吉大20年4月课程考试《机械工程控制基础》期末作业考核试题

吉林大学网络教育学院2019-2020学年第一学期期末考试《机械工程控制基础》大作业

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作业完成要求：大作业要求学生手写，提供手写文档的清晰扫描图片，并将图片添加到word 文档内，最终wod文档上传平台，不允许学生提交其他格式文件（如JPG，RAR等非word 文档格式），如有雷同、抄袭成绩按不及格处理。

一、名词解释（每小题2分，共20分）

1、自动控制：自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。

2、系统：系统一词来源于英文system的音译，即若干部分相互联系、相互作用，形成的具有某些功能的整体。

3、反馈：是系统与环境相互作用的一种形式。

4、开环控制系统：开环控制系统是指一个输出只受系统输入控制的没有反馈回路的系统。在开环控制系统中，不把关于被控量的值的信息用来在控制过程中构成控制作用。

5、恒值系统：恒值控制系统的给定量恒定不变，如恒速，恒温，恒压等自动控制系统，这种系统的输出量也是恒定不变的。

6、随动系统：随动系统servo system，是一种反馈控制系统。在这种系统中，输出量是机械位移、速度或者加速度。因此随动系统这一术语，与位置或速度，或加速度控制系统是同义语。在随动系统中，有一类，它的参考输入不是时间的解析函数，如何变化事先并不知道(随着时间任意变化)。

7、程序控制系统：这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的，如程序控制机床的程序控制系统的输出量应与给定量的变化规律相同。

8、连续系统：连续系统是系统状态随时间作平滑连续变化的动态系统。包括由于数据采集是在离散时间点上进行而导致的非连续变化。连续系统可用一组微分方程来描述。

9、采样系统或离散系统：通常把系统中的信号是脉冲序列形成的离散系统，称为采样控制系统或脉冲控制系统；而把数字序列形成的离散系统，称为数字控制系统或计算机控制系统。

10、定常系统：定常系统又称为时不变系统，其特点是：系统的自身性质不随时间而变化。具体而言，系统响应的性态只取决于输入信号的性态和系统的特性，而与输入信号施加的时刻无关，即若输入u(t)产生输出y(t)，则当输入延时τ后施加于系统，u(t-τ）产生的输出为y(t-τ)。

二、简答题（（每小题6分，共60分）

1、什么是反馈？为什么要进行反馈控制？

答：外反馈是指人们为了达到一定的目的，有意加入的反馈。闭环控制系统的工作是基于系统的实际输出与参考输入间的偏差之上的。在系统存在扰动的情况下，这种偏差就会出现。进行适当的反馈控制正好能检测出这种偏差，并力图减小这种偏差，而最终使得偏差为零。事实上，反馈控制仅仅需为无法预计的扰动而设计，因为对可以预知的扰动，总可以在系统中加以校正。

2、求拉氏反变换的方法有哪些？

答：1.利用拉氏变换表 2.利用部分分式展开法。然后再利用已知函数的拉氏变换和拉氏变换的性质

3、简述串联相位超前、相位滞后校正的优缺点。

答：相位超前校正：优点：加快系统响应速度；提高系统相对稳定性。缺点;问题精度变化不大。

相位滞后校正;优点：提高系统稳态精度；提高系统相对稳定性。缺点：降低系统响应速度。

4、简述开环与闭环的区别。

答：开环：指控制装置与被控制对象之间只有正方向作用而没有反馈作用作用的控制过程。系统的输出对被控对象没有影响。优点：简单，稳定，可靠，缺点：精度通常较低，无自动纠偏能力。闭环：指控制装置与被控制对象之间不仅存在正方向作用还具有反馈作用的控制过程。优点：精度高，对外部扰动和系统参数变化不敏感。缺点：存在稳定，振荡，超调等问题，系统性能力分析和设计麻烦。

5、简述传递函数的性质。

答：(a)传递函数只取决于系统和元件的结构和参数，与外作用及初始条件无关。（b)只适用于线性定常系统(c)一个传递函数只能表示一个输出的函数关系。（d）不能反映在非零初始条件下系统的运动情况（e)是复变量S的有理真分式函数。(f)可以是有量纲也可以是无量纲。(g)物理性质不同的系统，环节或元件，可以具有相同类型的传递函数。(h)与单位脉冲响应函数一一对应，是拉氏变换与反变换的关系。

6、简述方框图的组成。

答：（a)函数方框（b)信号传递线（C)相加点（d)分支点

7、简述结构图具有的特点。

答：（a)形象而明确地表达了系统的组成和相互连接的关系。可以方便的评价每一个元件对系统性能的影响。信号的传递严格准守单向性原则，对于输出对输入的反作用，通过反馈支路单独表示。（b)对结构图进行代数运算和等效变换，可方便的求得整个系统的传递函数。（c)当S=0时，结构图表示了各变量之间的静态特性关系，故称为静态结构图，而 S不等于0时，即为动态结构图。

8、简述奈奎斯特图的绘制步骤。

答：（a)由G（jw)求出实频特性P(w)，虚频特性Q(w)和幅频特性|G(jw)|,相频特性的表达式;（b)求出若干特征点，如起点w=0,终点w=00，与实轴的交点Q(w)=0,与虚轴的交点P(w)=0等，并标注在极坐标图上。（c)补充必要的几点，根据|G(jw)|,/_G(jw)和P（w),Q(w)的变化趋势以及G(jw)所处的象限，作出奈奎斯特曲线的大致图形。

9、简述波特图的绘制步骤。

答： (a)将系统传递函数G(s)转化为若干个标准形式的环节传递函数的乘积形式。（b)由传递函数G(s)求出频率特性G(jw).(c)求典型环节的转角频率。（d）作出各环节的对数幅频特性的渐近线。（e)必要时，对渐近线进行误差修正。（f)将各环节的对数幅频特性叠加。(g)将叠加后的曲线垂直移动201gK，得到系统的对数幅频特性。（h)作各环节的对数相频特性，然后叠加而得到系统总的对数幅频特性。（i)有延时环节时，对数幅频特性不变，对数相频特性而应加上—Tw。

10、试写出PID控制器的传递函数。

答：传递函数WPID（S）=1/S（1+1/TiS+TdS）

三、计算题（每小题10分，共20分）

1、设系统特征方程为s4+5s3+2s2+4s+3=0,试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。