机电控制工程基础
国家开放大学电大本科《机电控制工程基础》2023-2024期末试题及答案(试卷代号：1116)
国家开放大学电大本科《机电控制工程基础»2023-2024期末试题及答案（试卷代号：1116）一、选择题（每小题4分，共32分）I.系统传递函数为W （2 .输入为m 位阶跃函数时•输出拉氏变换>3为《Eu u ---D. 2W(s)2.某二阶索就的特征眼为的个纯煨根.则诙系统的单位阶跃响成为《B. 等幅振荡93.单位依反馍系.统开环传函为（；（5）= ；7E ），系统的阴豺L 顷A. 3D. 0,33I. 2r 的拉氐变换为（A ，7+1。
答3 *5 5位负反裕系统的开环传逆函数为 m 由土矛则此系统在单位阶妖函数输人F 的代态误差为（ ifA.. 0. 25B ・I C 0□T6.单位脉冲两教的fi 氏变横为《"A. 1&1/卷仁2D ・2/s「•单位俐椅M 的肝环传"钦为以* 而顽雨 思轨迹的分支敬如'A. 1R2 C 3D ，」&辆的也诚涌散《，（-一「5 '）3二K "系统的憎监和型次为（"A. 5<2*5/44C. 5.4二、判断题（每小题3分，共30分）9.单位阶既函数的担器拉斯变换靖果是】・（）A.单凋上升11 5川・410. 归仇反波沽构的禁筑,其前间通■传谛甬数为的伸递两散为YHJ）•蛔系统的开环佑逢函效为Gu）〃（Q.闭环传还函牧为而而7?77?《）11. «_阶系统的特彼18 ■两个4有仇实部的共泥其根・则设系境的单位阶职响应,我表现为等悟娠膀.（）12. 系汩【环对敬幅楠特吐的依切!段仔映第境的措态性0（>13. 系•统的传递函一牲为（*，）=膘:彳,则傻系统零点为顷点为，°・—2.（）“・任处驰控;M理论中代用的检M系院数学授也有微分方程、传递函数、顿曜特件罪・（）以叩〕调》中的T指的积分控制器.（）0理想貌微分环打对枚WJ频待性曲级是一条斜率为"MHE M的在线，（,17-城忤系统和非线性系统的根本区别在于技性系统汹足迭如晚珂.彬愤忤争琉f擂兄迭加原理「K）•«•甘控制系统的三个基本要求是栓定、准确豪快速（）三、综合题（38分）19. （15分）已知系统框图如图所示，试求：（1）系统的特征参数（阻尼比和无阻尼自振荡角频率）；（2）简要评价该系统的动态性能；（3）写出系统的闭环传递函数。
机电控制工程基础课程教学大纲
第一部分大纲说明1. 课程性质与任务课程性质：本课程是中央广播电视大学机械设计制造及其自动化专业的一门必修专业基础课程。
课程任务：通过本课程的教学和实践，使学生掌握自动控制的基本理论、自动控制系统校正及设计基本方法，全面培养学生分析系统、设计系统的能力，使学生在面对实际问题时，能够站在系统的、全局的高度来思考。
2．本课程与相关课程的关系先修课：微积分初步、C语言程序设计、电路分析基础等。
后续课：计算机控制技术、机电一体化系统设计基础、信号处理原理等。
3．课程的教学基本要求（1）了解自动控制系统的基本概念，区分开环与闭环控制系统；（2）能够熟练建立机电系统的微分方程、传递函数这两种形式的数学模型，掌握系统复杂动态结构图的化简；（3）理解系统时域分析的基本概念，熟练求解一阶和二阶系统的响应，深刻理解系统稳定性的基本概念，掌握Routh稳定性判据的基本思想，熟练求解系统的稳态误差；（4）深刻理解频率法的基本概念，熟练掌握典型环节频率特性的绘制方法，重点掌握系统暂态特性和开环频率特性的关系;（5）掌握典型系统根轨迹的绘制原则；（6）理解控制系统校正的一般概念，熟练掌握系统的串联校正、并联校正和前馈校正等补偿方法。
4．教学方法和数学形式建议本课程是一门理论性和实践性都很强的课程，涉及面较宽，所以要强调利用多种教学手段，完成大纲要求。
课程教学形式建议以课堂讲授为生，辅助实践环节的训练，并通过课后练习和自学加强对所学知识的理解。
有条件时可进行网上教学。
课堂讲授（1）建议利用电子教案或课件，结合板书授课，这样既可增大信息量又使学生思路跟得上教师的讲课进度；（2）建议结合学生专业特点，多举一些应用实例，在讲授知识的同时，着重讲授提出问题、解决问题的方法。
也可以引进课上讨论分析的手段，提高学生的参与度，但设计的问题要合适、明确、有趣；（3）建议在讲授基本知识点、基本要求的同时，结合计算机应用技术的发展，给学生介绍一些相关的新型知识、技术、典型产品等。
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。
机电控制工程基础课件：机电控制系统应用举例
机电控制系统应用举例
图 9－7 水位自动控制的自动调节过程
机电控制系统应用举例
9. 3 发动机离心调速系统
9. 3. 1 液压阀控液压缸和液压阻尼器 1. 液压阀控液压缸 液压阀控油缸(又称液压伺服阀)是液压伺服系统中常用
的一种执行元件。其结构原理图如图 9－8 所示。它实际上 是一个控制滑阀和一个动力液压缸的组合。
机电控制系统应用举例
1. 系统组成 1 )交流伺服电机 图中的被控对象是交流伺服电动机 SM , A 为励磁绕组, 为使励磁电流与控制电流互差 90° 电角,励磁回路中串接了 电容 C1 ,它通过变压器 T 1 产生的交流电源供电。 B 为控制 绕组,它通过变压器 T 2 经交流调压电路接于同一交流电源。 供电的电源为 115V 、 400Hz交流电源。系统的被控量为角 位移 θ 0 。
机电控制系统应用举例 2. 系统方块图 综上所述,可得如图 9－2 所示的位置随动系统的方框图。
图 9－2 位置随动系统方框图
机电控制系统应用举例
3. 工作原理 在稳态时, θo = θ i , Δ U =0 , U k 1 = U k 2 =0 , VT 正 与 VT 反 均关断, U s =0 ,电机停转。当位置给定信号 θi 改变,设 θ i 增大,则 U θ i = kθ i ,偏差电压 Δ U ( = U θ i - Ufθ) >0 ,此信号电 压经 PID 调节器 A 1 和放大器 A 2 后产生的 U k 1 >0 ,使正组 触发电路发出触发脉冲,双向晶闸管 VT 正 导通,使电动机正 转, θ o 增大。这个调节过程一直继续到 θ o = θi ,到达新的稳 态,此时 Ufθ= U θ i , Δ U =0 , U k 1 =0 , VT 正 关断,电机停转。 如图 9－3 ( a )所示。
1116机电控制工程基础试题
1116机电控制工程基础试题
机电控制工程基础涉及到电气、机械和控制领域的基本知识，
试题可能涉及电路原理、传感器、执行器、控制理论等方面的内容。
以下是一些可能出现在机电控制工程基础试题中的题目类型：
1. 电路分析题，例如计算电阻、电容、电感串联并联电路的等
效电阻、电压、电流等参数。
2. 传感器应用题，要求分析传感器的工作原理、特性曲线，并
设计传感器应用电路。
3. 控制系统设计题，例如给定一个控制要求，要求设计相应的
控制系统结构、参数。
4. 机械传动题，涉及分析齿轮传动、皮带传动、链条传动等的
传动比、速度、扭矩等参数。
5. PLC编程题，要求编写PLC ladder图或者指令列表，实现
特定的逻辑控制功能。
以上是一些可能出现在机电控制工程基础试题中的题目类型，考生在备考时应该熟悉相关的基础理论知识，并能够灵活运用这些知识解决实际问题。
同时，还需要注重实践能力的培养，例如通过实验操作、仿真软件的使用等方式加深对基础知识的理解。
希望这些信息能够对你有所帮助。
复习重点-机电工程控制基础
机电工程控制基础复习重点第一章1. 机械工程控制论的研究对象与任务。
P.2：系统、输入、输出之间的动态关系。
2. 反馈控制原理和反馈控制系统。
P.8：“测偏与纠偏”。
3. 控制系统的分类方法。
P.12：按控制系统有无反馈分（开环系统、闭环系统）；按输出变化规律分（恒值控制系统、程序控制系统、随动系统）。
4. 输入信号、输出信号、反馈信号、误差信号的概念。
P.5：5. 典型闭环控制系统的组成。
P.14：控制元件（拥有产生控制信号）、反馈元件（主要指置于主反馈通道中的元件）、比较元件（用来比较输入及反馈信号）、放大元件（把弱的信号放大以推动执行元件动作）执行元件（根据输入信号的要求直接对控制对象进行操作）、控制对象。
6. 控制论的中心思想P.15：通过信息的传递、处理与反馈来进行控制。
7. 开环和闭环控制系统的特点。
开环优点（结构简单，容易实现）；闭环优点（抗干扰能力强、精度高） 8. 对控制系统的基本要求稳定性、准确性、快速性（稳、准、快）第二章1. 数学模型的概念和种类。
P.26：是数学表达式，微分方程、差分方程、统计学方程、传递函数、频率特性式以及各种响应式等等。
2. 线性系统线性性质的两个重要条件。
P.10：叠加性、均匀性。
3. 线性定常系统的定义P.10：微分方程的系数是常数。
4. 列写微分方程的一般方法。
P.27：5. 机械系统中一些常见的非线性特性 P.11：传动间隙、死区、摩擦力。
6. 系统传递函数的定义与求法P.34：当输入和输出的初始条件为零时，输出量)(t x o 的拉氏变换与输入量)(t x i 拉氏变换之比即系统的传递函数。
传递函数的零点、极点和放大系数。
7. 传递函数的性质P.35：传递函数的分母是系统的特征多项式，代表系统的固有特性，分子代表输入与系统的关系。
传递函数表达了系统本身的动态性能而与输入量的大小及性质无关。
分子多项式阶次m 不高于分母多项式阶次n ，即n m 。
《机电控制工程基础》概念部分复习题
《机电控制工程基础》概念部分复习题一、填空1. 自动控制就是 人直接参与的情况下， 使生产过程的输出量按照给定的规律 。
2. 系统的稳定性取决于 闭环极点的 。
3. 所谓反馈控制系统就是的系统的输出 地返回到输入端。
4. 给定量的变化规律是事先不能确定的，而输出量能够准确、迅速的复现给定量，这样的系统称之为 。
5. 在 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 。
6. 单位积分环节的传递函数为 。
7．一阶系统11+Ts ，则其时间常数为 。
8．系统传递函数为W(s)，输入为单位阶跃函数时，输出拉氏变换Y (s)为 。
9．单位负反馈系统开环传函为)1(9)(+=s s s G ，系统的阻尼比ξ= 、无阻尼自振荡角频率ωn 为 ，调节时间ts （5％）为 秒。
10．反馈信号(或称反馈)：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，这就是反馈信号。
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 。
反之，符号相反抵消输入信号作用时叫 。
11．Ⅰ型系统 无静差地跟踪单位斜坡输入信号。
12. 某环节的传递函数为2s ，则它的幅频特性的数学表达式是 ，相频特性的数学表达式是 。
13. 单位反馈系统的开环传递函数为)3)(2()(*++=s s s K s G ，根轨迹的分支数为 。
14. 负反馈结构的系统，其前向通道上的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则该系统的开环传递函数为 ，闭环传递函数为 。
15. 函数f(t)=2t 的拉氏变换为 。
16．单位负反馈结构的系统，其开环传递函数为)2(+s s K 则该系统为 型系统，根轨迹分支数为 。
17．线性系统的稳态误差取决于 和 。
18. 系统闭环特征方程为01010)(23=+++=Ks s s s D ，根据劳斯稳定判据得，闭环系统稳定下K 的取值范围是： 。
19. 对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加时，输出量的 过程不一定是衰减振荡。
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机电控制工程基础网上教学活动文本（
田虓：这里是“机电本科”机电控制工程基础答疑时间，欢迎大家前来答疑,请大家积极讨论
田虓：今天讨论的重点是各章复习重点以及一些典型习题。
欢迎大家来讨论问题！ 第1章重点
主要是基本概念，例如被控制对象或对象、开环控制系统、闭环控制系统 (1) 什么叫反馈？什么是负反馈？
答：把系统输出全部或部分地返回到输入端，就叫做反馈。
把输出量反馈到系统的输入端与输入量相减称为负反馈。
(2) 什么样系统叫开环控制系统？举例说明。
答：若系统的输出量对系统没有控制作用，即系统没有反馈回路时，则该控制系统称为开环控制系统。
如自动售货机，自动洗衣机，步进电机控制刀架进给机构等。
(3) 什么叫闭环控制系统？举例说明之。
答：当系统的输出量对系统有控制作用时，即系统存在着负反馈回路称为闭环控制系统，例如：人手在抓取物件时的动作。
机器人手臂运动控制，火炮跟踪目标的运动，导弹飞行运动控制等等。
第2章复习重点知识点 不用复习数学内容,
以常用函数的拉普拉斯变换为重点
单位阶跃函数的拉普拉斯变换\\单位脉冲函数的拉普拉斯变换\\指数函数的拉普拉斯变换\\拉氏反变换等 第3章要点
元件和系统微分方程式的建立 列写闭环系统微分方程式的目的，是确定输出与输入或扰动量之间的函数关系。
列写的一般步骤如下：
(1) 分析系统和元件的工作原理，找出各物理量之间的关系，确定输出量及输入量。
(2) 设中间变量，依据物理、化学等定律忽略次要因素列写微分方程式。
(3) 消去中间变量，由高阶到低阶排列，将输出写在等号左边，输入写在等号右边的微
分方程式，即是系统或元件的微分方程式或数学模型。
例 列写图所示RC 无源网络的微分方程式
c (t)
(1) C 为常量，依据实际工作情况确定
u r (t) 为输入电压，u c (t) 为输出电压。
(2) 依据电路工作原理选电流i(t)为中间变量。
依据电学定律列写方程式 。
)
()()(t u t i R t u c r +=
（3－1－1）
⎰
=
dt t i C t u c )(1
)(
（3－1－2）
(3) 消去中间变量 i(t) ，其目的是求出)(t u r 与)(t u c 的关系。
由 （3－1－2） 式可得()
()t i dt
t du C
c =代入（3－1－1）得 ()
()()t u t u dt
t du RC
r c c =+
（3－1－3）
令 T ＝RC ── 时间常数。
输入变量用x(t)表示；输出变量用y(t)表示，则x(t)=u r (t)、y(t) =u c (t),故 (3－1－3) 式为
由微分方程式可知，RC 无源网络的瞬态数学模型是一阶常系数线性微分方程式。
传递函数
弹簧、阻尼器机械系统运动微分方程式为 初始条件为零时，拉氏变换为 传递函数 ()()()1
22++==
s T s T K s F s Y s G B m a
典型环节的传递函数及其瞬态特性 (1) 比例环节
比例环节（放大环节）输出量与输入量的关系为 式中 K ── 环节的放大系数（常数） 传递函数为 ()()()
K s X s Y s G ==
若忽略非线性和惯性，电子放大器，齿轮减速器，杠杆等均属于比例环节。
(2) 惯性环节
自动控制系统中，经常包含有惯性环节，它具有一个储能元件。
惯性环节的特点是，当输入x(t)作阶跃变化时，输出y(t)不能立刻达到稳态值，瞬态输出以指数规律变化。
惯性环节的运动方程式为 传递函数 ()()()1
+==
Ts K
s X s Y s G 式中 T ──环节的时间常数；
K ── 环节的比例系数。
(3) 积分环节
积分环节的微分方程式为 积分环节的传递函数： 式中 K
T 1
=
── 时间常数。
当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时间的积分，即
()()T
t dt T dt t x T t y t
t ===⎰⎰0011
输出y(t)随时间呈直线增长， 在控制系统中，积分环节常被用来改善系统的稳定性。
(4) 微分环节
微分环节的特点是在瞬态过程中输出量为输入量的微分，其微分方程式为
传递函数： ()()()
s T s X s Y s G c ==
实用微分环节单位阶跃输入时，输出的拉氏变换为 实用微分环节的单位阶跃响应为
瞬态曲线及方框图如图3－3－9所示。
传递函数： ()2
222
2211
A A
B A B A T s T T s T K
s T s T K s G +
+=
++=
令
n A
T ω=1
── 无阻尼振荡角频率； ς2=A
B
T T ，ς ── 阻尼比 ()2
2
221n
n n
S S s G K ωςωω++==，则设
（3－3－21）
ςω、n 是振荡环节的两个重要参数。
当＜１ς时在单位阶跃输入作用下，输出的瞬
态曲线及方框图如图所示。
第4。