内学时90（5学分），实验 6学时二、教材本课程教材分主教材和辅导教材各一册，主教材为教材基本内容，辅助教材包括各章节内容的导学、教学中重点难点内容的辅导、习题、课堂练习指导及学习自检内容。
教材名称、主教材：《机电控制工程基础》三、考试本课程采用闭卷考试，时间为2小时。
学生获得成绩由考试成绩及平时考查成绩组成，其中考试成绩占70%。
第三部分教学内容和教学要求一、教学内容(一 )控制系统的基本概念（2学时）1．开环控制系统与闭环控制系统2．自动控制系统的类型3．控制系统的组成与对控制系统的基本要求4．本课程的基本任务及特点、学习方法(二 ) 自动控制系统的数学模型（12学时）1．控制系统微分方程的建立2．非线性数学模型的线性化3．传递函数4．系统动态结构图(三) 自动控制系统的时域分析（12学时）1．自动控制系统的时域分析基础2．一阶系统的阶跃响应3．二阶系统的阶跃响应4．高阶系统的阶跃响应5．控制系统的稳定性分析6．控制系统的误差分析(四 ) 根轨迹法（14学时）1．根轨迹法的基本概念2．根轨迹法的绘制法则3．典型系统的根轨迹法4．广义根轨迹5．用根轨迹法分析系统的动态特性(五) 频率响应法（18学时）1．频率特性的基本概念2．典型环节的频率特性3．系统开环的频率特性4．系统开环频率特性图的绘制5．频率特性分析(六) 控制系统的校正与综合（8学时）1．概念2．串联校正3．基于频率法的串联校正4．基于根轨迹法的串联校正5．反馈校正6．前馈校正7. 系统设计中常遇到的一些二、教学基本要求(一) 控制系统的基本概念了解《机电控制工程基础》课程特点，初步建立控制系统概念。
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8. 线性定常系统的传递函数是零初始条件下输出与输入信号之比(
)。
|得分|评卷人|
|
三、填空题{共 30 分，每空 2 分)
9. 闭环系统的传递函数为 '1''''/ cp(s) =?一土一一则闭环特征方程式为 s2+2s 十 1 '
10. 某单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s) 一一一一一则此系统为
12
一一一
1
s十 1
o
零点
4
13. 极点
14. G(s)=K
15. 幅值裕量
16. 积分
17. 寸
相位裕量
1
s-
18. 稳态
四、(1 0 分}
C(s) G2 (G 1 十 H 1 ) 19. 解答:闭环传递函数 φ(s)= 一一-:-:--:--:---=- (1 0 分〉
't"~/
R(s)
1 +G 1 G z Hz
B. 中频段
D. 无法反映
5. 开环传递函数为 G(s)= 一一一一一则实轴上的根轨迹区间为(
SZ
K
(s+2) ,
)。
A.[-2 ,
OJ
B.( 一∞，
OJΒιβλιοθήκη +∞)c. (一∞，一 2J
386
D. [0 ,
二、判断题{共 10 分}
6.Gb〉 =-i一的转折频率为 2( 2s 十 1
)。
)。
7. 二阶系统在单位阶跃函数作用下，当阻尼 (;>0 时系统输出为等幅振荡(
389
五、 (25 分}
20. 解答 :0) 该传递函数已经为标准形式，可见，系统型别为 0 ，这是一个 O 型系统。
开环增益 K=20 o 00 分) (2) 讨论输入信号， r (t) =2+5t ，即 A=2 ， B=5(5 分〉
稳态误差 e ss =一一一十一=一一一+-::-=一+∞=∞ 00 分〉
试卷代号: 1116
座位号E口
国家开放大学(中央广播电视大学 )2017 年秋季学期"开放本科"期末考试
机电控制工程基础
试题(半开卷)
2018 年 1 月
E
1.反馈控制系统又称为(
A. 闭环控制系统
五
一、单项选择题(共 15 分，每小题 3 分}
四
)。
B. 开环控制系统
c. 按扰动补偿的复合控制系统
A
B
2
5
2
l+Kp 'Kv
1+20' 0
21
六、{l O 分}
2 1.解 z 系统特征方程为 z
D(S)=S3+8s 2 十 15s 十 K=O(3 分〉
Routh:S 3 S2 S SO
1 8 120-K 8 K
15 K
=字 K<120(2 分〉 =>K>0(2 分)
使系统稳定的增益范围为:
0<K<120 o
D. 按给定补偿的复合控制系统
)。
2. 如果典型二阶系统的单位阶跃响应为衰减振荡，则系统的阻尼比 E 为(
Ae=O c.
e;到
R1>e>0
D.e<O
3. 反映线性系统的稳态输出和输入的相位差随频率变化的关系是(
A. 幅频特性
)。
B. 传递函数
D. 相频特性 )。
c. 微分方程
4. 在系统开环对数幅频特性图中，反映系统动态性能的是( A 低频段 c. 高频段
性能。
387
四、(1 0 分}
C(s) 19. 设系统的结构图如图 1 所示，试求系统的闭环传递函数以 s)= 一一 γR(s) 。
图 1
五、 (25 分)
20. 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下
G(s)=
20
(0.2s+ 1) (0.ls 十1)
求;(1)试确定系统的型别和开环增益; (2) 试求输入为 r(t)=2+5t 时，系统的稳态误差。
六、 (10 分}
2 1.单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s)=
K
s(s+3)(s+ 日'
要求系统稳定，试确定参
数 K 的取值范围。
388
试卷代号 :1116
国家开放大学(中央广播电视大学 )2017 年秋季学期"开放本科"期末考试
机电控制工程基础
试题答案及评分标准(半开卷)
(供参考)
2018 年 1 月
一 s(s+2)
2
,
型系统，
它在单位阶跃函数输入下的稳态误差为一一一一一。
1 1.线性定常连续时间系统稳定的充分必要条件是
12. 某系统的微分方程为一一一 +c(t) =r(t) ，其中 c( t)为输出， r( t) 为输入。则该系统的
dc( t)
dt
闭环传递函数 cp(s)
=
，单位阶跃输入下系统超调量为
，调节时间为
(取 2% 的误差带 t=4T) 。
13. 传递函数分母多项式的根称为系统的一一一一分子多项式的根称为系统的
14. 比例环节的传递函数为 15. 在频域中，通常用 和
两个量来表示系统的相对
稳定性。
16.
PID 调节中的 "1" 指的是
控制器。
17. 单位斜坡函数的拉氏变换为
18. 系统开环对数幅频特性的低频段反映系统的
(3 分)
390
一、单项选择题{每小题 3 分，共 15 分)
1. A
二、判断题{共 10 分)
2. B
3. D
4. B
5. C
6. X
7. X 8. X
(3 分)
(3 分〉 (4 分)
三、填空题 (30 分，每空 2 分}
9. 10.
SZ 十 2s 十 1=0
1 型
O
1 1.闭环特征方程的根均位于复平面的左半平面