机械工程控制基础期末试卷答案2.docx

机械工程控制基础期末试卷 机械工程控制基础期末试卷 《机械控制工程基础》试卷第 《机械控制工程基础》试卷第 PAGE 3 页 共 12 页 一. 填空题(每小题 2.5 分，共 25 分) 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 和 。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 和 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 、 等。 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统 的程度。 1 一阶系统 Ts 1 的单位阶跃响应的表达是 。 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 。 频率响应是线性定常系统对 输入的稳态响应。 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与 的类型有关。 脉冲信号可以用来反映系统的 。 阶跃信号的拉氏变换是 。 二． 图 1 为利用加热器控制炉温的反炉馈温系控统制（系1统0 分） - + 电炉 U g  + - 减速器 热电偶加热器 - 给定毫伏信号 U + f 电压 功率 eU 放大 放大 e 可逆电机 自偶调压器 ~ 220V 图 1 炉温控制结构图 试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。 三、如图 2 为电路。求输入电压u 与输出电压u 之间的微分方程， 并求该电路的传递函数 i 0 uiCR u i C R u 0 Ru u R i 0 (a) Cu L u C i 0  (b) 图 2 (c) 四、求拉氏变换与反变换 (10 分) 1． 求 [0.5 ? tet ]（5 分） 2． 求 ?1[ 3s (s ?1)(s ? 2) ]（5 分） 五、化简图 3 所示的框图，并求出闭环传递函数（10 分） H H2(S) Xi(S) G (S) 1 G2(S) G3(S) XO(S) H1(S) 图 3 六、图 4 示机械系统由质量 m、阻尼系数 C、弹簧刚度 K 和外力 f (t) 组成的机械动力系统。 图 4(a)中 x o 是输出位移。当外力 f (t) 施加 3 牛顿阶跃力后(恒速信号)，记录仪上记录质 量 m 物体的时间响应曲线如图 4（b）所示。试求： 该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5 分) 该系统的自由频率? n 、阻尼比? ；(2 分) 该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k；（3 分） 时间响应性能指标：上升时间t 、调整时间t 、稳态误差e （5 分）。 s r ss f(t)x (t)0 f(t) x (t) 0 k c m 0.095 t 0 1.0 0 2 4 图 4(a) 机械系统 图 4（b）响应曲线 图 4 七、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数Gk ? 10 ，则该系统在单位脉冲、 5s ?1 单位阶跃和单位恒速信号（斜坡信号）作用下的稳态误差ess分别是多少？（10 分） 八、设有如图 5 所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数 k 值的取值范围（10 分）。 -Xi (s)× 1 - s  k (s ?1)(s? 5) X (s) 0  Ts ?1 X (s) 图 5 二. 填空题(每小题 2 分，共 20 分) 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性 和准确性。 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环控制系统 和 闭环控制系统 。 机械工程控制基础期末试卷 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数等。 稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。 1 一阶系统 Ts ?1 的单位阶跃响应的表达是1? e?t / T 。 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。 频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。 二． 图 1 为利用加热器控制炉温的反炉馈温系控制统系（统10 分） - + 电炉 U g  + - 减速器 热电偶加热器 - 给定毫伏信号 U + f 电压 功率 eU 放大 放大 e 可逆电机 自偶调压器 ~ 220V 图 1 炉温控制结构图 试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。 解答：输出量：炉温。输入量：给定电压信号。被控对象：电炉。 系统包括：电位器、放大器、电机、减速器以及自藕调压器、热电偶。原理方框图： 《机械控制工程基础》试卷第 6 页 共 12 页 机械工程控制基础期末试卷 机械工程控制基础期末试卷 《机械控制工程基础》试卷第 《机械控制工程基础》试卷第 PAGE 10 页 共 12 页 三