機(jī)械工程控制基礎(chǔ)(第六版)課后習(xí)題答案62606

1、例r- 2 FTiI. 2- d刃-tR «a祐齡ffil坯捋鈿«竝.試分術(shù)辿齊J 3K統(tǒng)旳"動(dòng)iW刑ist村步右t垃 個(gè) 豕 城 rt仃 5 川3誑4<?人2、»<»刈0*«扌尢套力乞各 JSL +1-，廠;二:音辭刀胛血也gg幾 9*»m< m»» 左就承也 AB <fY 4>，M 沌W ;處伽費(fèi)械$河丹吐恒W尿犧丙 林於側(cè) X寸 G +IJ儷 E 瞬葉湎砒劉 iAMlW*<3SitA 旳楠出 tA.ia 刃 V> < G岱鈕加 tc 祖軸 g 迦隹丹孕

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3、lt;* faeaajsc上. 當(dāng)今卜囚序e號i屁術(shù)>r 迅za:空+匕ej倔#6彳占 】一.才o伽左繚電伍希力豐畋大 &.“e電tag牛申盤初皆hn盤塵政空：妝動(dòng)妝9驅(qū)環(huán)UiWFK砒丿動(dòng)介蟲頭.自標(biāo)廊傭高口寸動(dòng)加 頭 E3 "» 曲4 中.：wt “>戈r 8對卷動(dòng) /S2 之 力n * 電魁 i4r簫|）溫 應(yīng) F5PU 冷農(nóng) g.劉止令 琲統(tǒng) Z fM ” 廊田 »«腳 <ftN 1. 2. BrtPf -ZT主宰 一I 誥:?H -Fm < <W J.m. b g£M和沁蟲冷佃系饑方你iXt11 磯

4、永工fejCUrt«倫的*升92 NJ獲©/壬殲”什么7峽 <a誡工也繪1W論:丸辰上是研處m誡上務(wù)”，廣*不饑的攻，力*舊（謝貝體地i黨"旺研刑 M ja 譏榭i H 痰 tse xFt訂-2 L 乂 護(hù)杭 T* 走Z1今夕卜 殲糸們up 仙 人ct3t磁毎fr 知夕卜力n 禪 4曲 3 制 力n 干擾作用 下，從 系統(tǒng)溝 定旳初 始4Ai態(tài)出發(fā).所經(jīng)歷的山共 內(nèi)部的 S 有 待性（即 由系統(tǒng)的結(jié)杓與參 敢所塊定的鑄性所塊定的繪個(gè)動(dòng)瓷 W利：研究這一系統(tǒng)&芨諭入、輸出宕之冋的動(dòng)態(tài)款系。從系統(tǒng).輸入輸出三者之間 的關(guān)系 山發(fā)根tsciin條 件與求輛

5、問1® 的不同機(jī)址工鋰4«制 論的任務(wù)可以分為以下五方冋:C1）已切系統(tǒng).輸人求系統(tǒng)的輸th，即系統(tǒng)分桁問題5d）己知系統(tǒng)和系統(tǒng)的理想蛾出設(shè)卄輸.入即厳優(yōu)4«制問題；C3巳知輸人和理想偷出說討痰統(tǒng)、KP垠優(yōu)設(shè)計(jì)剛題,<4>feft itie知.確定系統(tǒng)以識異”軸.入Sfe輔入中的有關(guān)佶總牝Hfl濫波與初測間融？（$）系統(tǒng) 朋冊 入和 他出 已知求 系統(tǒng) 的絡(luò) 構(gòu)與妙SS（和 系統(tǒng)辨識 冋鶻。I- 2 什么.是內(nèi)反饋？為什么說內(nèi)反AH是使機(jī)械系統(tǒng)紺寒復(fù)雜的主sera-la?解 內(nèi)皮徨足描柱系統(tǒng)內(nèi)存住騎的 &種自然形慮的皮flft. 它圭姿曲卑綻內(nèi)

6、部各個(gè)元S?之同的 相互楓aw形成。內(nèi)反誡反映擠統(tǒng)內(nèi)那備參數(shù)之冋的內(nèi)衣聯(lián)耒.丼存在對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有菲術(shù)18ft 錢的彩叭.而機(jī)域系銃存柱的內(nèi) 辰饋僧況千差萬別、鉗綜52雜因此使得機(jī)械乗統(tǒng)紛繁復(fù)雜.W<IR3cJS * Me >13 敢分析如RUaa U 3- a>所示JR統(tǒng)的內(nèi)反怫情況。® <« I. 3. b> 系統(tǒng)的方檢ra<1<2)<3>解 分別對y嘰，機(jī)g進(jìn)行妥力分桁并列寫其動(dòng)力學(xué)方程 機(jī)2込 i 心口 一=八t ，»& +一 2十冷 1丄=O由1>有T- Azp * / +-(c由（2

7、）有行子,-i O2 +上乂（4> 若以/2為系疏旳簡人，cf為象統(tǒng)的楡"八則屋統(tǒng)的幼力半方桎可E 圖CJSS. 13. b）所 示的力惟ra表示.顯然該乗統(tǒng)存柱內(nèi)反佃U14達(dá)分析如RK超1- 4. a>所示機(jī)械加工過程的內(nèi)反演 W 況。M 當(dāng)?shù)毒咭悦x進(jìn)給« >進(jìn)行切削時(shí).在切削過桎中產(chǎn)生切削力 夕八而GC機(jī)床-工件系統(tǒng)發(fā) 牛，戀形iaihy 城少丁刀具旳咬際進(jìn)給a 比時(shí)a=$八進(jìn)而又形響到切削力的變化.如此館環(huán)便 得切削過程為一個(gè)動(dòng)態(tài)歷程具寄一些動(dòng)奮轉(zhuǎn)性.苴過可用圖 <彌】 4. b）戲示的右檻?：«示。12-_Wiiin機(jī)床工件系統(tǒng)圖

8、（題衣b）切m過程的方框圖15 fr么是外反債？為什么要進(jìn)行反®控制？解外反饋是指人們?yōu)榱诉_(dá)到一定的目有意加人的反饋。閉環(huán)控劇系統(tǒng)的工作是基于 系統(tǒng)的實(shí)際輸出與參考輸人間的偏差之上的，在系統(tǒng)存在擾動(dòng)的情況卞,這種偏差就會(huì)出現(xiàn)。 進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆答伩刂普媚軝z測岀這種偏差,并力圖減小這種偏差，而最終便得偏差為零.事 實(shí)上,反饋控制僅儀需為無法預(yù)計(jì)的擾動(dòng)而沒計(jì)，因?yàn)閷梢灶A(yù)&的擾動(dòng)4總可以在系統(tǒng)中加 以校正。1.6試分析以下例子中礫些是人為地利用反饋控制,以達(dá)到預(yù)期指標(biāo)的自動(dòng)控制裝置，（1）蒸汽機(jī)的調(diào)速寒統(tǒng)（參閱習(xí)題112）;（2）照期系統(tǒng)中并聯(lián)的電燈；（3）電冰箱的恒溫系 統(tǒng)：（4

9、）家用全自動(dòng)洗衣機(jī)。解1）、（3）為反饋控制系統(tǒng)；（2）、（0不是反饋控制系統(tǒng)，詳細(xì)分析請參考習(xí)題1.12和 習(xí)題LW的解答，17在下列這些持續(xù)運(yùn)動(dòng)的過程中，都存在信息的傳輸9并利用反饋來進(jìn)行控制,試加以 說明。（1）人騎自行車$（2）人駕駛汽車認(rèn)3）行駛中的船J解（D人騎自行車時(shí)，總是希望自行車具有一定的理想狀態(tài)（比如速度、方向、安全等人 人腦根據(jù)逑個(gè)理想狀;S指揮四肢動(dòng)作，使自行車按預(yù)定的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，路面的狀況等因素 會(huì)對自行車的實(shí)際狀態(tài)產(chǎn)生影響，使得自行車偏離理想狀態(tài)，人的感覺器官感覺車子的狀態(tài)， 并將此信息返回到大大®根據(jù)實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差調(diào)整四肢動(dòng)作，如此循環(huán)往復(fù)

10、。 其信息流動(dòng)與反饋的過程可以用於（題1. 7）進(jìn)行表亦C同理，可以解鏗2）人駕駛汽車、（3）行 |祝因（題1.7）人畸自行車（3£海動(dòng)與反®的過g駛中的船等過程中存在的信息加動(dòng)與反怏悟況"I. A 對控制條統(tǒng)的棊本要求是什么7解 對控制系統(tǒng)的華本墓垠有系統(tǒng)的稔定性向應(yīng)的快速性和響應(yīng)的椎確性等。其中，系 統(tǒng)徳建性是揑制系統(tǒng)工作的苜妥條件.I. 9 將學(xué)習(xí)卒帰起作為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)來考慮，試分析這功態(tài)系統(tǒng)的輸入、輸出及系統(tǒng) 的固有特性各捉什么？慮采取什幺措施來改善系統(tǒng)特性攝髙學(xué)習(xí)質(zhì)嵐？1- 10 原理。« 卒課程的尋習(xí)可視為一個(gè)動(dòng)態(tài)系綻由緻師、學(xué)生及教學(xué)大綱等

11、構(gòu)瑕。過一系統(tǒng)的綸 人為敕學(xué)大綱的要求，愉出 為 實(shí)際的«學(xué)ZfiS 這個(gè)疾 統(tǒng)中教師的教學(xué)和學(xué)生 的學(xué)習(xí)是矽響系 続輸出的圭要因?qū)幹贫哂质蔷o儕聯(lián)系，相輔相成，缺一不可的。因JH;.在教學(xué)的過穫中鞋充 分發(fā)揮這礴方而的積極舛和胃總動(dòng)性及時(shí)反儻和左流JBA想只有這禪才施較好地完成穀學(xué)大綱 的襄求提商學(xué)習(xí)質(zhì)U麗生法中有許多開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)試舉出幾個(gè)具體例子，井說頻它們的工作解往曰帑主活中，有許多開環(huán)控制嫖統(tǒng)，如I全自動(dòng)詵衣機(jī)、電風(fēng)扇、電幼攪押機(jī)等.就全 自動(dòng)洗衣機(jī)而言，用八碩入猜令機(jī)潴按照用冃選捱的洗衣瘵序洗滌衣物。程序主成后無論衣 物晟否干凈，機(jī)縄均停止工作其方框閣如閔5 1. 1

12、0所示。衣臘令卞衣機(jī)I七亠一PI在日滯歩活屮也有許多閉環(huán)控制系統(tǒng)如，電 冰箱電熱水器等。其中電熱水1»的溫度控制系統(tǒng) 的H作原理儀其控制力整圖町垂考例1. 1.I- 11 IfXfiS 1. 11.«襄示一個(gè)張力矩制系統(tǒng)。 當(dāng)送科速度在短時(shí)冋內(nèi)突然變化時(shí).試說明控制系 統(tǒng)於作原理”癖 （1 ）在給定參考輸入下腳耍求帶料途度為 某一數(shù):偵此時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)由電裡G動(dòng)滑 輪/-籌組成.的瑕統(tǒng)力平術(shù)4曲催的車力7、動(dòng)滑輪的 重力 P.帯的張力2才之間的關(guān)系為：2于=尸十G.由 于受力平衡動(dòng)滑輪在鉗直方創(chuàng)上不動(dòng)測喊用的轉(zhuǎn)圖（iB、 i 1, H）fit不轉(zhuǎn)動(dòng)，即測ift頭的榆人魏

13、J不轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）當(dāng)送料速度在短時(shí)問內(nèi)突然發(fā)生宓化時(shí)帶料住送*1的過程中張力發(fā)主變化此時(shí)力 平衡豈列験壞于堆動(dòng)滑輪點(diǎn)直方向上產(chǎn)生位移測加用的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，并使測頭榆人軸轉(zhuǎn) 動(dòng).其削飾移輸人和杭大器。39加 徴密 宇奇彳fc 內(nèi)*ti 伎g 5急庚化 大？ JKfc 大虛扌他 人 工$ 込:«c沁"八*1 氷月丿:住*匕9力K-J豐& 鈾“ 從 nfjjip f»J 丁 ?K :打旳盤彳匕給旳妙*伽J 9首力 n勺 H 於，iA Sft iSr fW ;/r4K PSl *n Jan t its i- b” 心能穴上，T廐 那S丹鈿人力動(dòng)宿$6 片童尸和JR 譯冊

14、址nj ua過改；ft r； 師*出和呱力），測漳環(huán)半啟科y *q P? 戶 d； she V'-上匕 軻？趙1 »v 斶 E 2T 再 "十CM 侏；平 初 涎蚪X rsr JP*杳屯i*E F5 珂,弟 彳吃樺經(jīng) 彳*? 惑 JWt 41? 4匕丹電斉夠.軸尼 經(jīng) 加：大 .fr 刃4A彳r 兀彳牛些 込 M 僦0 人 J f 達(dá) 嚴(yán)生弁命動(dòng) X'| ttC «S X寸Sft 半孝*曲皿矩刪.轟峑I黛黑1再T兗溶tI “柱 * . F 112 RI c«n 112Q 衣e 足一加軸底 編口 軌碩理F« . 砂“s 卿速彌 e

15、 41” rt, 1" 火 a 力杪L iffl 俎曲濁詐輪 a*孑轉(zhuǎn)fh i* nr 為 s g 年$ M ar年& 8 飛*ia 產(chǎn)呼 8 阿“宀刃？ft 禪* 力惟？«，兩駛 w 妁迪 八一丄*/B,WJH< /薊 r u PM «' ib*j Xii=X=Ji j>40M *71,bTfW < JttJH 1 (3. « >Jiff e 由弓趟Hf預(yù)緊力iW 準(zhǔn). 當(dāng) 3 憲條變化H寸.iiCi兌抄J挖制系統(tǒng)的f卡用誡祝.解 發(fā)動(dòng)仇無夕卜來擾動(dòng)時(shí)離速吿禺的詭轉(zhuǎn)用連度36木為-崔朋.此時(shí)陶心悶鹿88與 液壓比

16、例控制辭處于相對平衡狀態(tài)$當(dāng)發(fā)勃機(jī)麥夕卜來擾動(dòng)如施哉的宏化便3上井.毗時(shí)咼 心測俚辭的滑套產(chǎn)生向上M位移。杠桿、厶的作用使液壓比例粽制掰的控制洌閥閥芯上移 從而打升適迫工，使髙nuHi通過詼通道流人功力活塞的上SP,迫使動(dòng)力fss 下移井適過？sa? 桿便發(fā)動(dòng)機(jī)油門關(guān)小，使3下降，以保證角趣度3恒定.下降列一定<ft 即電下降參一定值 a寸.液床沂閥又恢:S駕】朋位從而侔持丁轉(zhuǎn)i® 3 的怕定其方框禺女QBflCfiS 1. 12. b）斯示。卜T抽竹Ij發(fā)2）OTpg延«1 CjGS 1.紜 b>J 13 t5fl<JSg 1. 13. a>示為一

17、液固挖制系統(tǒng)。聞中 K.為散大辭的堆益.D為執(zhí)ft電機(jī). Z為減誼谿.試分祈諫糸統(tǒng)的工作原理并往系統(tǒng)中找出控制審.抗動(dòng)療«烷制«控制器利 械控對鏡 我將jtfc何動(dòng)技血慕統(tǒng)改住為人工控制系統(tǒng)試aa出相應(yīng)的系統(tǒng)控制力框®.MtJ ZD H 水柯j贋Qy向勿測:fit冗伶大耳因取彳弋乜位8»作為比tft 耳揑伽為框tsiiffi肉<1® I. i»c>QE g廠.人空t 沖磴*燒卜廠 ig動(dòng)X Sr-匸亙口 一匚蘭亙二I尋H更血i WCT h試«?印J «強(qiáng)（尊II 4d、Wf >1濁ifti n動(dòng)拎

18、Hrt疾£曲H作漳BC .若梅承統(tǒng)旳緒構(gòu)改為1tnhH<«S 1. 14, 冊存.那 SET 作 g何 «h 耐 71- 14厶亠(7Ate<a>ra <JBS I , 14 >）» tfflces 1-13- 種液向ej動(dòng)控制統(tǒng)以悍證液面島度不變. 水遍過閥門控制而進(jìn)人水箱當(dāng)水.位不l&d上升時(shí).通過浮千值遼%變化盜敞大控制電機(jī)貧動(dòng)逋過誡連 »S便的門關(guān)小減少水流* 當(dāng)水位下障時(shí)適過浮子反碌，經(jīng)電仇過過誠建辭使腹門幵大。 這一閉壞控制系統(tǒng)星用浮子作比校器來比校實(shí)際液血髙度和所指ffl卿液tw忘度，并通過電

19、位 佶號控 制 電機(jī)來 拎棚；5門6幵度.對蝕差進(jìn)行修 正從 而探持液 Wi髙度不 變其扯 制方框圖如 韻<翹113b>.殺統(tǒng)中擁制域?yàn)锳/"吮動(dòng)»為Q披控制電為液面的高度«狡制對您為水;m 除水箱心今卜g JK5分綻體力抿H洌。F 松再也 W 複JP 蟲大;j（，fa> £1 & 1 羈趙® < «3 1. 13- b>若將此換綻改力人 L 鉄fiW 眾 0fe .少W 人Hit彳t 替V字十作 a»手取代.啟大#S.電粒L、？戲速群爭作為放大.HU 初壞解圖（越114-a所赤是一種液

20、而自動(dòng)檸制系統(tǒng)，以保證面尚度不變.水通過閥門控 制而迸人水箱當(dāng)水位不骼上刃吋，通過浮子經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)便閥門關(guān)小械少進(jìn)水流hU 當(dāng)水位 卜降時(shí)通過浮子反懺經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)便凋門開大。這一閉環(huán)控制系統(tǒng)，是用浮子作控制歸來比較 實(shí) 際液面高度和所希望的液面度并通過杠車卜機(jī)構(gòu)來控制閥 門的 升度.對偵差進(jìn) 行修正從 而保持液面離度不變，共捽制方框n如囲（鹿 L 14.C）,此祭統(tǒng)為一負(fù)反饋系統(tǒng).斗乂 a |_琴液簡而圖（西】14. h屮水通過閥門控制而逬入水箱當(dāng)水位過寸，通過浮子經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu) 使閥門開大增大進(jìn)水流冒。當(dāng)水位下降時(shí)，通過浮子反«.經(jīng)杠抨機(jī)構(gòu)便閥門關(guān)小這一閉環(huán) 控制系統(tǒng)，用浮子作挖制器來比較

21、實(shí)際液面縄度和所希望的液面島度并通過杠桿機(jī)構(gòu)來控制 閥門的開皮，但反餓的纟占采使偏差增大此系統(tǒng)為一正反呦系統(tǒng)。其控制方框圖亦如圖（遜 1. 1 l-c但由于引人了不適23的正反饋使得系統(tǒng)不穩(wěn)定無怯達(dá)到液而自動(dòng)捱制的目的2h 15 某倉摩大門自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理如圖（題I- 35, a）所示，試說明自動(dòng)控制大門開啟 和關(guān)閉的工作原程，并曲；匕糸統(tǒng)方框圖，1. 15-a)解 圖霸】15. G所示足一舛大門開閉自動(dòng)控制系統(tǒng)以保證大門按要求正確開3和關(guān) 閉。'片開關(guān)位于"'開廠廣狀態(tài)，井且門*幵到位時(shí)，通過電位貉，使放大器輸人端正向電壓不為 0。經(jīng)放大器放大驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絞盤出向

22、轉(zhuǎn)動(dòng)便門上升而開啟貢到門開啟到位.當(dāng)開關(guān)位于 關(guān)rr狀態(tài)并且門未關(guān)到企通過電位器，使戒大器輸人喘反向電壓不為。經(jīng)放大器放大郭動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)狡盤反何轉(zhuǎn)動(dòng)使門下環(huán)而關(guān)仏這-閉畔制系統(tǒng)，是用電位器作比較器來比較門炳狀態(tài)和所絆的狀銘并通過放大器、驅(qū)或電機(jī)、絞盤來控制:1的尸氛對偏差進(jìn)彳冷 正攻禪成大門的側(cè)控制，其控制方框馳圖遁1，15M 瞬統(tǒng)為-負(fù)反饋系宛用邀115山）CjtiJ1Ci(f)C(v)"iCJ p"E (例24S圖例 2.4,b)S (例 2. 4. c)+習(xí)題與解答2I什么是線性系統(tǒng)？其最重要的箱性是什么？解凡是能用線性微分方程播述的系統(tǒng)就是線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的一個(gè)最S

23、要的待件就 是它満足聲加®理.2.2求圖«2.2)所示兩系統(tǒng)的微分方程。解C1)對圖所示系統(tǒng)，由牛頓定律有/CO 幼(f) my (/)P"1111/ / / >Ca>pn<jt5 2. 2>枷3> </> 心對 w<b所示系ec 山牛傾定徐有亠左*= /（>/"a，"="7夕"）-舟嚴(yán)；A /»求出它們各自的徴分方稅.圖中才.衣小> <o十S八。i 3 fS<«S 2. 3中三ra分別表樂丁三個(gè)機(jī)械系統(tǒng)“ 示輸人伎矽.工。表示輸出位

24、移，個(gè)進(jìn)榆出蜿5Eft 般毀應(yīng)。* h一 ！- 一 E I >W<tgi 2. 3>解 I J*t«lCa：>施示系綻由牛頓定律有<'| <-i» 上9）桝込+ fc十6）孔（2：>對圈1>>斯承5?統(tǒng)弓|人一中同喪展才并由牛額定體有 J Ch, .rOAi = r<> .r Ivt.r jco>魁除中冋戀:«；才r匕YA, J- A歲.to L<<、2 - -4<3 5 5fJ KI <u> 阿示 疥烷 曲 *t-熨CI 怎村徇 '<>

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27、gt;>IW血和屈缺站檸動(dòng)丿J半今析列3動(dòng)力半眉毛土 AH卞, M = ,+ C十 RkM 一 工)kKQ j) tn'i -r cj消除中間變a.“即可得到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程冊 + (朋Cn +")0 + (R2% * Cm - K/W十 k(cR + G方=加+ KM26已知系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程如下，試寫出它們的傳遞函數(shù)y(5)/RG)o(a) y d- 15®+ 50$+ 5003/ = r+ 2r(b) 5.yd- 259工 0. 5r(c) 夕十25=0. 5廠(d) 莎 + 3$斗 6, + 4 r>d/ n 4尸J解根潯傳遞函數(shù)的定義，求系統(tǒng)的傳遞

28、函數(shù)，只需將其動(dòng)力學(xué)方稈兩邊分別柱零初始條 件下進(jìn)行拉氏變換，然后求y <5)/7?gk(a) KO斗 15rya)+ 5O$YG) + 5OOy(s)n/«(c + 2R(c.“)處)卞品紿阪(b) 52y($)十25sy(Q = O. 5sR(s)2處r黑恙(c) fy(£+ Z5Y(C=0, 5K(J)“)曲)卡(d) $zy(s)+3$y(Q+6ya)+4 丄 y(s)=4RsygrT點(diǎn)吊2.7若呆線性定常系統(tǒng)在單位階躍輸人作用下，其輸出為丁 （門=1一?="十力a試求系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)。解由傳遞函數(shù)的定義有119%）=丄一 一»丘75$ 丁

29、 2 S + 12"亠 6$ I 2ysx心2. 8輸出與輸人.丁心）的關(guān)系為心）=2.公+0. 5.*（門（a）求當(dāng)工作點(diǎn)分別為文。= 0,6=1, g_2時(shí)相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)輸岀值。（b）在這些工作點(diǎn)處作小偏差線性化模型，并以對工作點(diǎn)的偏差來定義和y,寫出新的 線性化模型，毎 R）將文0 = 0, 了產(chǎn)1, %=2分別代入心） = 2£（f）4O3工3（f）中，即得當(dāng)工作點(diǎn)為甌=0, 0-1.心=2時(shí)相應(yīng)妁穩(wěn)態(tài)輸出值分別為e = 0» m = 2.5, y=8（b）根據(jù)非線性系統(tǒng)線性化的方法有，在工作點(diǎn)as”）附近，將非線件阪數(shù)展開成泰勒 級數(shù)，并略去髙階項(xiàng)得M +

30、3 = 2文0 + 0.+ （2 f 1. 3/） |=f Ajc；=（2 4 1.若令r=A有.y=（2 M.當(dāng)工作點(diǎn)為xo=0時(shí)*=（2 +15了»工=2丁當(dāng)工作點(diǎn)為-ro=時(shí)j = （2+ 1. 5z?）x-3. 5文當(dāng)工作點(diǎn)為2'o = 2時(shí)，）= （2 +1. 5戒）工=8了 2.9巳知滑閥節(jié)流流a方程式為Q = w、譬、式中,Q為適過節(jié)流閥節(jié)流口的流r量/為節(jié)流閥節(jié)流口的前用油壓差;丁，為節(jié)擁閥的位移量疋為沆量系數(shù);3為節(jié)流口血枳梯 度"為油密度。試以Q與衛(wèi)為變凰（即埒Q作為/的函數(shù)）埒節(jié)流閥流量方程線性化。解利用小僥差線性化的概念,將函數(shù)Q = F（矢

31、“）在預(yù)定工作點(diǎn)FEE處按泰勒級 數(shù)展開為Q N F（"）= FS，仇）十鶴1%如 X十（話）l（w 'P十消除高階項(xiàng)，有Q = Fgp) = FS,仇)十dF十（喬）1 me»Q=尸(叭丿)F(畑九二弘、 丨塔兒sJU"(魯1%如 W 一 FgpJG令嘰和4十(訓(xùn)5 若令2(養(yǎng)兒W心: Kl (；) IT., St有Q Ki Ar* -;人； 'P將上式改寫為增雖方程的形式為Q = K 叭 r 2、P2.10試分析當(dāng)反饋環(huán)節(jié)'"(”) = 1、前向通道傳遞函數(shù)G(§)分別為慣性壞節(jié)，微分環(huán)節(jié), 積分環(huán)節(jié)時(shí)，箍人，輸出的

32、ffl環(huán)傳遞函數(shù).解 由于慣性壞節(jié)、微分環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)分別為ca)=命 而閉環(huán)傳遞函數(shù)為GO)+ G：為G 則(D當(dāng)反悅壞芳"($)-1,前向逼道傳遞匣數(shù)G(.J為慣性環(huán)節(jié)時(shí)，K廠=Ga = 1 i-cKT =廠 M - tTTTk-Ts - 1(2) 當(dāng)反®環(huán)節(jié)片3 = 1前向通道傳遞函SG為嚴(yán)分環(huán)節(jié)時(shí)，廣-5)_ 八"_ 匚Chj：麗 _ 3 ±T1(3) 當(dāng)反饋環(huán)節(jié)"($) = 1,前向通道傳逋函數(shù)(；(s)為積分環(huán)節(jié)時(shí)，KKS !* K2>n證明圖<® 2-11)與圖2.4(a)所示系統(tǒng)是膽似系統(tǒng) (即證

33、明兩條統(tǒng)的傳遞西數(shù)具有相同形式)«|S(題2ll)解 對題2"6)系統(tǒng)可列出相應(yīng)的方程。i (-fdf(1)=Rd-(f - h)df詢一 WeS »1 一 心厶=對以上三弍分別作Laplace變検，并注到初始條件為零，即貝勺A CO)f 人(£)= /?,/CO + 4V r S/<0) / <0) 0=/ < O)=CKt + ；/<5>f7,o一f/<5)j /?iCa/O)7* f.c>< < e <?2"心一ZG<5)(6C5 3 X 占 V» C人/1 Cj

34、s)<73<8>o + o,得d- A,）CfAO> 1 £討（$邕X扛才6八2 -片憑r；7" QGxS1"a"c(“" +R；C<9>舟4）武屮的 5 3代人（9）式63-（& +占廠S + i蘇右+ 塔7?匸"3再用（4或與上貳相比以消去 "Q, &卩得電系統(tǒng)的傳煙函數(shù)為C/O>"心、</?> + )/(£忠*務(wù)；+ 怎+注720uMV ,_ -N F "S 十 1 +TffJ*® 中，弓人中(M 奩播才依動(dòng)力

35、學(xué)知幟<m Xo2 4- <-ri 2)乙1 <.r ,r>r,<.£« -r )cx kx瓦寸上=母分刃q ilt彳？扌立氐凈E 煥丹心纟C-M<w,Vo<.<>3 十"sC*c“> 門匚心a、兀<、>:?.xi <» oOL 1 亠 5$我O a > _-_g >"<含梅f “.,”*$竝 + CS -h T一氣+ Ac 1 + C A上匕校網(wǎng)系絨iKi個(gè)專遜圏 砂希 故注阿*4-蹤徒為梢伽系綻。212京離刪 久12：>劇示|«3

36、炳饑曲傳連曲*.ns ( «A 2 X2 >H ClFh UH C律耳,；尹口T 4尋吞t>丿丿爭力祖Kz匚</> 夂TcOR* j w：r <.r 3+ rrjx- <r >作 I-aplac<> 空挾彳導(dǎo)ex. Vs 5JKq<$；>TA =05 +0*心0)MV00 =兀eCQ/XO iA/<e£* + c$ + A<2> PH < t：)中瘁址母(為電冋斑 M i>ft 刖彳好力錘為J Z, + 乙+么5乙人$ 5 a* < > + Z>7(E >

37、 I - *7了 <jt>cca兒3/5 /2十尿"尸2.13求圖(題213)所示系統(tǒng)的傳遞8數(shù)C(/(/)為輸 入，力為輸出解 分別對如曲2進(jìn)行受力分祈,列寫其動(dòng)力學(xué)方程有/ - g5'2 F cOa 一 ？1)=叫$2fi(jb - yJ -好9 K 旳罰對上兩我分別進(jìn)行Laplace變換有jF(j) 一 一CiSY,(s) - YiS)=叫Wy川)1*1/0 y,(5) 一 耐W = «!*丫1($)消除人($)得Z 人$)/幾)加$ + r；3 + k“叫* 叫6 + 叫(5 + Q)y t (tn>k r mJF 十 4(衍 + 叨2.1

38、4若系統(tǒng)傳遞奮數(shù)方框圖如圖(題2.14)浙示，求：(1) 以為輸入,當(dāng)"($)=0詠分S«K；C(s),y(s),B(5),EW為敏出的閉環(huán)傳遞函數(shù)。(2) 以NG)為輸人，當(dāng)R(5)= O時(shí),分別以C()Y&),B($),£($)為笹岀的團(tuán)環(huán)傳遞西數(shù)。(3) 出較以上各傳遞函數(shù)的分母，從中可以得出什么結(jié)論川Q-&旳+V解(1)以為輸入，當(dāng)N($)=0時(shí)：、C(5)G】($)GaGN)"麗"i+GwUG荀 G($)=Xkl=2 R(i 1+G(g(c"($) _B札 G«GM(s) 63 M) i+G心)(汕

39、)H($) f 仏)=恥)=1E'-Rs廠 l+GWGWHG)若以C($)為輸出，有若以y($)為堆出，有若以B($)為堆出侑若以E為轉(zhuǎn)出，方圖(g 2.14)(2) 以N«)為輸人，當(dāng)R($)=0時(shí)；若以C(3)為墻出，有(加若以yG)為輸岀有若以£($)為輸出有C(o = =c r(v) -Gg(M'如；HG(g(M“)1 f BQ) G4d/b)=蕊廠匸乙花應(yīng)云)川7) Ge (s)=型=-(迅亜L_ B KG) 1 十 G山)Gg/6)從上可知:對于同一個(gè)團(tuán)環(huán)系統(tǒng),當(dāng)輸人的取法不同對，前向通道的傳遞函數(shù)不同，反 饋回路的傳遞函數(shù)不同，S統(tǒng)的傳遞函數(shù)也

40、不硏，但系統(tǒng)的傳遞廉?dāng)?shù)的分母慄持不變,這是因 為這一分母反映了系統(tǒng)的固有特性，而與外界無關(guān).2”已知某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖如圖(g2.I5.a5所示其中，X(J為輸人，乙(打?yàn)?輸出NG)為干tt,試求G($)為何值対，系統(tǒng)可以消除干擾的彫響aK(S 2.心)+B 方法一:報(bào)據(jù)線性系統(tǒng)的疊加嵐理,令X«)-<hV($)為輸入，系統(tǒng)的輸出為XMC = N($)G(5)Gb&) - AUKGJf)其中.K, K$、.'、 QH 1KAZ” rriir瓦;=ETT麗"S 7 5 卜 1丫、 f 、丁$ + 1(加(5)= 訐+ K 1 * n + 1KKKj

41、g)“舟X°N(C 二 N(jGb G($)-K&Z£)二 TF+；我；TXoN(" = 0C<5）-TT-p-A J A» 2方ft二;令X.（5）= O,A>）為輸入，則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框曙可以表示成圖（題2.15.b）所示。根據(jù)相加點(diǎn)前后移動(dòng)的規(guī)則可以將其進(jìn)一步簡化咸圖（題215c）«ffl（題2.15M）所示 的形式.ASn$ t-+Y Ts41Hn+lNg心2$） 2XM/乩門 2+5+K 丿團(tuán)(題 2.15.C)圖（題2巧,d>因此,杲統(tǒng)在N（§）為輸人時(shí)的傳®函數(shù)為KiKpA/Ga)

42、p-；- .tj , wguj =亍一;rrp75-十 $ 十 A|AjAj4K岳22.16求岀圖（題2.16."所示系統(tǒng)的傳逋函數(shù)扎解 方法一:利用公式（2,3.1）,可得（“ = K 右=G（；GS刊5 一 乂（ J - I -cgGM 4- GGGJA - GGHi 十 GGJ人方法二2利用方樁圖簡化規(guī)則，有圖（題2.16.b）同樣可得Gd）-於r W,系統(tǒng)可沁除干擾的:影響。JV(“ T"A. <父X3Xg &)RI t他 2 Ifi. a)MS J p11 1 s 1 1nri 271 X®»LT s6 IInml1 "

43、lMsP1 *ossGgq- 7 ；2 cr ；rac鵝 2. 16. IO廣 A、_Xp js) 匚牡”匚+ CiC/2<73<7i<73 _ _B &*江.、1 + CV1&2/匚&3 +(1 + CaUJGiGgGg GCrIT2_ 1 KKd Q 1 KKg Kg("r匕M十薊a K Q)當(dāng)Kd=O時(shí)系統(tǒng)的稔態(tài)俁左為,1 g譏 I凡J =心 r + 3 = F=疋一令細(xì)=1二復(fù)=0,得習(xí)題與解答31什么是時(shí)間響應(yīng)？解時(shí)何響應(yīng)罷擔(dān)系統(tǒng)的響應(yīng)(輸出)在時(shí)域上的表現(xiàn)形式，或系統(tǒng)的劫力學(xué)方程在一定 初始條件下的解.3.2吋間響應(yīng)由哪兩部分組成

44、？各部分的定義是什么？解按分類的原則不同，時(shí)間響應(yīng)有不同的分類方法.按響應(yīng)的來源分:零狀態(tài)響應(yīng)，即初始狀態(tài)為零時(shí)，由系統(tǒng)的輸人引起的響應(yīng);零輸入響 應(yīng)，即系統(tǒng)的輸入為零時(shí),由初始狀態(tài)引起的響應(yīng)，按響碰的性質(zhì)分為強(qiáng)迫響應(yīng)項(xiàng)和自由胞應(yīng)項(xiàng).對丁穩(wěn)定的系統(tǒng),其時(shí)間響應(yīng)又可分為疑態(tài)晦應(yīng)項(xiàng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)項(xiàng)。3 3時(shí)間響應(yīng)的瞬態(tài)響應(yīng)反狹哪方面的性能？而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映哪方面的性能？解瞬態(tài)響應(yīng)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)的快速性等兩方面的性能;穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映了系 統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性。3.4設(shè)系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)函檢如下,試求這些系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。(I) w(C=00125ci 加;JT(2) w(r) = 5f 4 10sin(4

45、f-r );1(3)諷 m(i-c"y 解Xd$) = lTGI，) G(、】=Lie，(2)因此，(1) C(s) = Li"i7) = Lt. 01?5e 川=上¥羋(S(.s)=Lr«/(r) = L5/ + 10sin(-k-*-Y)J=2 + iOLsin<4/十y）=斗+5 /Lsin4f十CCS4訂5i S¥+5 77（島+詁專+5燈帛C.1 _37 G(j)=Lw(r) = L0.0h=$3”設(shè)fl度計(jì)能分鐘內(nèi)指示出響應(yīng)殖的98%,并且假設(shè)溫度計(jì)為一階系統(tǒng)，傳遞函數(shù)為G(s)=亍命P求時(shí)間常數(shù)。如果將此S度計(jì)放在澡金內(nèi)，澡

46、盆的溫度依lOC/min的速度 線性變化，求fig計(jì)的誤差是爭大？解(1)0為一階系統(tǒng)GG)=#j的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為工/r) = i e + ,令1=1, 心心)=1X93% = 6 9&得：0. 98=1L*解得7=0. 256mm(2) 因?yàn)橐浑A系統(tǒng)GG)=*p4壇入作用下的時(shí)W«應(yīng)"=L-'：GG)R(s)- 1珂57 -劊-AL-專-手 + 7=4(! 一丁 + 化-扌):.M=r(t)-Xcr(i)=At-A(t-T+Tch=AT(A-Gh2.SM-c當(dāng) Z=lmineW=253'C3.6如圖(題3. 6. a)所示的電網(wǎng)絡(luò)，(1) 試求

47、其單位階K響應(yīng)、單位脈沖響應(yīng)和單位倒坡響應(yīng)，并畫出根應(yīng)的響應(yīng)曲線。(2) 若作為積分器，輸入分別為單位脈沖、單位階躍和單位斜坡函數(shù)時(shí)，問其誤差各等予多大?Ui解（1）該系統(tǒng)的徴分方程可以表示為件=iR + »<.«y = i id/其傳遞跚為g診;=誌沽"顯然,該系統(tǒng)為一階系統(tǒng).其單位殊沖瞄應(yīng)函數(shù)為單位脈沖fl應(yīng)如圖（S3e.b）;其單位階K響應(yīng)函數(shù)為珀"） = !-*單位階躍響應(yīng)如圖（題3.5.C）；其單位斜城響 應(yīng)函數(shù)為珀十T+Tc *，單位斜坡響應(yīng)如圖（S 3. 6.d）e（2）標(biāo)準(zhǔn)積分器的傳ii函數(shù)為 g（5）=夫（r=RC）圖(題36.0

48、圖俺36d)其單位脈沖購應(yīng)函數(shù)為妙（r） = ;其單位階K響碰函數(shù)為了則=*;其單位斜坡響應(yīng) g數(shù)為血）（t）=耳;，顯然，用圖（題3.6.a）所沐網(wǎng)貉代替積分器,存左俁差Mr）。它們分別為:U）當(dāng)«入為單位脈沖函數(shù)時(shí)e(t) = W)(:) w(f) = *(1 一 e"*)若心若 t=T,若/卩（/）=wia）-3（f）=*（i-c *）=0e0)=ui(f)u4f)=(e 爭)= (】一£)<(£)=g(£)iz?(f)=y(l(：-*)=¥；(b)當(dāng)輸人為單位階躍函數(shù)時(shí).(?)=知&)=畑門=歹一1+gT若(T,

49、p(f) = T刖(f一：1崇()=了；一1 亠C 亍=0?<£) Si(f)才 3(r)=歹1 +廠戸=石<?</)(Z)= H e = yT)(c) 當(dāng)墻人為單位斜坡函數(shù)時(shí),了二如")一 W)=只I *百十7 -c(f)=zd( ) = 0若/=八(0 =如竝r(D=?XQ. 5 右)*0=才機(jī)(f)f 如(7)=#(0. 5fT)從以上分析可Sb用困(題3. 6."所示系統(tǒng)代替積分器時(shí)、只能用在fT段，才能保證戻 差很小.當(dāng)r瑙大時(shí)，其近似程a提高C3-7 5知控制系統(tǒng)的微分方程為2. 5y(t) +7(門=典應(yīng)，試用Lapbcc變換也求該

50、系 統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)g(。和單位階躍響應(yīng)A(D,并討論二者的關(guān)糸，解由傳遞函數(shù)的定義和系統(tǒng)的微分方程，可得系統(tǒng)的傳遞鬲數(shù)為宀、y(5)2082 5s 十 1 S + 6 4“r而4一系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為2= LTG($)X($) = L-i$4總6 4 1系統(tǒng)的童位階躍響應(yīng)為h(" r】Gf)X(J = L- A$ 十 U. 4 t-201丄5$ + 0. 4-20(1 -帶3)比較ga)和風(fēng)打,有旅"=護(hù)(門或力(F)=g("d5由此可得出結(jié)論;系統(tǒng)對某種卷人的導(dǎo) 戳的響應(yīng)等于系統(tǒng)對該輸人的響應(yīng)的導(dǎo)數(shù);系統(tǒng)對某種輸人的積分的響應(yīng)等于系統(tǒng)對該輸人 的陶應(yīng)的積分3.

51、8已知某線性定常系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)為>(r) - f 0. iTl + e-'(3sm3f cos5/)試求其單位階躍響應(yīng)和單位脈沖響應(yīng)函數(shù)。解因?yàn)閱挝浑AK函數(shù)、單位脈沖S數(shù)分別為單位斜玻函數(shù)的一階和二階導(dǎo)數(shù)，故系統(tǒng)的 單位階響應(yīng)和單位脈沖響應(yīng)函數(shù)分別為單位斜坡響®的一 »和二階導(dǎo)數(shù)。即：單位階K響應(yīng)為K«a(f) = " 0.11 + e7(3sin3r cos3f) 1 玄加3?單位脈沖響應(yīng)為w</)= ( 0.11 + e*(3sin3J cosS) Y'(1 e 'cos3l)' = e"*(

52、3sin3i + cos3f)K39已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為6kG)=求：K=2(b T=().2： (2)K-16, T-0.1；K-2.5, T-1等三種情況時(shí)的單位 趺響應(yīng)，并分析開環(huán)増監(jiān)K與時(shí)間常數(shù)T對系統(tǒng)性能的彭唱.解由于單位反慣系統(tǒng),其筋向通道傳遞函數(shù)與開環(huán)傳逸函數(shù)相等，所以，系統(tǒng)的閉環(huán)傳 遞函數(shù)為KKGf；=二廠=f $ 十 1 + K =7?+ 77TTTT + TK該糸統(tǒng)為一階糸統(tǒng)，其時(shí)間常數(shù)為喬PT系統(tǒng)增益為科P因妣,其單位階躍響應(yīng)為工/) = K： (1 - e 牛)(1)當(dāng) K = 20. 7=0.2ia,九")=/7亍(1一字')=°

53、;9 辺(1一£-"”)KK+1當(dāng) K=l6, 7=0.2 W,(3)當(dāng) K=25, r=l 時(shí).軸(八=疋刁(1亠£丁')=°6吒(1- ik) 如=(1 一Kp)=0 714(1-C X)從上面可知:當(dāng)K值增大時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)快速性變好;T值減小時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)快速性變好。3.10已知系統(tǒng)的單位階斷響應(yīng)為、(/)二140茨"亠1.23,試求：(1) 該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(2) 系統(tǒng)的E尼化$和無阻尼固有頻率3"解 */.ro«(/) = lT0.2c®1.2e''z,(/)1*xa = 7+最

54、一嶺XG) = i（1）該系統(tǒng)的用環(huán)傳遞函數(shù)為G3 - m/Xg =：丄 士 気一£ V 罷）/ 7 =600<2>系統(tǒng)為-個(gè)典型二階乘統(tǒng)'/戒=6002E% = 70% /600 = 24. 5C = L 433. 11證明如圖題3. J1）所示系統(tǒng)是一個(gè)簡單的二階系統(tǒng)，并求耳無阻尼固有頻目 肌尼SJ有頻率和阻尼比.圖（懸3- 11）解簡化傳遞函數(shù)方框圖有3；丄5- 4+ ZJ)s -4-吠GeCO ,茨叫十丄.” _1丄叫H J3;2 仙 + $ ' f + 2 恣 + S顯然，這是一個(gè)簡單的二階系統(tǒng)。無阻尼固有頻率為叫，且2®* =曲Kf

55、+則阻尼比為F = 05叫應(yīng)十有阻尼固有頻率為3 =糾71-3. 12圖題3. 12）為茱數(shù)控機(jī)床條統(tǒng)的位置隨動(dòng)系統(tǒng)的方框圖，試求;（1）m尼比W及兀組尼囚有頻率5?（2）該系統(tǒng)的側(cè)心上和9G.(S)心+ 1)_ _9_9“ + £ + 9C ,、 、心 4 1)5($) E T心+ 1)顯然該系統(tǒng)為一簡單的一1階系統(tǒng)，其中妬=:即它足一個(gè)二階欠阻尼系統(tǒng)。圖題3-12)叫-4“= 3X1-(訂$7 = 2. 958 S-C * 范 H 3 X W = 0 5QCtJjjS = are(an() = arctan 916 = 1. 403CFM單位階躍響應(yīng)參數(shù)為上升時(shí)間蜂值時(shí)間二唱護(hù)十

56、s3.14最大超調(diào)量過渡過程時(shí)間3辭議EgM嚴(yán)八鈔=6 占bw=0 538=53.8%若42%振蕩次數(shù)若25%N=2g若 4=2%若25%N=2g15 丿 1F = n8Z8p37t<3.13試求下述系統(tǒng)在單位斜坡函數(shù)rO)=/(Q0)絵入下的響應(yīng))(£)和謀菱函數(shù)心).*)=/+畑我(0«1)Ld - Fw、 c、 111 I T . r丫($)=65一=+ 升7=-_-十I T 7"J討一一+評不J=f-T+Te歹心)=(_"門"一a7'+7k i)=r-rery(,)=(;(£)« 丄=2丄3'&

57、lt;r)i-4-e''(co&ajar-或皿 f)叫叫咳/lF§十.嚴(yán)'%-sinfttAi；+aTcian 厶l孑) (rO)> % /T二嚴(yán)2 卜 1其中.茨于于./P?e 7.-sin(fd,4Z ?nrrl,<in )(fO)卸/1一”'3< 24試分別虧岀二階系統(tǒng)在下列不同尼比耿值范a內(nèi)，系統(tǒng)倚征根灘二平鹵上的分 布及單位階默響應(yīng)曲線。(1) 0<<1,<2) =1,(3)1,(4)-<：<0,<5)$=-1解二階蔡統(tǒng)在不同®尼比取值范圍內(nèi)，系統(tǒng)特征根在£平面上的分布及單位階跌胸應(yīng) 曲線如圖(題3.14)所