机械工程控制基础复习试卷

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1、二.图1为利用加热器控制炉温的反馈系统(10分)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：输岀量：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、减速器以及白藕调压器、热电偶。原理方框图：定佰给压电号功率放大-可逆电机一>减速器—自績调压器〜电炉热电偶<2)I作原理：当电炉温度低于设定值时•热电偶输出电压M>0,电压放人、功率放人后驱动电机正向转动•经减速器河矗自禺变压赛的动点位■•熨高加鴉的供电电压•便炉温升岛.当炉温达到设定偵时•“，“•・△“=•电机停止转功•维静沪黑为定値.反之亦然.三.如图2为

2、电路。求输入电压％与输岀电压如之间的微分方程，并求岀该电路的传递函数。(10分)压定律得U0解答:跟据电沪“。

3、1d%=色RCdt~~dP小、RCs四、求拉氏变换与反变换1.求0[0・5-加]3s解答：=—3幺14-6te2七.图示机械系统rh质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力/⑴组成的机械动力系统。图(a)屮亿⑴是输出位移。当外力/(f)施加3牛顿阶跃力丿G记录仪上记录质量m物体的时间响应曲线如(b)图所示。试求:1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；（4分）2）该系统的弹簧刚度质量m、阻尼系数C、弹簧刚度k；（3分）3）时间响应性能指标：上升时间匚、调整吋间°、振荡频数N、

4、稳态误差务（5分）。图（b）响应曲线图（a）机械系统解答：G(Q]ms2+cs+k2）求k由Laplace变换的终值定理可知:x0(oo)=limx0(r)=lim5.X0(.)=lims——；5+cs+k而兀0（°°）=1°因此k=3.求m,由旳讯七［（叭go%得：•SB）二空艺X］（）（）%二9.5%卩1.0乂由式性=e%?x100%求得§=0.6将/〃=2,§=0.6代入『_托_it中，得©=1.96。"叫心-孑再由%=研求得m=0/78°求C由=另;,求得c=1.83.3ts==2.55(取△=0.05时)=3.40(取△=0.02时)解：1）对于该系统有：叭（”+cxQ（

5、/）+kxQ（0=f（t）故QJi-/p-arctan=0.91"旦=2.3235取4=0.05吋，川亠匸疋丸®取A=0.02时，n二2』_了=0.85尸求务当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为:1比=1+K“对于0型系统Kp=K=,代入式屮求得:^=0.5八、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数G严鼎，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号作用下的比分别是多少？（8分）解答：该系统为单位负反馈且为0型系统，k=ll,所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的匕，分别是丄、$$]]8。在单位脉冲信号作用下的稳态误差为•1=0J=即•丽眾丽両•X，（沪呻•-V5$+1九、

6、设有如图所示的反馈控制系统，试求根据劳斯判据确定传递函数k值的取值范围解答：G（Q-$（s+]）（s+5）+k系统的特征方程:5(s+l)(s+5)+k=0可展开为：53+s2+5s+k=0列出劳斯数列：H15s26kI30-ks6s°kk>0,30-k>0<0k<30二、系统结构图如下图所示，求需吐分）三、已知单位反馈系统的开环传递函数为GkG）=（第；：；），确定使系统稳定吋参数K的取值范围。（15分）四、系统方框图如右图所示，要求超调量a%=16.3%，峰值时间"二1秒，求放大器放大倍数K和反馈校正微分时间常数7；（15分）（提示：幺""）=63%）为知单位负反馈系统的开环传

7、递函数G(s)=2.5$(0.25$+1)2,求系统的幅值穿越频率、相位穿越频率、幅值裕度、相位裕度、并判断闭环系统的稳定性。（15分）2010年秋季《机械控制工程基础》试卷B答案第二题：（15分）C(S)_GKgCWgG)R(S)一i+q(s)G2(s)+g2(5)g3(s)+G3(5)g4(s)+q⑶g?⑶q(g⑶第三题：（15分）闭环传递函数为：无论K取何值，闭环系统都不稳定。第四题：（15分）闭环传递函数为:10K$2+(i+i07>+10K；©=^/WK；_i+ior_2Vio^Gb(s)==1—71「7T11Ar(i+iotY”[12J10K丿J1OK(1-O・25)7

8、T15第五题：（15分）ZG(jcox)=-y-2arctan(0.25^)=贝ij：=^=42.50[(O.25©)2+1]=1则：©=27tr=7i-—-2arctan(0.2569c)=^/2-2arctan0.5^=i/

9、g(x)

10、=i/2.5@[(0.2©)2+l]丿=1.64x4/2.5=2.624机械工程控制基础试题四、计算题（30分）1、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。解:2、设系统开环传递函数如下，试绘制系统的对数幅频特性曲线。GG)=1