機械工程控制基礎(chǔ)(楊叔子)簡答題答案

機械工程控制基礎(chǔ)(楊叔子)簡答題答案1.何謂控制系統(tǒng)，開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)有哪些區(qū)別？答：控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出，能按照要求的參考輸入或控制輸入進行調(diào)節(jié)的。開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造簡單，不存在不穩(wěn)定問題、輸出量不用測量；閉環(huán)系統(tǒng)有反饋、控制精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計時需要校核穩(wěn)定性。2.什么叫相位裕量？什么叫幅值裕量？答：相位裕量是指在乃奎斯特圖上，從原點到乃奎斯特圖與單位圓的交點連一直線，該直線與負實軸的夾角。幅值裕量是指在乃奎斯特圖上，乃奎斯特圖與負實軸交點處幅值的倒數(shù)。3.試寫出PID控制器的傳遞函數(shù)？答：GC(s)=KP+KDs+KI/s4,什么叫校正（或補償）？答：所謂校正（或稱補償），就是指在系統(tǒng)中增加新的環(huán)節(jié)或改變某些參數(shù)，以改善系統(tǒng)性能的方法。5.請簡述順饋校正的特點答：順饋校正的特點是在干擾引起誤差之前就對它進行近似補償，以便及時消除干擾的影響。6.傳函的主要特點有哪些？答：（1）傳遞函數(shù)反映系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，只與本身參數(shù)和結(jié)構(gòu)有關(guān)，與外界輸入無關(guān)；（2）對于物理可實現(xiàn)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)分母中s的階數(shù)必不少于分子中s的階數(shù)；（3）傳遞函數(shù)不說明系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，不同的物理結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，只要他們的動態(tài)特性相同，其傳遞函數(shù)相同。7.設(shè)系統(tǒng)的特征方程式為4s4+6s3+5s2+3s+6=0，試判斷系統(tǒng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。答：各項系數(shù)為正，且不為零，滿足穩(wěn)定的必要條件。列出勞斯數(shù)列：s44s363s236s1-25/3s06所以第一列有符號變化，該系統(tǒng)不穩(wěn)定。8.機械控制工程主要研究并解決的問題是什么？答：（1）當(dāng)系統(tǒng)已定，并且輸入知道時，求出系統(tǒng)的輸出(響應(yīng))，并通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關(guān)問題，即系統(tǒng)分析。（2）當(dāng)系統(tǒng)已定，且系統(tǒng)的輸出也已給定，要確定系統(tǒng)的輸入應(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即系統(tǒng)的最佳控制。（3）當(dāng)輸入已知，且輸出也是給定時，確定系統(tǒng)應(yīng)使得輸出金肯符合給定的最佳要求，此即最優(yōu)設(shè)計。（4）當(dāng)系統(tǒng)的輸入與輸出均已知時，求出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，此即系統(tǒng)識別或系統(tǒng)辨識。（5）當(dāng)系統(tǒng)已定，輸出已知時，以識別輸入或輸入中得有關(guān)信息，此即濾液與預(yù)測。9，在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標(biāo)有哪些？答：（1）在系統(tǒng)校正中，常用的性能指標(biāo)按其類型可分為：(1)時域性能指標(biāo)，它包括瞬態(tài)性能指標(biāo)（即上升時間、峰值時間、最大超調(diào)量、調(diào)整時間等）和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（即穩(wěn)態(tài)誤差）。（2）頻域性能指標(biāo)，它包括相位裕量、幅值裕量、頻寬等。10.求拉氏反變換的方法有哪些？答：（1）查表法；（2）有理函數(shù)法；（3）部分分式法。11.簡述二階欠阻尼系數(shù)a，wn與性能指標(biāo)Mp(超調(diào)量)、ts(調(diào)整時間)的關(guān)系。答：二階欠阻尼系統(tǒng)若a不變，增大或減小w(n)，則超調(diào)量t(p)不變，調(diào)整時間t(s)減?。ɑ蛟龃螅?若t(n)不變，增大（或減?。゛，則超調(diào)量M(p)減小（或增大），調(diào)整時間t(s)減?。ㄔ龃螅?2.簡述串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)的作用。答：串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)的作用是：串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)增大了相位裕量，加大了寬帶，這就意味著提高了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使過度過程得到顯著改善。但由于系統(tǒng)的增益和型次都未變化，所以穩(wěn)態(tài)精度變化不大。13.傳遞函數(shù)的典型環(huán)節(jié)主要有哪幾種？答：（1）比例環(huán)節(jié)K；（2）積分環(huán)節(jié)1/s（3）微分環(huán)節(jié)s（4）慣性環(huán)節(jié)1/（Ts+1）（5）一階微分環(huán)節(jié)Ts+1（6）震蕩環(huán)節(jié)1/(T2s2+2aTs+1)（7）二階微分環(huán)節(jié)T2s2+2aTs+1（8）延時環(huán)節(jié)e-ts。14.終值定理的應(yīng)用條件是什么？答：若函數(shù)f（t）及其一階導(dǎo)數(shù)都是可拉氏變換的，并且除在原點處唯一的極點外，sF（s）在包括含jw軸的右半s平面內(nèi)是解析的，這就意味著當(dāng)t趨近與無窮時f（t）趨于一個確定的值，則函數(shù)f（t）的終值為limf（t）=limF（s）。15.什么叫系統(tǒng)分析？答：當(dāng)系統(tǒng)已定，并且輸入知道時，求出系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)），并且通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關(guān)問題，即系統(tǒng)分析。16.對數(shù)坐標(biāo)圖的主要優(yōu)點有哪些？答：（1）可以將幅值相乘轉(zhuǎn)化為幅值相加，便于繪制多個環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的系統(tǒng)的對數(shù)頻率特性圖。（2）可采用漸近線近似的作用方法繪制對數(shù)幅頻圖，簡單方便，尤其是在控制系統(tǒng)設(shè)計、校正及系統(tǒng)辨識等方面，優(yōu)點更為突出。（3）對數(shù)分度有效地擴展了頻率范圍，尤其是低頻段的擴展，對工程系統(tǒng)設(shè)計具有重要意義。17.簡述拉氏反變換中部分分式法的步驟。答：部分分式法是通過代數(shù)運算，先將一個復(fù)雜的象限函數(shù)化為數(shù)個簡單的部分分式之和，再分別求出各個分式的原函數(shù)，總的原函數(shù)即可求得。18.請寫出超前校正裝置的傳遞函數(shù)，如果將它用于串聯(lián)校正，可以改善系統(tǒng)什么性能？答：Gc(s)=1/a乘aTs+1/(Ts+1),a>1可增加相位裕量，調(diào)整頻帶寬度。19.影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因素有哪些？答：影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因素有系統(tǒng)的類型、開環(huán)增益和輸入信號。20.已知系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器為Gc(s)=(T1s+1)(T2s+1)/s,其中T1、T2>0，問是否可以稱其為PID調(diào)節(jié)器，請說明理由。答：可以稱其為PID調(diào)節(jié)器。Gc(s)=(T1+T2)+T1T2S+1/S.Gc(s)由比例部分(T1+T2)、微分部分T1T2s及積分部分1/s相加而成。21.什么叫機械系統(tǒng)的動柔度和動剛度？答：若機械系統(tǒng)的輸入為力，輸出為位移（變形），則機械系統(tǒng)的頻率特性就是機械系統(tǒng)的動柔度；機械系統(tǒng)的頻率特性的倒數(shù)就是機械系統(tǒng)的動剛度。22.什么叫機械系統(tǒng)的基本要求？答：對控制系統(tǒng)的基本要求有系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)的快速性和響應(yīng)的準(zhǔn)確性等，其中系統(tǒng)的穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)工作的首要條件。在參數(shù)已知的情況下分析和評定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。23.設(shè)開環(huán)傳遞函數(shù)Gs=100/s+10s+50,試說明開環(huán)系統(tǒng)頻率特性極坐標(biāo)圖的起點和終點。答：G（s）=0.2/（0.1s+1）（0.02s+1）G（jw）=0.2/(j0.1w+1)(j0.02w+1)G(jw)極坐標(biāo)圖起點：（0.2.j0）G(jw)極坐標(biāo)圖終點（0，j0）29.什么是數(shù)學(xué)模型？答：數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達式。建立數(shù)學(xué)模型是分析、研究一個動態(tài)特性的前提。一個合理的數(shù)學(xué)