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机电控制工程基础课后答案答案,课后,课后答案
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机电控制工程基础课后答案
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3秒自动关闭窗口导读：填空题，则称此系统为离散(数字)控制系统，10.反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc（截止频率）附近的区段为中，11.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性，1．.对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性和准确性，通常可将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，3．.在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程、传递函数动态结构图频率特 填空题 1. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。 3. 判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。 4. I型系统G(s)?K在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下 s(s?2)稳态误差为 ∞ 。 5. 频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。 6. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是(渐进)稳定的系统。 7. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。 8. 系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。 传递函数反映系统本身的瞬态特性，与本身参数，结构有关，与输入无关；不同的物理系统，可以有相同的传递函数，传递函数与初始条件无关。 9. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。 10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc（截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳态性能。 11. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速
性和准确性。 1． .对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性
和准确性。 2． .按系统有无反馈，通常可将控制系统分为
开环控制系统
闭环控制系统
。 3． .在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数 动态结构图 频率特性等。 4． .稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。 5． .一阶系统1?t/T的单位阶跃响应的表达是1?e。 Ts?16． .有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和频域性能指标。 7． .频率响应是线性定常系统对正弦输入的稳态响应。 8． .稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与输入信号的类型有关。 9． .脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 10.
阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。 1、频率响应是
正弦输入信号的稳态 2、控制系统的时间响应，可以划分为瞬态和稳态两个过程。瞬态过程是指系统从
到接近最终状态的响应过程；稳态过程是指时间t趋于
时系统的输出状态。
无穷 z3?2z2?13、Y(z)?所对应的y(kT)的前三项是y(0),y(T)y(2T)依次 3z?z是
4、s平面与z平面的对应关系是：s平面的左半平面对应于z平面上单位圆以内，s平面的虚轴对应于z平面单位圆，s平面的右半平面，对应于z平面单位圆以外。 5、若系统输入为Asin?t，其稳态输出相应为Bsin(?t??)，则该系统的频率特性可表示 1
Bj?e A6、2型系统的对数幅频特性低频渐近线斜率为
。C40dB/dec 7、惯性环节的传递函数为
G(s)?1 1?Ts8、当输入信号的角频率ω在某一范围内改变时所得到的一系列频率的响应称为这个系统的频率特性。 9、对于一阶系统，当ω由0→∞时，矢量D(jω)逆时针方向旋转?，则系统是稳定的。否2则系统不稳定。 10、如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为
系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。
11、当采样频率满足?s?2?max时，则采样函数f?(t)
到原来的连续函数f(t) 。
能无失真地恢复
12、时间响应由
响应两部分组成。
瞬态、稳态 13、A(?)?y(?)?G(j?)为系统的
，它描述系统对不同频率输入信号x0的稳态响应幅值衰减（或放大）的特性。?(?)??G(j?)为系统的
，它描述系统对不同频率输入信号的稳态响应，相位迟后(??0)或超前(??0)的特性。
幅频特性，
相频特性 1、自动控制系统主要元件的特性方程式的性质，可以分为
和非线性控制系统。
线性控制系统 2.
环节的传递函数是G?s??Y?s?K?
惯性 X?s?Ts?13、系统输出全部或部分地返回到输入端，就叫做
。反馈 4、有些系统中，将开环与闭环结合在一起，这种系统称为
.。复合控制系统 5、我们把输出量直接式间接地反馈到
，形成闭环参与控制的系统，称作
闭环控制系统 6、控制的任务实际上就是
，使不管是否存在扰动，均能使
的输出量满足给定值的要求。
形成控制作用的规律；被控制对象。 7、单位阶跃信号对时间求导的结果是
。 单位脉冲信号
单位斜坡信号 8、单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是
s9、单位脉冲函数的拉普拉斯变换为
1 10、e的拉氏变换为
s?1L[f(t)]= F(s)，则
L[f (t-b)]=、
eF(s) eF(s) -3s-bs12.若L[f(t)]= F(s)，则L[f (t-3)]=、
13、描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式，
叫做系统的数学模型 14、在初条件为零时，
之比称为线性系统（或元件）的传递函数。
输出量的拉氏变换；输入量的拉氏变换 15、如果系统的数学模型,方程是线性的，这种系统叫线性系统。
16、系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态 这样的系统是
2?n17、二阶系统的标准型式为
Gb(s)?2 2s?2??ns??n18、I型系统开环增益为10，系统在单位斜坡输入作用下的稳态误差e(∞)为
0.1 19、F[s]?1的原函数的初值f(0)=
，终值f(?)=
s(s?1)s，则初值f(0)=（
）。 0 2(s?2)?4s
(s?2)2?420、已知f(t)的拉氏变换为21、f(t)?e?2tsin2t的拉氏变换为
22、若L?f(t)??F(s)，则L[e?atf(t)]?
F(s?a) ?23、对于函数f(t)，它的拉氏变换的表达式为
。 F(s)??0f(t)e?stdt 判断题 1． 传递函数只与系统结构参数有关，与输出量、输入量无关。
正确 2．对于非线性函数的线性化方法有两种：一种方法是在一定条件下，忽略非线性因素。另一种方法就是切线法，或称微小偏差法。
正确 3．在自动控制系统中，用来描述系统内在规律的数学模型有许多不同的形式，在以单输入、单输出系统为研究目标的经典控制理论中，常用的模型有微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性等。
正确 4. 控制系统的稳态误差大小取决于系统结构参数和外输入。
正确 5．传递函数是复变量s的有理真分式，分母多项式的次数n高于分子多项式的次数m，而且其所有系数均为实数。正确 6．在复数平面内，一定的传递函数有一定的零，极点分布图与之相对应。正确 7．传递函数是物理系统的数学模型，但不能反映物理系统的性质，因而不同的物理系统不能有相同的传递函数。
） 8．自然界中真正的线性系统是不存在的。许多机电系统、液压系统、气动系统等，在变量之间都包含着非线性关系。
正确 9．实际的物理系统都是线性的系统。
） 10． 某环节的输出量与输入量的关系为y?t??Kx?t?，K是一个常数，则称其为惯性环节。 错误 11.惯性环节的时间常数越大，则系统的快速性越好。
错误 ） 12．系统的传递函数分母中的最高阶若为n，则称系统为n阶系统
正确 13．已知线性系统的输入x(t)，输出y(t)，传递函数G(s)，则Y(s)?G(s)?X(s)。正确 14．线性化是相对某一额定工作点进行的。工作点不同，得到线性化微分方程的系数也不同。
正确 15．若使线性化具有足够精度，调节过程中变量偏离工作点的偏差信号必须足够小。正确 1. 线性系统稳定，其闭环极点均应在s平面的左半平面。
正确 2. 用劳斯表判断连续系统的稳定性，当它的第一列系数全部为正数系统是稳定的。 正确
3．系统的稳定性取决于系统闭环极点的分布。
4. 闭环传递函数中积分环节的个数决定了系统的类型。
5. 若二阶系统的阻尼比大于1，则其阶跃响应不会出现超调 ，最佳工程常数为阻尼比等于 0.707 。
正确 6. 某二阶系统的特征根为两个具有负实部的共轭复根，则该系统的单位阶跃响应曲线表现为等幅振荡。
） 7．最大超调量只决定于阻尼比ζ。ζ越小，最大超调量越大。
8．二阶系统的阶跃响应，调整时间ts与ζωn近似成反比。但在设计系统时，阻尼比ζ通常由要求的最大超调量所决定，所以只有自然振荡角频率ωn可以改变调整时间ts。
9．所谓自动控制系统的稳定性，就是系统在使它偏离稳定状态的扰动作用终止以后，能够返回原来稳态的性能。
正确 10．线性系统稳定,其开环极点均位于s平面的左半平面。
） 11．0型系统（其开环增益为K）在单位阶跃输入下，系统的稳态误差为12.2e的拉氏变换为?t1 。正确 1?K2。
正确 s?113．劳斯稳定判据只能判断线性定常系统的稳定性，不可以判断相对稳定性。
14. 某二阶系统的特征根为两个纯虚根，则该系统的单位阶跃响应为等幅振荡。
正确 15．一阶系统的传递函数为0.5，则其时间常数为2。
正确 s?0.5 16．二阶系统阻尼比ζ越小，上升时间tr则越小；ζ越大则tr越大。固有频率ωn越大，tr越小，反之则tr越大。
17．线性系统稳定的充分必要条件是：系统特征方程的根（系统闭环传递函数的极点）全部具有负实部，也就是所有闭环传递函数的极点都位于s平面的左侧。
18．系统的稳态误差是控制系统准确性的一种度量。
19．对稳定的系统研究稳态误差才有意义，所以计算稳态误差应19。以系统稳定为前提。
20．单位阶跃输入(R?s??1)时， 0型系统的稳态误差一定为0。
错误 s1．根轨迹法就是利用已知的开环极、零点的位置，根据闭环特征方程所确定的几何条件，通过图解法求出Kg由0→∞时的所有闭环极点。 正确 2. 根轨迹是根据系统开环零极点分布而绘制出的闭环极点运动轨迹。
正确 3．绘制根轨迹时，我们通常是从Kg＝ 0时的闭环极点画起，即开环极点是闭环根轨迹曲线的起点。起点数n就是根轨迹曲线的条数。
正确 4. 根轨迹是根据系统开环传递函数中的某个参数为参变量而画出的开环极点的
根轨迹图。
错误 5．开环传递函数的分母阶次为n，分子阶次为m(n≥m)，则其根轨迹有n条分支，其中m条分支终止于开环有限零点，n-m条分支终止于无穷远 。
正确 6. 在开环系统中增加零点，可使根轨迹向左方移动。
正确 7. 在开环系统中增加极点，可使根轨迹向右方向移动。
正确 8. 实轴上二开环极点间有根轨迹，则它们之间必有汇合点。
错误 9. 实轴上二开环零点间有根轨迹，则它们之间必有汇合点。
正确 10．系统的根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点 。
正确 1．系统如图所示，Gc(s)为一个并联校正装置，实现起来比较简单。
2. 系统的频率特性是由G(j?)描述的，G(j?)称为系统的幅频特性；?G(j?)称为系统的相频特性。
5．系统的频率特性可直接由G(jω)=Xc(jω)/Xr(jω)求得。只要把线性系统传递函数G(s)中的算子s换成jω，就可以得到系统的频率特性G(jω)。正确 6.频率特性是线性系统在正弦输入信号作用下的稳态输出和输入之比。 正确 7．对数频率特性是将频率特性表示在对数坐标中，对数坐标横坐标为频率?，频率每变化2倍，横坐标轴上就变化一个单位长度。
错误 8.I型系统对数幅频特性的低频段是一条斜率为－20db/dec的直线。
9．比例环节的A(?)和?(?)均与频率无关。
正确 13. 系统的对数幅频特性和相频指性有一一对应关系，则它必是最小相位系统。
正确 14．凡是在s左半平面上没有极、零点的系统，称为最小相位系统，
错误 15．若系统的开环稳定，且在L(?)＞0的所有频率范围内，相频?(?)＞-1800，则其闭环状态是稳定的。
正确 3．系统校正的方法，按校正装置在系统中的位置和连接形式区分，有串联校正、并联(反馈)校正和前馈（前置）校正三种。
4．按校正装置Gc(s)的物理性质区分，又有相位超前(微分)校正，相位滞后(积分)校正，和相位滞后―超前(积分-微分)校正。
5．相位超前校正装置的传递函数为Gc(s)?1?aTs，系数a大于1。
正确 1?Ts 6．假设下图中输入信号源的输出阻抗为零，输出端负载阻抗为无穷大，则此网络一定是一个无源滞后校正网络。
7．下图中网络是一个无源滞后校正网络。
9．利用相位超前校正，可以增加系统的频宽，提高系统的快速性，但使稳定裕量变小。
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三、连续控制系统和离散控制系统 控制系统中各部分的信号若都是时间 t 的连续函数，则称这类系统为连续控制系统。 在控制系统各部分的信号中只要有一个是时间 t 的离散信号，则称这种系统为离散控制系统。 脉冲和数码都属于离散信号。
计算机控制系统就是一种常见的离散控制系统。
计算机只能接受和处理数字信号，计算机的输出经D/A转换加给放大器，然后再去驱动执行元件，或由计算机直接输出数字信号，经数字放大器后驱动数字式执行元件。
四、线性控制系统和非线性控制系统 齐次性、可加性
可用线性微分方程或差分方程描述的系统，称为线性系统。
如果微分方程或差分方程的系数为常数，则称为线性定常系统；否则，称为线性时变系统。
用非线性方程描述的系统，称为非线性系统。
控制工程发展概况
控制工程是一门新型的技术科学，也是一门边缘科学。 从1788年瓦特（J.Watt)发明蒸汽机飞球调速器算起，控制工程也有了二百多年的历史。然而，控制工程作为一门科学，它的形成并迅速发展却是最近五六十年的事。 早在一千多年以前，我国就先后发明了铜壶滴漏计时器等多种自动控制装置，这些发明促进了当时社会经济的发展。 二次大战期间，由于建造飞机自动驾驶仪、雷达跟踪系统、火炮瞄准系统等军事装备的需要，推动了控制理论的飞跃发展。1948年威纳（N.Wiener)发表了著名的《控制论》，从而基本上形成了经典控制理论，使控制工程有了扎实的理论支撑。 二次世界大战后，控制理论扩展到民用，在化工、炼油、冶金等工业部门得到了进一步的应用，控制理论也日渐成熟。1954年，我国科学家钱学森发表了《工程控制论》这一名著，为控制工程这门科学技术奠定了理论基础。 经典控制理论：以传递函数为基础，研究单输
入、单输出系统的分析和控制
问题。 现代控制理论：以状态空间法为基础，研究多
输入、多输出、时变、非线性
等系统的最优控制问题。
20世纪50年代末和60年代，控制工程又出现了一个迅猛发展时期，这时由于导弹制导、数控技术、空间技术发展需要和计算机技术的成熟，控制理论发展到了一个新的阶段，产生了现代控制理论。特别是近十几年来，在计算机技术和现代应用数学高速发展的推动下，现代控制理论在最优滤波、系统辨识、自适应控制、智能控制等方面又有重大进展。 现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现 现代控制（1950-Now） 美国MIT的Servomechanism Laboratory研制出 第一台数控机床(1952) 美国George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)，两年后，被称为机器人之父的Joseph Engelberger创立了第一家机器人公司，Unimation。 美国的M. E. Merchant提出计算机集成制造的概念(1969) 日本Fanuc公司研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(1976) 中国批准863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统和智能机器人两个主题(1986)。 日本SONY公司二足步行机械人SDR-4X(2002) 日本安川公司娱乐机械狗(2001) ※世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957) 苏联东方-１号飞船载着加加林进入人造地球卫星轨道，人类宇航时代开始了(1961)。 苏联发射“月球”9号探测器，首次在月面软着陆成功(1966)，三年后(1969)，美国“阿波罗”11号把宇航员N. A. Armstrong送上月球。 第一台火星探测器Sojourner在火星表面软着陆(1996) 旅行者Voyager 一号，二号开始走出太阳系，对茫茫太空进行探索。 作业：
谢！ 机电控制工程基础 多媒体教学课件 指导老师： 叶俊杰 副教授 苏玉鑫 教授 教材《机电控制工程基础》 主
编：左键民 副主编：盛英 叶俊杰
办公室：北校区主楼3区249
联系方式：QQ:
Tel: 第二章 控制系统的数学模型 第一章 绪论 第三章 控制系统的时域分析 第四章 控制系统的频率特性分析 第五章 控制系统的稳定性分析 第六章 控制系统的性能分析 第七章 控制系统
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