機械工程控制基礎期末試卷.填空題(每題2.5分，共25分）1．對控制系統(tǒng)的基本要求一般能夠概括為穩(wěn)固性、迅速性和正確性.2．按系統(tǒng)有無反應，往?？蓪⒖刂葡到y(tǒng)分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。3．在控制工程基礎課程中描繪系統(tǒng)的數(shù)學模型有微分方程、傳達函數(shù)等.4．偏差響應反應出穩(wěn)態(tài)響應偏離系統(tǒng)希望值的程度，它用來權(quán)衡系統(tǒng)控制精度的程度。1的單位階躍響應的表達是。5．一階系統(tǒng)Ts16．有系統(tǒng)的性能指標依據(jù)其種類分為時域性能指標和頻域性能指標。7．頻次響應是線性定常系統(tǒng)對諧波輸入的穩(wěn)態(tài)響應。8．穩(wěn)態(tài)偏差不單取決于系統(tǒng)自己的構(gòu)造參數(shù)，并且與的種類相關(guān)。9．脈沖信號能夠用來反應系統(tǒng)的。10.階躍信號的拉氏變換是。二．圖1為利用加熱器控制爐溫的反應系統(tǒng)（10分)爐溫控制系統(tǒng)-++電爐Ug-給定毫電壓功率減速器熱電偶Ue自偶調(diào)-伏信號放大放大壓器Uf+可逆加熱器電機~220V圖1爐溫控制構(gòu)造圖試求系統(tǒng)的輸出量、輸入量、被控對象和系統(tǒng)各部分的構(gòu)成,且畫出原理方框圖，說明其工作原理。三、如圖2為電路.求輸入電壓ui與輸出電壓u0之間的微分方程，并求該電路的傳達函數(shù)10分）uiRu0uiCRu0(a)(b)圖2四、求拉氏變換與反變換(10分）uiLCtu01．求[0.5te](5分）(c)2．求1[3s]（5分）(s1)(s2)《機械控制工程基礎》試卷第1頁共9頁機械工程控制基礎期末試卷五、化簡圖3所示的框圖,并求出閉環(huán)傳達函數(shù)（10分）H2(S)Xi(S)XO(S)G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)圖3六、圖4示機械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K和外力f(t)構(gòu)成的機械動力系統(tǒng).圖4（a)中xo(t)是輸出位移.當外力f(t)施加3牛頓階躍力后(恒速信號)，記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時間響應曲線如圖4（b）所示。試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學模型和傳達函數(shù)；(5分）2）該系統(tǒng)的自由頻次n、阻尼比；（2分)3）該系統(tǒng)的彈簧剛度質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度k;（3分）4）時間響應性能指標：上漲時間ts、調(diào)整時間tr、穩(wěn)態(tài)偏差ess（5分）。x0(t)x0f(t)0.095k1.0cmt024圖4（a）機械系統(tǒng)圖4（b）響應曲線圖4七、已知某系統(tǒng)是單位負反應系統(tǒng)，其開環(huán)傳達函數(shù)10,則該系統(tǒng)在單位脈沖、單Gk5s1位階躍和單位恒速信號（斜坡信號)作用下的穩(wěn)態(tài)偏差ess分別是多少？(10分）《機械控制工程基礎》試卷第2頁共9頁機械工程控制基礎期末試卷八、設猶如圖5所示的反應控制系統(tǒng)，試求依據(jù)勞斯判據(jù)確立傳達函數(shù)k值的取值范圍（10分）。Xi(s)1kX0(s)×s(s1)(s5)X(s)-Ts1圖5.填空題(每題2分,共20分)10．對控制系統(tǒng)的基本要求一般能夠概括為穩(wěn)固性、迅速性和正確性。11．按系統(tǒng)有無反應，往常可將控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。12．在控制工程基礎課程中描繪系統(tǒng)的數(shù)學模型有微分方程、傳達函數(shù)等。13．穩(wěn)態(tài)偏差反應出穩(wěn)態(tài)響應偏離系統(tǒng)希望值的程度,它用來權(quán)衡系統(tǒng)控制精度的程度。14．一階系統(tǒng)1的單位階躍響應的表達是1et/T。Ts115．有系統(tǒng)的性能指標依據(jù)其種類分為時域性能指標和頻域性能指標.16．頻次響應是線性定常系統(tǒng)對諧波輸入的穩(wěn)態(tài)響應。17．穩(wěn)態(tài)偏差不單取決于系統(tǒng)自己的構(gòu)造參數(shù)，并且與輸入信號的種類相關(guān).18．脈沖信號能夠用來反應系統(tǒng)的抗沖擊能力。10。階躍信號的拉氏變換是1/s。二．圖1為利用加熱器控制爐溫的反應系統(tǒng)（10分）爐溫控制系統(tǒng)-++電爐Ug-給定毫電壓功率減速器熱電偶-自偶調(diào)伏信號Ue放大放大壓器Uf+可逆加熱器電機~220V圖1爐溫控制構(gòu)造圖試求系統(tǒng)的輸出量、輸入量、被控對象和系統(tǒng)各部分的構(gòu)成,且畫出原理方框圖,說明其工作原理.解答：輸出量：爐溫。輸入量:給定電壓信號。被控對象：電爐。系統(tǒng)包含：電位器、放大器、電機、減速器以及自藕調(diào)壓器、熱電偶?！稒C械控制工程基礎》試卷第3頁共9頁機械工程控制基礎期末試卷原理方框圖：三．如圖2為電路。求輸入電壓ui與輸出電壓u0之間的微分方程，并求出該電路的傳達函數(shù)。（10分)uiRu0uiCRu0(a)(b)圖2解答：跟據(jù)電壓定律得ui1Lu0RCu0dtCu0ui(c)d2u0d2ui1du0dt2RCdtdt2RCsG(s)RCs1四、求拉氏變換與反變換3．求[0.5tet]解答:112s(s1)24．求1[3s](s1)(s2)《機械控制工程基礎》試卷第4頁共9頁機械工程控制基礎期末試卷解答：=3et6te2t六、化簡框圖，并求出閉環(huán)傳達函數(shù)H2(S)Xi(S)XO(S)G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)圖4解：H2X(s)+X(s)ioG1G2G3__H/G31Xi(s)X(s)G1G2G3__1G2G3H2H1/G3《機械控制工程基礎》試卷第5頁共9頁機械工程控制基礎期末試卷Xi(s)Xo(s)G1G2G31G2G3H2G1G2G3G1G2H1七、圖示機械系統(tǒng)由質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度K和外力f(t)構(gòu)成的機械動力系統(tǒng)。圖（a)中xo(t)是輸出位移.當外力f(t)施加3牛頓階躍力后,記錄儀上記錄質(zhì)量m物體的時間響應曲線如(b）圖所示.試求：1）該系統(tǒng)的微分方程數(shù)學模型和傳達函數(shù)；（4分)2）該系統(tǒng)的彈簧剛度質(zhì)量m、阻尼系數(shù)C、彈簧剛度k；（3分）3）時間響應性能指標：上漲時間ts、調(diào)整時間tr、振蕩頻數(shù)N、穩(wěn)態(tài)偏差ess（5分).x0(t)x0f(t)0.095k1.0cmt024圖(a）機械系統(tǒng)圖（b）響應曲線解答：解：1)關(guān)于該系統(tǒng)有：mx0tcx0tkx0tft故Gs

1ms2csk2）求k由Laplace變換的終值定理可知：x0limx0tlimsX0sts0lims13cskss0ms23k《機械控制工程基礎》試卷第6頁共9頁機械工程控制基礎期末試卷而x0=1.0，所以k=3。求m，由MM

x0tpx0得:px0100%p0.095100%9.5%1.0又由式Mpe12100%求得=0.6將tp2,0。6代入tp中,得n=1。96。dn12再由kn2求得m=0。78。m求c由2nc,求得c=1.83.m3)求tsts3=0。05時)2。55（取nts4=0。02時)3。40（取n求tr12arctan0。91tr2.323d求N1.512取=0。64=0.05時,N212取=0。85=0。02時，N求ess當輸入為階躍信號時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差為:《機械控制工程基礎》試卷第7頁共9頁機械工程控制基礎期末試卷ess

11Kp關(guān)于0型系統(tǒng)KpK1，代入式中求得：ess=0.5八、已知某系統(tǒng)是單位負反應系統(tǒng),其開環(huán)傳達函數(shù)Gk10，則該系統(tǒng)在單位脈沖、單15s位階躍和單位恒速信號作用下的ess分別是多少？（8分）解答：該系統(tǒng)為單位負反應且為0型系統(tǒng),k=11,所以該系統(tǒng)在單位階躍和單位恒速信號作用下的ess分別是1、。11在單位脈沖信號作用下的穩(wěn)態(tài)偏差為esslims1Xi(s)lims110H(s)[1G(s)H(s)]10s0s0115s九、設猶如下圖的反應控制系統(tǒng)，試求依據(jù)勞斯判據(jù)確立傳達函數(shù)k值的取值范圍Xi(s)1kX0(s)