机械工程控制简答题

1:简述串联相位超前、相位滞后校正的优缺点是什么？答:相位超前校正优点：加快系统响应速度，提高系统相对稳定性。缺点：稳态精度变化不大。相位滞后校正优点：提高系统稳态精度，提高系统相对稳定性。缺点：降低系统响应速度。2试述绘制系统的伯德图的一般方法步骤？答1）由传递函数求出频率特性并将其化为若千典型环节频率特性相乘的形式，2）求出个典型环节的转角频率、阻尼比的参数，3）分别画出个典型环节的幅频率曲线的渐近线和相频曲线，4）将各环节的对数幅频率的渐近线进行叠加到系统幅频曲线的渐进线并对其进行修正，5）间隔环节相频曲线叠加，得到系统的相频曲线。3什么是系统的传递函数？应用传递函数分析系统时应必备什么条件？答:1）系统描述为时域问题，既有时间函数。2）在描述范围内至少分段连续3）系统为线性4传递函数的定义是什么？一个物理可实现的系统，其传递函数有什么特征？答：线性定常控系统，当初是条件为零时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比称为系统的传递函数。一个物理可实现的系统，其传递函数分母阶段n应不小于分子阶段m,即n>=m.5简要说明欲减低由输入和干扰信号引起的稳态误差，采取的措施有何不同、答：欲减低由输入信号引起的稳态误差，应提高系统开环放大倍数或在系统中增加积分环节（提高系统型次）欲降低有干扰信号引起的稳态误差，应在干扰信号作用之前的前向通道中增加放大倍数或增加积分环节。6控制系统开环频率特性的三个频率段是如何划分的？它们各自反应系统系统哪方面的特性？一般将开环系统频率特性的复制穿越频率看成是频率响应的中心频率，把w<<wc的频率范围称为低频段，把wc附迫的频率范围称为中频段，把w>>wc的频率范围称为高频段。开环频率特性的低频段反应了系统的稳态性能，中频顿反映了系统的动态性能，高频段反映了系统拭抗高频干扰性能和系统的复杂性。7简述劳斯稳定判据和乃亏斯特稳定判据在使用方法和功能上的区别。答:1）在使用方法上的区别：劳斯判据是利用系统闭环特征方程的系统做成劳斯表，根据劳斯表首列元素的符号来判断闭环系统的稳定性，是一种代数方法，而乃奎斯特判据则是利用系统开环频率特性，由于开环频率特性图来判断闭环系统的稳定性，属于频率特性分析法。2）功能上的区别：劳斯判据只能判断闭环系统稳定与否，而乃奎斯特判据不仅能判官闭环系统稳定性，还能给出系统稳定不稳定的程度，揭示改善系统稳定。所谓的信息传递是指信息在系统在过程中以某种关系动态的传递或转换。所谓的信息反馈就是把一个系统的输出信号不断直接或经过中间变换后全部或部分的返回，在输入到系统中区。如果反馈回去的讯号与原系统的输入讯号的方向相反，则称之为鱼反馈。如果方向或相位相同，则称之为正反馈。所谓控制系统是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的，按系统是否存在反馈将系统分为（开环系统）和（闭环系统）开环系统系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的称开环系统。闭环系统系统的输出量对系统由控制作用或者说，系统中存在反馈的回路。称闭环系统。传递函数的定义线性定常系统的传递函数是初始条件为零时，系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变换。在反馈连接中所谓的反馈是将系统或某一环节的输出量，全部或部分的通过传递函数会输道输入端，又从新输入到系统中去。反馈信号与输入相加称为“正反馈—与输入相减称为“负反馈”..方块图的简化法则：1）前向通道的传递函数保持不变。2）各反馈回路的传递函数保持不变。 画系统方块图及求传递函数的步骤为:1）确定系统的输入与输出，2）列出微分方程。3）初始条件为零，对个微分方程取拉氏变换4）将各拉氏变换式分别以方块图表示，然后连成系统求系统传递函数。时间响应的概念：机械工程系统的在外加作用激励下，其输出量随时间变化的函数关系称之为系统的时间相应，通过对时间的分析可揭示系统本身的动态特性。 _瞬间响应系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程称为瞬间响应。 稳态响应：时间趋于无穷大时，系统的输出状态称为稳态响应。（瞬态响应反应了系统动态性能，而稳态响应偏离系统希望值的程度可用来衡量系统的精度程度）所谓主导极点：是指在系统的所有闭环极点中，距离虚轴最近且周围没有闭环零点的极点，而所有其它极点都远离虚轴。 系统的频率特性：当不断改变输入正弦的频率（由0变化到无穷大时）该附值比和相位差的变化情况即称为系统的频率特性。最小相位系统：若系统传递函数Gs的所有零点和极点均在S平面的左半平面，则该系统称为最小相位系统。对于最小相系统而言，当频率从零变化到无穷大时，相位角的变化范围最小。非最小相位系统:若系统的传递函数Gs的所有零点和极点均在S平面的左半平面，则该系统称为最小相位系统。对于非最小相位系统而言，当频率从零变化到无穷大时，相位角的变化范围总是大于最小相位系统的相角范围，当可=无穷时，其相位角不等于一（n-m）x90 稳定性的定义:系统在受到外界扰动作用是，其被控量Yc（t）将偏离平衡位置，当这个扰动作用去除后，若系统在足够的时间内能恢复到原来的平衡状态或者趋于一个给定的新的平衡状态，则该系统是稳定的。所谓的校正:就是指在系统中增加新的环节或改变某些参数，以改善系统性能的方法。常用的校正方法有:串联校正、并联校正、PID校正器。稳态精度由系统的开环增益K决定，而相对稳定性由(相位裕量)和(幅值裕量)来决定。增加系统的开环增益可以提高系统的(稳态精度)和(响应速度)。串联超前校正环节增大了相位裕量，加大了带宽，这就意味着提高了系统的相对稳定性，加快了系统的响应速度，使过度过程得到显著改善。 所谓的反馈校正是：从系统某一环节的输出中取出信号，经过校正网络加到该环节前面某一环节的输入端，并与那里的输入信号叠加，从而改变信号的变化规律，实现对系统进行校正的目的。 或馈校正的特点：是在干扰引起误差之前就对它进行近似补偿，以便及时消除干扰的影响。 传递函数的主要特点有：答1)传递函数主要反应系统本身的动态特征，只与系统本身的参数有关，与外界输入无关，传递函数等于s的阶次及系数都是与外界无关的系统本身的固有特性。2)对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶次n必不小于分子中s的阶次m，即n>=m，因为实际的物理量系统是存在惯性，输出不会超前于输入。3)传递函数的量纲是根据输入量和输出量来决定。传递函数不说明被描述系统的物理量结构。不同性质的物理量系统，只要其动态特性类同，可以用同一类型的传递函数来描述。 终值定理的应用条件是什么？答:若函数点。及其一阶导数都是可拉氏变换的，并且除在原点处唯一的极点外sF(s)在包含jw轴的右半s平面内是解析的，则函数f(t)的终值为limf(t)=limF(s).什么事主导极点？答:主导极点是指系统所有闭环极点中距离虚轴最近，且周围没有其它闭环零点的那些闭环极点，主导极点对系统的响应起主导作用。 采用何种方式可以同时减小或消除控制输入和干扰作用下的稳态误差？答:在干扰作用点至系统输入口德前向通道中，提高增益和设置积分环节最小相位系统与非最小相位系统的对数频率特性有何异同？答:最小相位相同系统与非最小相位系统的对数幅度特性相同，两者对数相频率特性不同，非最小相位系统的相角变化绝对值比最小相位系统相角变化绝对值大。 系统有两个闭环特征根分在s平面的右半面，劳斯表中第一列元素的符号应改变几次?答：有两个有半s平面特征根，说明劳斯表中第一列元素的符号改变二次。二阶系统的传递函数为1，试在左图中标出系统的特征根在S平面上的位置，在右图中标出单位阶跃曲线?:s2+s+1—1 2G=1八0.5 时域动态性能指标有哪些？它们反映系统哪些方面的性能"？td延迟M间t上升时间t峰值时间M超调量t调节时间td、t、t、t反映系统的快速性Mp反映系统的相对稳定性。简述相位裕量的定义、计算公式」并在极坐标上表示出来。定义:是开环频率特性幅值为1时对负实轴的相位差值。即从原点到奈氏图与单位圆交点的连线与负实轴的央角。计算公式:.180。+中(①)简述串联相位超前校正的特点?:相位超前校正特点：1.增加相位余量y，提高稳定性2.增加°帽值穿越频率①，提高快速性3增加高频增益(或高通滤波器)，抗干扰能力下降。什么是信息和信息的传递？已知系统的传递函数为G(S)=4/s(s+5).。系统的数学模型有哪些？传递函数 状态空间表达式本身的参数和结构外界输入相对稔定性灵敏性准确性灵敏性井联校正P1D校正三、简答题（本大题共5小J®.每小题4分，共20分）答，一切能表达一定含义的信号、密码、情报和均为信息.例如，机械系统中的应力、变形、温升、几何尺寸与形状精度等等，表明了机械系统信号、密码、情报或消息.（2分）所谓值息传递，是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递,或称转换.如机床加工工艺系统,将工件尺寸作为信息,通过工艺过程的转换,加工前后工件尺寸分布有所变化.这样.研究机床加工精度向题，可通过运用信息处理的理论和方法来进行.（2分）匕gc八— 史—4 _ 1— __1 /益八、据系统对某些典型输入信号的响应或其它实验数据建立数学模型， （2分）2农答:系统的时间响应是由瞬态响应和稳态响应两部分组成. 莅分）系统受到外加作用后，从初始状态到最终状态的响应过程称为境态响应。当时间趋于无穷大时，系统的输出状态称为稳态响应，瞬态响应反映了系统的动态性能，而稳态响应偏高系统希望的程度可用来衡横系统的精确程度， 《分）25.答:在乃奎斯特图上,乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数，称幅值裕最Km（2分）31,传递函数的定义是对于线性定常系统，在（初始条