機(jī)械工程控制基礎(chǔ)期末超級重點(diǎn)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——機(jī)械工程控制基礎(chǔ)期末超級重點(diǎn)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)（期末復(fù)習(xí)試題總結(jié)）

編輯：XX工程大學(xué)機(jī)械工程及自動化101孫云

一．簡答題.（三個共15分）

1.1機(jī)械工程控制論的研究對象和任務(wù)是什么？

答：機(jī)械工程控制論實質(zhì)上是研究機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題。具體的說，它

研究的是機(jī)械工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件（即輸入或鼓舞，包括外加控制與外加干擾）作用下，從系統(tǒng)的一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的其內(nèi)部的固有特性（即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)所決定的特性）所決定的整個動態(tài)歷程：研究這一系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的關(guān)系。

從系統(tǒng)、輸入、輸出三者之間的關(guān)系出發(fā)，根據(jù)已經(jīng)條件與求解問題的不同，機(jī)

械工程控制論的任務(wù)可以分為以下五個方面：

（1）.已知系統(tǒng)、輸入，求系統(tǒng)的輸出，即系統(tǒng)分析問題；（2）.已經(jīng)系統(tǒng)和系統(tǒng)的理

想輸出，設(shè)計輸入，即最優(yōu)控制問題；（3）.已知輸入和理想輸出，設(shè)計系統(tǒng)，即最優(yōu)設(shè)計問題；（4）.輸出已知，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中的有關(guān)信息，此即濾波與預(yù)計問題；（5）.系統(tǒng)的輸入和輸出已知，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即系統(tǒng)辨識問題。1.2什么是內(nèi)反饋？為什么說內(nèi)反饋是使機(jī)械系統(tǒng)紛繁繁雜的主要問題？

答：內(nèi)反饋是指系統(tǒng)內(nèi)存在著的各種自然形成的反饋。它主要由系統(tǒng)內(nèi)部各個元素之

間的相互耦合而形成。內(nèi)反饋反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部各參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，其存在對系統(tǒng)的動態(tài)特性有十分敏銳的影響，而機(jī)械系統(tǒng)存在的內(nèi)反饋狀況千差萬別、錯中繁雜，因此使得機(jī)械系統(tǒng)紛繁繁雜。P12*系統(tǒng)的分類.

1.對廣義系統(tǒng)，可按反饋狀況分：

（1）.開環(huán)系統(tǒng)當(dāng)一個系統(tǒng)以所需的方框圖表示而沒有反饋回路時，稱之為開環(huán)系統(tǒng)。（2）閉環(huán)系統(tǒng)當(dāng)一個系統(tǒng)以所需的方框圖表示而存在反饋回路時，稱之為閉環(huán)系統(tǒng)。2.對自動控制系統(tǒng)還可以按輸出變化規(guī)律分：

（1）.自動調(diào)理系統(tǒng)在外界干擾作用下，系統(tǒng)的輸出仍能基本保持常量的系統(tǒng)。

（2）.隨動系統(tǒng)在外界條件作用下，系統(tǒng)的輸出能相應(yīng)于輸入在廣闊范圍內(nèi)按任意規(guī)律變化的系統(tǒng)。

（3）.程序控制系統(tǒng)在外界條件作用下，系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化的系統(tǒng)。P15*對控制系統(tǒng)的基本要求：穩(wěn)定性、快速性、確鑿性。

3.1什么是時間響應(yīng)？由哪兩部分組成？各部分的定義是什么？

答：1）時間響應(yīng)是指系統(tǒng)的響應(yīng)（輸出）在時域上的表現(xiàn)形式，或系統(tǒng)的動力學(xué)方程

在一頂初始條件下得解。

2）按分類的原則不同，時間響應(yīng)有不同的分類方法。

按響應(yīng)的來源分：a.零狀態(tài)輸入響應(yīng)，即初始狀態(tài)為零時，由系統(tǒng)的輸入引起的響應(yīng)；

b.零輸入響應(yīng)，即系統(tǒng)的輸入為零時，由初始狀態(tài)引起的響應(yīng)。

按響應(yīng)的性質(zhì)分：強(qiáng)迫響應(yīng)項和自由響應(yīng)項。

對穩(wěn)定的系統(tǒng)，其時間響應(yīng)又可以分為：瞬態(tài)響應(yīng)項和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)項。

3.3時間系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)反映哪方面的性能？而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映哪方面的性能？答：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)的確鑿性。二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)：1）上升時間

2)峰值時間

3)最大超調(diào)量

4）調(diào)整時間

5）震蕩次數(shù)

N隨ξ的增大而減小，其大小直接反應(yīng)系統(tǒng)的阻尼特性。4.1什么是頻率特性？什么是頻率響應(yīng)？

答：對于線性定常系統(tǒng)，若輸入為諧波函數(shù)，則其穩(wěn)態(tài)輸出一定是同頻率的諧波函數(shù)，將輸出的幅值之比定義為系統(tǒng)的幅頻特性；將輸出的相位與輸入的相位之差定義為系統(tǒng)的相頻特性。將系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性統(tǒng)稱為系統(tǒng)的頻率特性。線性定常系統(tǒng)對諧波輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)稱為頻率響應(yīng)。4.2什么叫機(jī)械系統(tǒng)的動柔度、動剛度和靜剛度？答：若機(jī)械系統(tǒng)的輸入為力，輸出為位移（變形），則機(jī)械系統(tǒng)的頻率特性就是機(jī)械系統(tǒng)的動柔度

；機(jī)械系統(tǒng)的頻率特性的倒數(shù)就是動剛度

.

；當(dāng)ω=0時，

系統(tǒng)頻率特性的倒數(shù)為靜剛度

5.1系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義

答：系統(tǒng)在初始狀態(tài)作用下，由它引起的時間響應(yīng)隨時間的推移，逐漸衰減并趨向于零。（即回到平衡位置）的能力。若隨著時間的推移，系統(tǒng)能夠回到平衡位置，則系統(tǒng)是穩(wěn)定時；若隨著時間的推移，系統(tǒng)偏離平衡位置越來越遠(yuǎn)，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。*Bode判據(jù)：在Bode圖上，在據(jù)N=Z-P..（P為

左邊，（負(fù)穿越次數(shù)-正穿越次數(shù)）×2=N

極點(diǎn)具有正實數(shù)的個數(shù)）.若Z=0，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；反之，閉環(huán)系

統(tǒng)不穩(wěn)定。

二．列出以下系統(tǒng)的微分方程，并求出傳遞函數(shù)G?S?1.P61圖a。

2.3圖示分別表示了三個機(jī)械系統(tǒng)，求出它們各自的微分方程，途中xi表示輸出位移，假使

輸出端無負(fù)載效應(yīng)。

解：（1）對圖a所示系統(tǒng)，由牛頓定律有

即

Laplace變換：∴傳遞函數(shù)

；

（2）對圖（b）所示系統(tǒng)，引入一中間變量x，并由牛頓定律有即：

Laplace變換：

∴傳遞函數(shù)：

三、方框圖化簡，并寫出傳遞函數(shù)G(S).(15分).

解：

化簡步驟如下：

∴傳遞函數(shù)

四.計算題。（選考5道大題計算，共60分）1.*P92.設(shè)系統(tǒng)的方框圖如下圖，其中時，求其性能指標(biāo)

.當(dāng)有一單位階躍信號作用于系統(tǒng)

解：

（3）

2.

時，試求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出

1）作各環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性漸近線，如下圖所示；

2）對除比例環(huán)節(jié)外，將各環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性疊加得A1；3）將A1上移28dB（即系統(tǒng)的增益的分貝數(shù)20lg25），得系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性A。

該系統(tǒng)由一個比例環(huán)節(jié)（K=10），一個積分環(huán)節(jié)…

列出Routh表

∴該系統(tǒng)不穩(wěn)定.

7.試根據(jù)以下開環(huán)頻率特性分析相應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

說明Nyquist軌跡在第2、3象限.

作系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的Ny