机械工程控制基础试卷及答案.pdf

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1、三、分析题（每题6分，共12分）1、分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。（要求绘出原理方框图）分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。解：人骑自行车时，总是希望具有一定的理想状态（比如速度、方向、安全等），人脑根据这个理想状态指挥四肢动作，使自行车按预定的状态运动，此时，路面的状况等因素会对自行车的实际状态产生影响，使自行车偏离理想状态，人的感觉器官感觉自行车的状态，并将此信息返回到大脑，大脑根据实际状态与解：图a中系统，可以得到动力学方程为：理想状态的

2、偏差调整四肢动作，如此循环往复。其信息流动与反馈过程可用下图表示。[x(t)x(t)]kmx(t)cx(t)iooo2[X(s)X(s)]kmsX(S)csX(S)ioOO干扰2G(s)X(S)/Xi(S)k/(mscsk)大脑实际状态O理想状态+自行车图b中，设i为电网络的电流，可得方程为：运动系统-感觉器官2、若系统传递函数方框图如图所示，求（1）以R(S)为输入,当N(S)＝0时,分别以C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,分别以C(S),Y(S)为输出的闭环传递函

3、数；(3)比较以上各传递函数的分母,从中可以得出什么结论。作Laplace变换，得，I(S)UO(S)=CS消去中间变量，得：1G(S)=U(S)/U(S)oi2(1)以R(S)为输入,当N(S)＝0时,C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；LCSRCS1C(s)G1(s)G2(s)Y(s)G(s)2、已知惯性环节的传递函数G(S)=1/(TS+1)，请写出其频率特性G(jω)，实频特性u(ω)，GC(s)G(s)1R(s)1G1(s)G2(s)H(s)YR(s)1G(s)G(s)H(s)虚频特性v(ω)，幅频特性

4、G(

5、(jω)

6、，相频特性∠G(jω)的表达式,并绘制其Nyquist图。121T1T频率特性G(j)j实频特性u()虚频特性v()(2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,以C(S)为输出的闭环传递函数；1T221T221T221T221G(s)C(s)G2(s)Y(s)G1(s)G2(s)H(s)幅频特性G(j)，相频特性G(j)arctanT22CN(s)1G(s)G(s)H(s)GY(s)1T12N(s)1G(s)G(s)H(s)12从上可知：对于同一个闭环系统，当输入的

7、取法不同时，前向通道的传递函数不同，反馈回路的传递函数不同，系统的传递函数也不同，但系统的传递函数分母不变，这是因为分母反映了系统固有特性，而与外界无关。四、计算题（每题10分，共30分）1、求图所示两系统的传递函数,其中xi(t)、ui为输入，xo(t)、uo为输出。(写出具体过程)3、如图所示的机械系统，在质量块m上施加一个阶跃力xi(t)=3牛顿后，系统的时间响应xo(t)如右图所示，试写出系统的最大超调量MP，峰值时间tp，计算弹簧的刚度K、质量块的质量m第1页（共8页）和阻尼系数的值。五、求图示系统的传递函数G(s)=Xo(s)

8、/Xi(s)。根据系统结构特点，应先把图中的点A前移至B点，化简后，再后移至C点，然后从内环到外环逐步化简，其简化过程如下图。根据牛顿定律，建立机械系统的动力学微分方程，得系统的传递函数为：kx(t)mx(t)cx(t)x(t)oooi2kX(s)msX(S)csX(S)X(S)oOOi1k*X0(s)1kmG(S)=2cskXi(s)mscsk2smm将上式与二阶系统传递函数的标准形式比较可知kcnm2mk（1）由响应曲线的稳态值（1cm）求出k由于阶跃力xi(t)=3N，它的拉普拉斯变换Xi(S)=

9、3,故13X(s)X(S)o2i2mscskmscsk由拉普拉斯变换的终值定理可求的X0（t）的稳态输出值3x(t)limX(t)limsX(S)1oOts0k因此，k=3N/cm=300N/m(2)由响应曲线可知道Mp=0.095，tp=01s，求取系统的n、/12由Me*100%0.095，得=0.6；由t=0.1sPp21n将代入上式求得=39.25rad/snc(3)将=39.25rad/s和=0.6代入k，求得m=0.1959kgnnm2mkc根据k可

10、知，使系统响应平稳，应增大，故要使阻尼系数c增大，质nm2mk量减小；要使系统快速，应增大，减小质量。弹簧的刚度k一般由稳态值决定。为使系统n具有好的瞬态响应性能应该减小质量