機械工程控制基礎(chǔ)部分習(xí)題答案

1、1.7習(xí)題與解答11工程控制論的研究對象和任務(wù)是什么？解:工程控制理論實質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題。具體地說，研究的是工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件（即輸入或激勵，包括外加控制與外加干擾）作用下，從系統(tǒng)一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的有其內(nèi)部的固有特性（即系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性）所決定的整個動態(tài)歷程：同時研究這一系統(tǒng)、輸入和輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系。工程控制理論的研究內(nèi)容就系統(tǒng)、輸入、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系而言，工程

2、控制論的研究內(nèi)容大致可以歸納為如下五個方面：（1）當(dāng)系統(tǒng)已定、輸入已知時，求系統(tǒng)的輸出，并且通過輸出研究系統(tǒng)本身有關(guān)的問題，即系統(tǒng)分析問題。（2）當(dāng)系統(tǒng)已定時，求系統(tǒng)的輸入，并且所確定的輸入應(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即最優(yōu)控制問題；（3）當(dāng)輸入已知時，確定系統(tǒng)，并且所確定的系統(tǒng)應(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即最優(yōu)設(shè)計問題；（4）當(dāng)輸出已知時，系統(tǒng)已定時，識別輸入或輸入中的有關(guān)信息，即濾波與預(yù)測問題；（5）當(dāng)輸入與輸出均已知時

3、，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即系統(tǒng)識別或者系統(tǒng)辨識問題。12組成典型控制系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)有那些？它們各起到什么作用？典型反饋控制系統(tǒng)的基本組成：給定環(huán)節(jié)、測量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大運算環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)，組成了這一控制系統(tǒng)的控制部分，目的是對被控制對象實現(xiàn)控制。給定環(huán)節(jié)：作用是給出輸入信號的環(huán)節(jié)，用于確定被控制對象的“目標值”（或成為給定值），給定環(huán)節(jié)可以用各種形式（電量、非電量、數(shù)字量、模擬量等）發(fā)出信號。測量環(huán)節(jié)：用于測量被

4、控量，并把被控制量轉(zhuǎn)換為便于傳送的另外一個物理量。如電位計將機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為電壓信號。比較環(huán)節(jié)：輸入信號和測量環(huán)節(jié)測量的被控制量的反饋量相比較，得到偏差信號，其中比較包括幅值比較、相位比較和位移比較等。放大運算環(huán)節(jié)：對偏差信號進行必要運算，然后進行功率的放大，推動執(zhí)行環(huán)節(jié)。常用的放大類型有電流放大、液壓放大等。執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)送來的控制信號，驅(qū)動被控制對象按照預(yù)期的規(guī)律運行。執(zhí)行環(huán)節(jié)一般是一個有源的功率放大裝置，工作中要進行能量轉(zhuǎn)換

5、。如把電能通過直流電機轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動被控制對象進行機械運動。13自動控制系統(tǒng)按照輸出變化規(guī)律如何分類？按照反饋規(guī)律分為哪幾類？1、按反饋情況分類（1）開環(huán)控制系統(tǒng)：是最簡單的一種控制方式，特點是控制系統(tǒng)的控制量與被控制量之間只有前向通道，即只有從輸入端到輸出端的單方向通道，而無反向通道。系統(tǒng)中只有輸入信號對輸出信號產(chǎn)生控制作用，輸出信號不參與系統(tǒng)的控制。（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)不僅有一條從輸入端到輸出端的前向通道，還有一條從

6、輸出端到輸入端的反饋通道。參與系統(tǒng)控制的不只是系統(tǒng)的輸入信號，還有輸出信號，控制作用的傳遞路徑是閉合的。2按輸出變化規(guī)律分類因此：要想干擾引起的輸出為零，214)(kksksG?38分別求出所示的閉環(huán)系統(tǒng)以、為輸入，以、、、為輸)(sR)(sN)(sC)(sB)(sE)(sY出的傳遞函數(shù)。解:先求為輸入的傳遞函數(shù)，這時)(sR0)(?sNHGGsGsGsRsC21211)()()()(??HGGHGGsRsB21211)()(??HGG

7、sRsE2111)()(??HGGGsRsY2111)()(??求以為輸入的函數(shù)，這時)(sN0)(?sRHGGsGsNsC2121)()()(??HGGHGsNsB2121)()(??HGGHGsNsE2121)()(???HGGHGGsNsY21211)()(???四章41什么是系統(tǒng)的時間響應(yīng)？解：控制系統(tǒng)在外界作用的激勵下，其輸出量是隨時間變化的函數(shù)。通過對輸出量的分析，可揭示系統(tǒng)本身的動態(tài)特性。42什么是動態(tài)性能指標？動態(tài)性能指

8、標有哪些？工程上為了定量評價系統(tǒng)性能的好壞，必須給出控制系統(tǒng)的性能指標的準確定義和定量計算方法。穩(wěn)定是控制系統(tǒng)正常運行的基本條件。一個穩(wěn)定系統(tǒng)的典型單位階躍響應(yīng)如圖所示，由于響應(yīng)過程分為動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程，因此系統(tǒng)的動態(tài)性能指標和穩(wěn)態(tài)性能指標就是分別針對這兩個階段而定義的。系統(tǒng)的動態(tài)性能指標通常有如下幾項：（1）延遲時間(DeleyTime)（2）上升時間（RiseTime）（3）峰值時間（PeakTime）pt（4）調(diào)節(jié)時間（Sett