机械工程控制基础期末试卷及答案

1、 二 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）图1 炉温控制结构图 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：输出量：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、减速器以及自藕调压器、热电偶。 原理方框图：三如图2为电路。求输入电压与输出电压之间的微分方程，并求出该电路的传递函数。（10分） 图2解答：跟据电压定律得四、求拉氏变换与反变换 1 求解答：2 求解答：=七、图示机械系统由质量m、阻尼系数C、弹簧刚度K和外力组成的机械动力系统。图(a)中是输出位移。当外力施加3牛顿阶跃力后，记录仪上记录质量m物

2、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、调整时间、振荡频数、稳态误差（5分）。图(a) 机械系统 图（b）响应曲线解答：解：1）对于该系统有： 故 2）求k 由Laplace变换的终值定理可知： 而=1.0，因此k=3. 求m， 由得： 又由式求得=0.6 将0.6代入中，得=1.96。再由求得m=0.78。 求c 由，求得c=1.83.3）求 2.55 (取=0.05时) 3.40 (取=0.02时) 求 0.91 2.323 求N 取=0.05时，=0.

3、64 取=0.02时， =0.85 求 当输入为阶跃信号时，系统的稳态误差为： 对于0型系统 ，代入式中求得： =0.5八、已知某系统是单位负反馈系统，其开环传递函数，则该系统在单位脉冲、单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是多少？（8分）解答：该系统为单位负反馈且为0型系统，k=11, 所以该系统在单位阶跃和单位恒速信号作用下的分别是、。在单位脉冲信号作用下的稳态误差为九、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：系统的特征方程：可展开为：列出劳斯数列：k0,30-k00k30 二、系统结构图如下图所示，求 （15分）三、已知单位反馈系统的开环传递函数为，确定

4、使系统稳定时参数的取值范围。（15分） 四、系统方框图如右图所示，要求超调量% = 16.3%，峰值时间t p = 1秒，求放大器放大倍数K 和反馈校正微分时间常数T。（15分）（ 提示：） 五、已知单位负反馈系统的开环传递函数为，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）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： ； 则： ， ； 第五题：（15分） 则： 则： 机械工程控制基础试题四、计算题（30分）一一H1/G2G1G2

5、H2R(S)C(S)一一H1G1G2H2R(S)C(S)1、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。一H1/G2G1R(S)C(S)G21+ G2H2解：一H1/G2R(S)C(S)G1G21+ G2H2R(S)C(S)G1G21+ G2H2+G1H12、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。解：该系统开环增益K100；有一个积分环节，即v1；低频渐近线通过（1，20lg100）这点，即通过（1，40）这点斜率为20dB/dec； 有两个惯性环节，对应转折频率为，斜率分别增加20dB/dec系统对数幅频特性曲线如下所示。L(w)/dB20 dB / dec40 dB / dec10100 60 dB / decw (rad/s)01403、设系统特征方程为试用劳斯