機電控制工程基礎(chǔ)作業(yè)-答案.doc
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機電控制工程基礎(chǔ)第1次作業(yè)第1章一、簡答1什么是自動控制? 是相對于人工控制而言的,就是在沒有人直接參與的情況下,利用控制裝置使生產(chǎn)過程或被控對象的某一物理量(輸出量)準(zhǔn)確地按照給定的規(guī)律(輸入量)運行或變化。2控制系統(tǒng)的基本要求有哪些?控制系統(tǒng)的基本要求:穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性(穩(wěn)態(tài)精度),即穩(wěn)、快、準(zhǔn) 3什么是自動控制系統(tǒng)?指能夠?qū)Ρ豢刂茖ο蟮墓ぷ鳡顟B(tài)進行自動控制的系統(tǒng)。它一般由控制裝置和被控制對象組成。4反饋控制系統(tǒng)是指什么反饋?反饋控制系統(tǒng)是負反饋5什么是反饋?什么是正反饋?什么是負反饋?從系統(tǒng)(或元件)輸出端取出信號,經(jīng)過變換后加到系統(tǒng)(或元件)輸入端,這就是反饋。當(dāng)它與輸入信號符號相同,即反饋結(jié)果有利于加強輸入信號的作用時叫正反饋。反之,符號相反抵消輸入信號作用時叫負反饋。6什么叫做反饋控制系統(tǒng)?從系統(tǒng)(或元件)輸出端取出信號,經(jīng)過變換后加到系統(tǒng)(或元件)輸入端,這樣的系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)7控制系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)可分為哪3類?開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)8舉例說明什么是隨動系統(tǒng)。如雷達自動跟蹤系統(tǒng),火炮自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng),各種電信號筆記錄儀等9自動控制技術(shù)具有什么優(yōu)點? 極大地提高了勞動生產(chǎn)率; 提高了產(chǎn)品的質(zhì)量; 減輕了人們的勞動強度,使人們從繁重的勞動中解放出來,去從事更有效的勞動; 由于近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,許多生產(chǎn)過程依靠人們的腦力和體力直接操作是難以實現(xiàn)的,還有許多生產(chǎn)過程因人的生理所限而不能由人工操作,如原子能生產(chǎn),深水作業(yè)以及火箭或?qū)椀闹茖?dǎo)等等。在這種情況下,自動控制更加顯示出其巨大的作用。10對于一般的控制系統(tǒng),當(dāng)給定量或擾動量突然增加某一給定值時,輸出量的暫態(tài)過程可能有幾種情況?單調(diào)過程、衰減振蕩過程、持續(xù)振蕩過程、發(fā)散振蕩過程二、判斷1自動控制中的基本的控制方式有開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制。 正確2系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)主要有調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量,穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)為穩(wěn)態(tài)誤差。 正確 3如果系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間不存在反饋回路,輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響時,這樣的系統(tǒng)就稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。 正確4凡是系統(tǒng)的輸出端與輸入端間存在反饋回路,即輸出量對控制作用能有直接影響的系統(tǒng),叫做閉環(huán)系統(tǒng)。 正確5無靜差系統(tǒng)的特點是當(dāng)被控制量與給定值不相等時,系統(tǒng)才能穩(wěn)定。 錯誤6對于一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng),如果其暫態(tài)過程不穩(wěn)定,系統(tǒng)可以工作。 錯誤 7疊加性和齊次性是鑒別系統(tǒng)是否為線性系統(tǒng)的根據(jù)。 正確8線性微分方程的各項系數(shù)為常數(shù)時,稱為定常系統(tǒng)。 正確第2章一、簡答1什么是數(shù)學(xué)模型?描述系統(tǒng)輸入變量、輸出變量以及系統(tǒng)內(nèi)部各變量間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式2建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要方法哪些?建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要方法有解析法和實驗法3什么是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)?在線性定常系統(tǒng)中,初始條件為零時,系統(tǒng)(或元件)輸出的拉氏變換Xc(s)和輸入的拉氏變換Xr(s)之比稱為系統(tǒng)(或元件)的傳遞函數(shù)4單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s),則其閉環(huán)傳遞函數(shù)是什么?5二階閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)型是什么?其中的變量有什么含義?n-無阻尼自然頻率或固有頻率,; -阻尼比,。 6微分環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)表達式各是什么?一階微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)表達式G(s)=Xc(s)/Xr(s)=Ks二階微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)表達式積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)表達式G(s)=Xc(s)/Xr(s)=K/s7振蕩環(huán)節(jié)包含兩種形式的儲能元件,并且所儲存的能量相互轉(zhuǎn)換,輸出量具有振蕩的性質(zhì)。設(shè)振蕩環(huán)節(jié)的輸出量為xc,輸入量為xr,其運動方程式和傳遞函數(shù)是什么?振蕩環(huán)節(jié)的運動方程式為其傳遞函數(shù)為 二、判斷 1 傳遞函數(shù)只與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),與輸出量、輸入量無關(guān)。 錯誤2對于非線性函數(shù)的線性化方法有兩種:一種方法是在一定條件下,忽略非線性因素。另一種方法就是切線法,或稱微小偏差法。 正確3在自動控制系統(tǒng)中,用來描述系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律的數(shù)學(xué)模型有許多不同的形式,在以單輸入、單輸出系統(tǒng)為研究目標(biāo)的經(jīng)典控制理論中,常用的模型有微分方程、傳遞函數(shù)、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖、頻率特性等。 正確4. 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差大小取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和外輸入。 正確5傳遞函數(shù)是復(fù)變量s的有理真分式,分母多項式的次數(shù)n高于分子多項式的次數(shù)m,而且其所有系數(shù)均為實數(shù)。 正確6在復(fù)數(shù)平面內(nèi),一定的傳遞函數(shù)有一定的零,極點分布圖與之相對應(yīng)。正確7傳遞函數(shù)是物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,但不能反映物理系統(tǒng)的性質(zhì),因而不同的物理系統(tǒng)不能有相同的傳遞函數(shù)。 錯誤 8自然界中真正的線性系統(tǒng)是不存在的。許多機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等,在變量之間都包含著非線性關(guān)系。 正確 9實際的物理系統(tǒng)都是線性的系統(tǒng)。 錯誤 10 某環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量的關(guān)系為,K是一個常數(shù),則稱其為慣性環(huán)節(jié)。 錯誤11.慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)越大,則系統(tǒng)的快速性越好。 錯誤 12系統(tǒng)的傳遞函數(shù)分母中的最高階若為n,則稱系統(tǒng)為n階系統(tǒng) 正確13已知線性系統(tǒng)的輸入x(t),輸出y(t),傳遞函數(shù)G(s),則。正確14線性化是相對某一額定工作點進行的。工作點不同,得到線性化微分方程的系數(shù)也不同。 正確15若使線性化具有足夠精度,調(diào)節(jié)過程中變量偏離工作點的偏差信號必須足夠小。正確三、設(shè)某系統(tǒng)可用下列一階微分方程近似描述,在零初始條件下,試確定該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。解:上式進行拉氏變化:得:四、如圖所示為一具有彈簧、阻尼器的機械平移系統(tǒng)。當(dāng)外力作用于系統(tǒng)時,系統(tǒng)產(chǎn)生位移為xo。求該系統(tǒng)以xi(t)為輸入量,xo(t)為輸出量的運動微分方程式。書21頁 五、下圖為一具有電阻電感電容的無源網(wǎng)絡(luò),求以電壓u為輸入,uc為輸出的系統(tǒng)微分方程式。解 根據(jù)基爾霍夫電路定律,有而 ,則上式可寫成如下形式 六、簡化下圖所示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。書39頁七、如圖所示的電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其中ui為輸入電壓,uo為輸出電壓,試寫出此系統(tǒng)的微分方程和傳遞函數(shù)表達式。解:消去得:拉式變化G(s)=八、在齒輪傳動中,若忽略嚙合間隙,則主動齒輪輸入轉(zhuǎn)速n1和從動齒輪輸出轉(zhuǎn)速n2之間的關(guān)系為n2=Z1.n1/Z2,求其傳遞函數(shù)。G(s)=N2(s)/N1(s)=Z1/Z2式中 ZlZ2主動齒輪齒數(shù)和從動齒輪齒數(shù)之比。九、下圖所示RC網(wǎng)絡(luò),輸入為電壓ur,輸出為電壓uc,求其傳遞函數(shù)。微分方程:拉氏變換:傳遞函數(shù):機電控制工程基礎(chǔ)第2次作業(yè)第3章一、簡答 1. 單位階躍函數(shù)的拉普拉斯變換結(jié)果是什么? 單位斜坡函數(shù)的拉氏變換結(jié)果是什么?單位階躍函數(shù)的拉普拉斯變換結(jié)果:Xr(s)=L1(t)=1/s單位斜坡函數(shù)的拉氏變換結(jié)果:Xr(s)=LAt=A/s22什么是極點和零點?如果羅朗級數(shù)中有有限多個的負冪項,且為最高負冪稱是f(z)的m級極點。其中在解析且不等于0,是f(z)的m級零點。3. 某二階系統(tǒng)的特征根為兩個互不相等的實數(shù),則該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線有什么特點?該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線動態(tài)過程呈現(xiàn)非周期性,沒有超調(diào)和振蕩4什么叫做二階系統(tǒng)的臨界阻尼?畫圖說明臨界阻尼條件下二階系統(tǒng)的輸出曲線。當(dāng)=1時是二階系統(tǒng)的臨界阻尼5動態(tài)性能指標(biāo)通常有哪幾項?如何理解這些指標(biāo)?延遲時間 階躍響應(yīng)第一次達到終值的50所需的時間。上升時間 階躍響應(yīng)從終值的10上升到終值的90所需的時間;對有振蕩的系統(tǒng),也可定義為從0到第一次達到終值所需的時間。峰值時間 階躍響應(yīng)越過穩(wěn)態(tài)值達到第一個峰值所需的時間。調(diào)節(jié)時間 階躍響到達并保持在終值誤差帶內(nèi)所需的最短時間;有時也用終值的誤差帶來定義調(diào)節(jié)時間。超調(diào)量 峰值超出終值的百分比,即 6勞斯穩(wěn)定判據(jù)能判斷什么系統(tǒng)的穩(wěn)定性?能夠判定一個多項式方程在復(fù)平面內(nèi)的穩(wěn)定性。7一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)有什么特點?當(dāng)時間t滿足什么條件時響應(yīng)值與穩(wěn)態(tài)值之間的誤差將小于52%。?一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線是一條由零開始,按指數(shù)規(guī)律上升并最終趨于1的曲線,響應(yīng)曲線具有非振蕩特征,故又稱為非周期響應(yīng)。當(dāng)t=3T或4T時響應(yīng)值與穩(wěn)態(tài)值之間的誤差將小于52%。8在欠阻尼的情況下,二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)有什么特點?在欠阻尼的情況下,二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的暫態(tài)分量為一振幅按指數(shù)規(guī)律衰減的簡諧振蕩時間函數(shù)。9阻尼比0時的二階系統(tǒng)有什么特點?=0時,系統(tǒng)的響應(yīng)為等幅振蕩。0); C ;D 2、已知系統(tǒng)頻率特性為 ,則該系統(tǒng)可表示為( C )A ; B; C ; D3、下列開環(huán)傳遞函數(shù)所表示的系統(tǒng),屬于最小相位系統(tǒng)的有 D 。A ; B (T0); C ; D;4、題圖中RC電路的幅頻特性為 B 。A ; B ; C ; D 。5、理想微分環(huán)節(jié)對數(shù)幅頻特性曲線是一條斜率為( B )A ,通過=1點的直線; B -,通過=1點的直線;C -,通過=0點的直線; D ,通過=0點的直線6、開環(huán)對數(shù)幅頻特性對數(shù)相頻特性如圖所示,當(dāng)K增大時:A 圖A L()向上平移,不變; B L()向上平移,向上平移;C L()向下平移,不變; D L()向下平移,向下平移。三、最小相位系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性如下圖所示,試分別確定各系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 (a) (b) (c) A:B:C:四、 試繪制具有下列開環(huán)傳遞函數(shù)的系統(tǒng)的波德圖。五、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試用對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。書150【解】 繪制系統(tǒng)對數(shù)頻率特性曲線,如圖 所示 系統(tǒng)對數(shù)頻率特性曲線 因為振蕩環(huán)節(jié)的阻尼比為0.1,在轉(zhuǎn)折頻率處的對數(shù)幅頻值為由于開環(huán)有一個積分環(huán)節(jié),需要在相頻曲線w0+處向上補畫/2角。根據(jù)對數(shù)判據(jù),在L(w)0的所有頻率范圍內(nèi),相頻j(w)曲線在-1800線有一次負穿越,且正負穿越之差不為零。因此,閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。六、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:試:1繪出對數(shù)漸近幅頻特性曲線以及相頻特性曲線 2確定系統(tǒng)穩(wěn)定裕度 七、已知最小相位系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線如圖所示。試寫出開環(huán)傳遞函數(shù) 。解:小于1的低頻段斜率為【-20】,故低頻段為K/s 增至1,斜率由【-20】轉(zhuǎn)為【-40】,增加【-20】,所以1應(yīng)為慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率,該環(huán)節(jié)為 增至2,斜率由【-40】轉(zhuǎn)為【-20】,增加【+20】,所以2應(yīng)為一階微分環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率,該環(huán)節(jié)為增加3,斜率由【-20】轉(zhuǎn)為【-40】,該環(huán)節(jié)為,斜率保持不變。所以開環(huán)傳遞函數(shù)為機電控制工程基礎(chǔ)第3次作業(yè)第6章一、判斷1PI校正為相位滯后校正。 正確2系統(tǒng)如圖所示,為一個并聯(lián)校正裝置,實現(xiàn)起來比較簡單。 錯誤3系統(tǒng)校正的方法,按校正裝置在系統(tǒng)中的位置和連接形式區(qū)分,有串聯(lián)校正、并聯(lián)(反饋)校正和前饋(前置)校正三種。 正確4按校正裝置Gc(s)的物理性質(zhì)區(qū)分,又有相位超前(微分)校正,相位滯后(積分)校正,和相位滯后超前(積分-微分)校正。 正確5相位超前校正裝置的傳遞函數(shù)為,系數(shù)a大于1。 正確6假設(shè)下圖中輸入信號源的輸出阻抗為零,輸出端負載阻抗為無窮大,則此網(wǎng)絡(luò)一定是一個無源滯后校正網(wǎng)絡(luò)。 錯誤7下圖中網(wǎng)絡(luò)是一個無源滯后校正網(wǎng)絡(luò)。 正確8下圖所示為一個系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性,該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 錯誤9利用相位超前校正,可以增加系統(tǒng)的頻寬,提高系統(tǒng)的快速性,但使穩(wěn)定裕量變小。 錯誤 10滯后超前校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)的一般形式為:,式中a1,baT2。 正確 二、已知某單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為,校正環(huán)節(jié)為繪制其校正前和校正后的對數(shù)幅頻特性曲線以及校正環(huán)節(jié)圖形與校正后的相角裕量 三、什么是PI校正?其結(jié)構(gòu)和傳遞函數(shù)是怎樣的? PI控制又稱為比例積分控制,其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。PI校正器的傳遞函數(shù)為 PI控制結(jié)構(gòu)圖式中,是積分時間常數(shù)。當(dāng)時,的頻率特性為。四、某單位負反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 要求校正后系統(tǒng)在r(t)=t作用下的穩(wěn)態(tài)誤差ess0.01,相位裕量45,試確定校正裝置的傳遞函數(shù)。書17522- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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