《机械控制工程基础》作业集(高起专).doc

机械控制工程基础作业集层 次：高起专授课教师：王军平时间：2014年3月31日机械控制工程基础目 录第一章 绪论第二章 拉普拉斯变换的数学方法第三章 系统的数学模型第四章 控制系统的时域分析第五章 系统的频率特性第六章 系统的稳定性第一章 绪论本章重点：1. 控制系统的组成及基本要求；本章难点分析系统的控制原理。题型-分析及问答题1、根据下图所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成： (1) 将a，b与c，d用线连接成负反馈状态；(2) 画出系统方框图。2、 下图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理，并画出系统方框图。3、下图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。4、下图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器、并联后跨接到同一电源的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。试分析系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。5、采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如下图所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速保持在某个期望值附近。指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。6、 摄像机角位置自动跟踪系统如下图所示。当光点显示器对准某个方向时，摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及给定量，画出系统方框图。7、 许多机器，像车床、铣床和磨床，都配有跟随器，用来复现模板的外形。下图就是这样一种跟随系统的原理图。在此系统中，刀具能在原料上复制模板的外形。试说明其工作原理，画出系统方框图。 8、解释对控制系统的基本要求及含义？第二章 拉普拉斯变换的数学方法本章重点：1. 典型时间函数的拉氏变换。2. 用拉氏变换解常微分方程。本章难点拉氏变换的性质及应用。题型-计算分析题1、试求下图所示各信号的象函数。2、求下列各拉氏变换式的反变换。 (1) (2) (3) 3、求下列函数的拉氏变换，假设当t 0时， (1) (2) (3) 4、已经(1)、利用终值定理，求时的值。(2)、通过取的拉氏反变换，求时的值。5、用拉氏变换的方法求微分方程 (1) (2) (3) 第三章 系统的数学模型本章重点：1、数学模型的建立。2、传递函数的概念及变换。本章难点利用梅逊公式进行传递函数变换。题型-计算题1 试建立下图所示各系统的微分方程。其中外力，位移和电压为输入量；位移和电压为输出量；（弹性系数），（阻尼系数），（电阻），（电容）和（质量）均为常数。 （a） （b） （c）2 飞机俯仰角控制系统结构图如下图所示，试求闭环传递函数。3 已知系统方程组如下： 试绘制系统结构图，并求闭环传递函数。4 试用结构图等效化简求下图所示各系统的传递函数。5 已知系统传递函数 ，且初始条件为，试求系统在输入作用下的输出。6 试用梅逊增益公式求下图中各系统的闭环传递函数。 7 已知系统的结构图下图所示，图中为输入信号，为干扰信号，试求传递函数，。第四章 控制系统的时域分析本章重点：1、一阶系统、二阶系统的时域分析。2、瞬态响应的性能指标3、系统的误差分析。本章难点利用性能指标进行系统模型辨识。题型-计算题1 一阶系统结构图如下图所示。要求系统闭环增益，调节时间s，试确定参数的值。2 一种测定直流电机传递函数的方法是给电枢加一定的电压，保持励磁电流不变，测出电机的稳态转速；另外要记录电动机从静止到速度为稳态值的50%或63.2%所需的时间，利用转速时间曲线（如下图）和所测数据,并假设传递函数为可求得和的值。若实测结果是：加10V电压可得1200的稳态转速，而达到该值50%的时间为1.2s，试求电机传递函数。 提示：注意，其中，单位是3 设角速度指示随动系统结构图如下图所示。若要求系统单位阶跃响应无超调，且调节时间尽可能短，问开环增益应取何值，调节时间是多少？4 机器人控制系统结构图如图所示。试确定参数值，使系统阶跃响应的峰值时间s，超调量。 5 某典型二阶系统的单位阶跃响应如下图所示。试确定系统的闭环传递函数。 6 温度计的传递函数为，用其测量容器内的水温，1min才能显示出该温度的98%的数值。若加热容器使水温按10C/min的速度匀速上升，问温度计的稳态指示误差有多大？7 系统结构图如下图所示。试求局部反馈加入前、后系统的静态位置误差系数、静态速度误差系数和静态加速度误差系数。8 已知单位反馈系统的开环传递函数为 试分别求出当输入信号和时系统的稳态误差。第五章 系统的频率特性本章重点：1、频率特性的含义及伯德图绘制。2、系统模型辨识。本章难点利用伯德图进行系统模型辨识。题型-计算题 1 试求题下图(a)、(b)网络的频率特性。 (a) (b) 2 某系统结构图如下图所示，试根据频率特性的物理意义，求下列输入信号作用时，系统的稳态输出。 （1） （2） 3 绘制下列传递函数的幅相曲线： 4 试绘制下列传递函数的幅相曲线。 (1) (2) 5 绘制下列传递函数的渐近对数幅频特性曲线。(1) ； (2) ； (3) 6 三个最小相角系统传递函数的近似对数幅频特性曲线分别如下图(a)、(b)和(c)所示。要求写出对应的传递函数；7 已知控制系统结构图如图5-84所示。当输入时，系统的稳态输出 。试确定系统的参数。8 绘制下列传递函数的渐近对数幅频特性曲线。 (1) (2) 第六章 系统的频率特性本章重点：1、稳定性含义及劳斯胡尔维茨稳定性判据。2、相对稳定性。本章难点相对稳定性指标求取。题型-计算题1 已知系统的特征方程，试判别系统的稳定性，并确定在右半s平面根的个数。（1）（2）（3）（4）2 下图是某垂直起降飞机的高度控制系统结构图，试确定使系统稳定的值范围。3 单位反馈系统的开环传递函数为试在满足 的条件下，确定使系统稳定的和的取值范围，并以和为坐标画出使系统稳定的参数区域图。4 试根据奈氏判据，判断题下图(1)(10)所示曲线对应闭环系统的稳定性。已知曲线(1)(10)对应的开环传递函数如下（按自左至右顺序）。题号开环传递函数闭环稳定性123456789105 某最小相角系统的开环对数幅频特性如下图所示。要求（1） 写出系统开环传递函数；（2） 利用相角裕度判断系统的稳定性；6 对于典型二阶系统，已知参数，试确定截止频率和相角裕度。