机械工程控制基础自考强化作业

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1、(1)生活中常见开环控制系统与闭环控制系统综合性能分析:如汽车空调的温度控制与冷库温度控制综合性能分析。(10分)答:Ø开环控制系统:不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统,汽车空调的温度控制即为典型的开环控制系统,其系统控制框图如下:输入量(调定温度)控制器(控制电路)执行器(压缩机)被控对象(汽车内部)输出量(车内温度)控制量汽车空调开环控制系统系统框图其中主要组成部分的功能:(1)控制器:它是温度控制的“大脑”,通过用户自编程序,下装到内存中,当有需要处理的信号产生时,它就会发出相应指令,指挥其他外围电路的工作,并且处理一些数据。(2)执行器:接受控制指令,使压缩机工作,带动加热或制

2、冷装置动作,从而实现控制温度。Ø闭环控制系统:可以将控制的结果反馈回来与希望值比较,并根据它们的误差调整控制作用的系统。冷库温度控制即为典型的闭环控制系统,其系统控制框图如下:给定量(设定的温度)控制器(控制电路))执行器(加热或制冷元件)被控对象(冷库)被控量(冷库温度)检测装置(温度传感器)控制量(制冷制暖量)比较器冷库温度闭环控制系统系统框图其中主要组成部分的功能:(1)控制器:它是温度控制的“大脑”,通过用户自编程序,下装到内存中,当有需要处理的信号产生时,它就会发出相应指令,指挥其他外围电路的工作,同时根据温度的变化对执行机制进行控制,并且处理一些数据。(2)温度传感器:负责采集冷

3、库中的温度信号,并且把信号传送给控制器进行处理,同时控制器根据功能会给出一个控制信号。(3)执行器:当冷库中的温度达到一定的值时,执行电路就会带动加热或制冷装置动作,从而实现控制温度。 (2)简单机械数学模型的建立,传递函数的推导:如建立脚踏自行车或电动自行车数学的模型。(10分)答:此系统由惯性负载、粘性摩擦阻尼器以及负载转矩构成,设车轮转动惯量为,总重量为,粘性摩擦系数为,车轮半径为,地面位移为,摩擦力为,负载转矩为,作用到系统上的主动转矩为。根据牛顿定律可得:,,且存在,则,所以可有两种表达方式Ø,传递函数Ø,传递函数     (3)PID控制器在机械工程中的应用分析:如PID控制器在

4、数控机床进给系统中的作用。(10分)答:数控机床进给伺服系统是数控系统的重要组成部分,伺服系统的静、动态性能,决定了数控机床的精度、稳定性、可靠性和加工效率。以数控机床进给伺服系统建模为基础,基于PID控制的数控机床进给伺服调节器能很好的提高系统参数调节的效率、准确度,为改善和提高数控机床进给伺服系统的性能提供一定的理论依据。系统结构简图PID是比例,积分,微分的缩写,PID控制器是伺服系统应用最为广泛的一种控制器,在数控机床进给系统中的作用:Ø比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例环节可以增加开环增益,加快反应速度,减少系统稳态

5、误差,增加系统的通频带,但过大会使系统超调增加,导致系统稳定性下降;Ø积分调节作用:是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数,越小,积分作用就越强。反之大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。Ø微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调

6、节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。Ø比例-积分-微分控制器最为理想,既有比例作用的及时迅速,又有积分作用的消除余差能力,还有微分作用的超前控制功能。

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