机械控制工程 课本课后习题答案_百度文库
机械控制工程课后习题解答
机械控制工程基础答案提示第二章 系统的数学模型2-1 试求如图2-35所示机械系统的作用力)(t F 与位移)(t y 之间微分方程和传递函数。
)(t F )(t y f图2-35 题2-1图解：依题意：()()()()22d y t dy t a m F t f ky t dt b dt⋅=⋅-⋅- 故 ()()()()t F b at ky dt t dy f dt t y d m⋅=+⋅+22 传递函数: ()()()kfs ms b as F s Y s G ++==22-2 对于如图2-36所示系统，试求出作用力F 1(t )到位移x 2(t )的传递函数。
其中，f 为粘性阻尼系数。
F 2(t )到位移x 1(t )的传递函数又是什么？m 2m 1k 1 f k 2F 1(t )F 2(t ) x 2(t )x 1(t )图2-36 题2-2图解：依题意：对1m ： ()()()()212121111dt t x d m dt t dx dtt dx f t x k F =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--- 对两边拉氏变换：()()()[]()s X s m s sX s sX f x k s F 12121111=--- ①对2m ： ()()()()()222222212dt t x d m t x k dt t dx dt t dx f t F =-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+ 对两边拉氏变换：()()()[]()()s X s m s x k s sx s sx f s F 22222212=--+ ②故： ()()()()()()()()⎩⎨⎧=+++-=-++S F s x k fs s m s fsx s F s fsx s x k fs s m 222221121121 故得：()()()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-+++++++=-+++++++⋅=22221212212122222121222211fs k fs s m k fs s m k fs s m s F s fsF s x fs k fs s m k fs s m s fsF k fs s m s F s x 故求()t F 1到()t x 2的传递函数 令：()02=s F()()()()()()()()()2122211122432121212211212x s fsG s F s m s fs k m s fs k fs fsm m s f m m s m k m k s f k k s k k ==++++-=+++++++求()t F 2到()t x 1的传递函数 令：()01=s F()()()()()()()()()1122221122432121212211212x s fsG s F s m s fs k m s fs k fs fsm m s f m m s m k m k s f k k s k k ==++++-=+++++++2-3 试求图2-37所示无源网络传递函数。
机械控制工程基础第七版杨叔子课后答案
机械控制工程基础第七版杨叔子课后答案1. 对电动机进行维护,要定期检查电动机的( ) [单选题] *A.电压B.电流C.相序D.绝缘电阻(正确答案)2. 当机床的电源电压为380V时,检查时将万用表的选择开关扳到 ( )挡位上进行测量 [单选题] *A.直流电压400VB.交流电压500V(正确答案)C.电阻D.电压3. 采用电阻法测量机床时,应将万用表的选择开关置于( )挡位上进行测量 [单选题] *A.直流电压B.交流电压C.电阻(正确答案)D.电压4. 在CA6140型普通车床中,电动机起动的顺序是( ) [单选题] *A.冷却泵电动机先起动,主电动机后起动B.主电动机先起动,冷却泵电动机后起动(正确答案)C.二者同时起动D.不确定5. CA6140普通车床电源指示灯不亮,不可能的原因是( ) [单选题] *A.指示灯泡坏B.主轴电动机坏(正确答案)C.控制变压器坏D.电源开关坏6. 下列控制方法常用于车床的快速移动电动机控制的是( ) [单选题] *A.顺序控制B.多地控制C.减速控制D.点动控制(正确答案)7. 下列电器中不能实现短路保护的是( ) [单选题] *A.熔断器B.控制变压器(正确答案)C.过电流继电器D.空气开关8. CA6140普通车床线路中冷却泵电动机不能起动,下列分析较合理的是( ) [单选题] *A.转换开关损坏或接触不良B.熔断器的熔体烧断C. 冷却泵电动机已损坏D.以上情况均可能(正确答案)9. 某台CA6140车床的主轴电动机不能停止工作,其电气线路可能发生的故障是。
( ) [单选题] *A.电源电压太低B.控制变压器损坏C.熔体熔断D.接触器动合主触点熔焊(正确答案)10. CA6140普通车床的主运动和进给运动是由( )台电动机拖动 [单选题] *A一(正确答案)B.二C,三D.四11. CA6140车床的照明灯接通和断开由转换开关( )控制 [单选题] *A. SAI(正确答案)B. SA2C. SA3D. SA412. CA6140车床电气原理图中,接触器线圈下面有两根垂直线将图分为左中右三个区,其中左区表示( )所在区号。
机械工程控制基础课后答案
目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。
第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。
图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。
煤炭给定的温度100 C手和锹眼睛实际的炉水温度比较图2例2． 图示为液面高度控制系统原理图。
试画出控制系统方块图 和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。
控制工程基础第三版机械工业出版社课后答案
控制工程基础习题解答第一章1-5．图1-10为张力控制系统。
当送料速度在短时间内突然变化时，试说明该控制系统的作用情况。
画出该控制系统的框图。
图1-10 题1-5图由图可知，通过张紧轮将张力转为角位移，通过测量角位移即可获得当前张力的大小。
当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位移的给定值进行比较，得到它们的偏差。
根据偏差的大小调节电动机的转速，使偏差减小达到张力控制的目的。
框图如图所示。
角位移题1-5 框图1-8．图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。
试说明该控制系统的作用情况。
该系统由两个自动控制系统串联而成：跟踪控制系统和瞄准控制系统，由跟踪控制系统获得目标的方位角和仰角，经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给定值，瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。
跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差，由此调整视线方向，保持敏感元件的最大输出，使视线始终对准目标，实现自动跟踪的功能。
瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成，根据计算机给出的火炮瞄准命令，和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较，获得瞄准误差，通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度，实现火炮自动瞄准的功能。
控制工程基础习题解答第二章2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当t<0时，f(t)=0。
(3). ()t et f t10cos 5.0-=解：()[][]()1005.05.010cos 25.0+++==-s s t e L t f L t(5). ()⎪⎭⎫⎝⎛+=35sin πt t f 图1-13 题1-8图敏感元件解：()[]()252355cos 235sin 2135sin 2++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s st t L t L t f L π2-6．试求下列函数的拉氏反变换。
2机械控制工程基础第二章答案
习 题什么是线性系统其最重要的特性是什么下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统 (1) x x x x x ioooo 222=++&&& (2) x tx x xiooo222=++&&& (3) x x x x io222oo=++&&& (4) x tx x x xiooo222o=++&&& 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。
线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。
该题中（2）和（3）是线性系统。
图（题）中三同分别表示了三个机械系统。
求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。
图(题 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有 即xc x c c x m i&&&&121oo )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有 消除中间变量有(3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 即x k x c x k k x c iioo121)(+=++&&求出图(题所示电系统的微分方程。
图（题）解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有 消除中间变量,并化简有u R C u CC R R u R C u R C u C C R R u R C iiiooo12211221222121211)()1(1+++=-+++&&&&&&&(2)对图(b)所示系统，设i 为电流，则有 消除中间变量,并化简有求图(题所示机械系统的微分方程。
图中M 为输入转矩,C m 为圆周阻尼，J 为转动惯量。
解：设系统输入为M （即），输出θ(即)，分别对圆盘和质块进行动力学分析，列写动力学方程如下：消除中间变量x,即可得到系统动力学方程KM M c Mm C R c k KJ c C km R cJ mC mJ mmm++=++-++++&&&&&&&&&θθθθ）（22)()()4( 输出y(t)与输入x(t)的关系为y(t)= 2x(t)+x 3(t)。
机械控制工程基础第五章 练习习题及 解答
机械控制工程基础第五章练习习题及解答习题一题型：选择题题目：关于系统稳定的说法错误的是【】A．线性系统稳定性与输入无关B．线性系统稳定性与系统初始状态无关C．非线性系统稳定性与系统初始状态无关D．非线性系统稳定性与系统初始状态有关分析与提示：线性系统稳定性与输入无关；非线性系统稳定性与系统初始状态有关。
答案：C习题二题型：填空题题目：判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为或为具有负实部的复数，即系统的特征根必须全部在是系统稳定的充要条件。
分析与提示：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数或为具有负实部的复数，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。
答案：负实数、复平面的左半平面习题三题型：选择题题目：一个线性系统稳定与否取决于【】A．系统的结构和参数B．系统的输入C．系统的干扰D．系统的初始状态分析与提示：线性系统稳定与否取决于系统本身的结构和参数。
答案：A习题四题型：填空题题目：若系统在的影响下，响应随着时间的推移，逐渐衰减并回到平衡位置，则称该系统是稳定的分析与提示：若系统在初始状态的影响下（零输入），响应随着时间的推移，逐渐衰减并趋向于零(回到平衡位置)，则称该系统是稳定的；反之，若系统的零输入响应发散，则系统是不稳定的。
答案：初始状态习题五题型：填空题题目：系统的稳定决定于的解。
分析与提示：系统的稳定决定于特征方程的解。
答案：特征方程习题一题型：填空题题目：胡尔维兹（Hurwitz）判据、劳斯（Routh）判据又称为判据。
分析与提示：胡尔维兹（Hurwitz）判据、劳斯（Routh）判据，又称为代数稳定性判据。
答案：代数稳定性习题二题型：填空题题目：利用胡尔维兹判据，则系统稳定的充要条件为：特征方程的各项系数均为；各阶子行列式都。
分析与提示：胡尔维兹判据系统稳定的充要条件为：特征方程的各项系数均为正；各阶子行列式都大于零。
答案：正、大于零习题三题型：计算题题目：系统的特征方程为2s4?s3?3s2?5s?10?0用胡尔维兹判据判别系统的稳定性。
《机械工程控制基础》课后答案.pdf
第二节 拉普拉斯变换
第三节 拉普拉斯变换的基本定理
第四节 拉普拉斯逆变换
第四章 传递函数
第一节 传递函数的概念与性质
第二节 线性控制系统的典型环节
第三节 系统框图及其运算
第四节 多变量系统的传递函数
第五章 时间响应分析
第一节 概述
第二节 单位脉冲输入的时间响应
第三节 单位阶跃输入的时间响应
第四节 高阶系统时间响应
X(t)=0
其它
X(t)
一 AT
0
t
图8
脉冲函数的强度为 A，即图形面积。 单位脉冲函数（δ 函数）定义为 δ(t)= d 1(t)
dt
性质有: δ(t)=0 t≠0
δ(t)=∞ t＝0
且
(t)dt = 1
−
5
X(t)
δ(t)
0
t
图9
强度为 A 的脉冲函数 x(t)也可写为 x(
t)=Aδ(t) 必须指出，脉冲函数 δ(t)在现实中是不存在的，它只有数学上的意
第六章
频率响应分析
第一节 谐和输入系统的定态响应
第二节 频率特性极坐标图
第三节 频率特性的对数坐标图
第四节 由频率特性的实验曲线求系统传递函数
第七章
控制系统的稳定性
第一节 稳定性概念
第二节 劳斯判据
第三节 乃奎斯特判据
第四节 对数坐标图的稳定性判据
第八章
控制系统的偏差
第一节 控制系统的偏差概念
1
第二节 输入引起的定态偏差 第三节 输入引起的动态偏差 第九章 控制系统的设计和校正 第一节 综述 第二节 希望对数幅频特性曲线的绘制 第三节 校正方法与校正环节 第四节 控制系统的增益调整 第五节 控制系统的串联校正 第六节 控制系统的局部反馈校正 第七节 控制系统的顺馈校正
2机械控制工程基础第二章答案解析
习 题2.1 什么是线性系统?其最重要的特性是什么?下列用微分方程表示的系统中,x o 表示系统输出,x i 表示系统输入,哪些是线性系统? (1) x x x x x ioooo 222=++ (2) x tx x xiooo222=++ (3) x x x xio 222oo=++ (4) x tx x x xiooo222o=++ 解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。
线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。
该题中（2）和（3）是线性系统。
2.2 图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。
求出它们各自的微分方程，图中x i 表示输入位移，x o 表示输出位移，假设输出端无负载效应。
图(题2.2) 解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有xm x c x x c ioo2o1)(=-- 即x c x c c xm i121oo )(=++ (2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有)1()()(1x xc k x x oi-=- )2()(2x k x xc oo=-消除中间变量有x ck x k k xk k c io121o21)(=-- (3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有 x k x x k x xc ooioi21)()(=-+-即x k x c x k k xc iioo121)(+=++ 2.3求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。
图（题2.3）解:(1)对图(a)所示系统,设i 1为流过R 1的电流,i 为总电流,则有⎰+=idt Ci R u o122i R u u o i 11=-dti i Cu u oi)(111⎰-=-消除中间变量,并化简有u R C u CC R R uR C u R C u C C R R u R C iiiooo12211221222121211)()1(1+++=-+++(2)对图(b)所示系统，设i 为电流，则有⎰++=idtC i R u u oi111⎰+=i R idt Cu o221 消除中间变量,并化简有u Cu R u C C u R R iioo2221211)11()(+=+++2.4 求图(题2.4)所示机械系统的微分方程。
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第二章
2-1解:
(1: ](12[](1[](5[](4[((t L t t L t L t t L S F ⋅+⋅++=δδ S
S S S 215215022++=+++= (2:
25(25
3(2++=
将x(0=2.5代入,得:
S 300
100X(S2.5-SX(S=+
1005
.03100S(S 300
2.5S X(S+-=++=s s
取拉氏反变换,得:
-100t 0.5e -3x(t=
2-4
解:该曲线表示的函数为:
0002.0(16(-⋅=t t u
则其拉氏变换为:
s e s U s
0002.06(-=
++++++=
S S S S S S (8: 9
920(52022(2
6
2++++++=-s e
s s S F s
π
2-2解:
(1: (12(3
2
21(
(321t e e S S L t f t t ⋅+-=+++-=--- (2: (12sin 2
1
(t t t f ⋅=
(3: (12sin 2
1
2-5
解:
0(0((3
(2(2
(30100==+=+i i x y t x dt t dx t y dt t dy
将上式拉氏变换,得:
2
33
2(
((32((23((3(2(2(30000++=+=++=+S S S X S Y S X S S Y S S X S SX S Y S SY i i i i 23
⋅=++⋅=--
(7: (13sin 31
3(cos (t t t t f ⋅+=
2-3
解:
(1对原方程取拉氏变换,得:
S S X x S SX x Sx S X S 1
(8]0(([60(0((2=+-+--⋅∙
将初始条件代入,得:
6
1
(86(1
(86(6(22++=++=+-+-S S S X S S S S X S SX S S X S
(190453cos(6[(π
-
⋅--=t t L S F
9
636]4(14(3cos 6[24
224
+=+=-⋅-=--S Se
S Se t t L S S
π
πππ
(7: ](18sin 25.0(18cos [(66t t e t t e L S F t t ⋅+⋅=--
100
128
86(286(622222+++=
2(cos (t t t e t f t ⋅+=
(4: 1(11
(
(11
-⋅=-=---t e S e L t f t s
(5: (122((2t e e te t f t t t ⋅-+-=---
(6: (12
15sin 15158
215(21(21515158((2221t t e S L t f t
48
7
24
78
186(1
6(22+-++=++++=S S S S S S S S S X
取拉氏反变换,得:
t t e e t x 4287
4781
(---+=
(2当t=0时,将初始条件500(=∙x代入方程,得:
50+100x(0=300
则x(0=2.5
对原方程取拉氏变换,得:
sx(s-x(0+100x(s=300/s
2-6
解:
(a传递函数:
1321232333
211
2
32333
21232333
211111H G G G H G G H G G G G H H G G H G G G G H G G H G G G G R C +++=⋅++⋅+++⋅=
(b传递函数:
(c传递函数:பைடு நூலகம்
(d传递函数:
3
21212122112
第一章(1
第二章(4
第三章(21
第四章(34
第五章(41
第六章(47
第七章(61
第一章
1-1
解:(1B (2 B (3B (4A
1-2
解:
1-3
解:(1自行车打气如图1-1所示职能方块图,为闭环系统。
图1-1
(2普通电烙铁的职能方块图如图1-2所示,为开环系统。
图1-2
(3车玩具的职能方块图如图1-3所示,为开环系统。
11H G G H H G G H G H G G G R C ++++=
2-7
解:
通过方块图的变换,系统可等价为下图:
2-8解:
2-9解: (a
(c
(d
(f
(g
2-10解: (a
(b
(c
2-11解: (a
(b
(c
(d
2-12解: (a
(b
(a
(b
2-15解: (1
(2
2-17解:
以题可画出方块图如下:
2-19
解:
2-20
解:
2-21
解:
(1
(2、3、4缺2-22以后缺
第三章3-1解:
3-2
3-3
图1-3
(4船自动舵的职能方块图如图1-4所示,为闭环系统。
图1-4
(5灯自动开关的职能方块图如图1-5所示,为开环系统。
图1-5
1-4
解:系统输入量:被记录的电压信号U2
系统输出量:记录笔的位移L
被控对象:记录笔
1-5
解:(a:对于图(a所示的系统,水箱中输出流量和输入流量决定了水箱的水位变化,水位的高低决定了浮球的位置,流量通过杠杆机械对应阀门的开启大小,阀门的大小决定输入流量补偿输出流量,最终水位保持一定值。其职能方块图如下图所示:
-S 32-S Z p ==∴零点极点
又当时(1(t t x i =
S S X i 1
(=S S S S X S
X S Y S Y i i 1
2332((((00⋅++=⋅=
3
2
12332(0(23
12332((lim lim lim lim 000000=⋅++⋅=⋅=∴=⋅++⋅
=⋅=∞∴∞→∞→→→S S S S S Y S y S S S S S Y S y s s s s
s s S F
(3: 1
1(2++=-s e S F s
π
(4: }(16
(1]6(2cos 4{[(5t e t t L S F t ⋅+-⋅-
=-π
π
51
44512
42
6
226
+++=+++=
--S s Se S s Se s
s π
π (5: S
e S e S F s
s 226600(--+=+++= (6: ]4
(b:对于(b图所示的系统,控制水位的过程与图(a系统中浮球的位置通过杠杆机构操纵双向触点电开关,两个触点电机正、反转,电机的正、反转对应阀门的开大、开小,系统由于使用了电机,系统的反应加快,其职能方块图如下图所示:
1-6:试画出实验室用恒温箱职能方块图。
解:根据一般实验室用恒温箱的工作原理图,画出其职能方块图如下: