机电工程控制基础答案.docx
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机电工程控制基础答案
机电工程控制基础答案
【篇一：
机电工程基础作业答案】
>第一章习题答案
一、简答
1．什么是自动控制？
就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量（输出量）准确地按照给定的规律（输入量）运行或变化。
2．控制系统的基本要求有哪些？
控制系统的基本要求可归结为稳定性；准确性和快速性。
3．什么是自动控制系统？
指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。
它一般由控制装置和被控制对象组成
4．反馈控制系统是指什么反馈？
反馈控制系统是指负反馈。
5．什么是反馈？
什么是正反馈？
什么是负反馈？
反馈信号（或称反馈）：
从系统（或元件）输出端取出信号，经过变换后加到系统（或元件）输入端，这就是反馈信号。
当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。
反之，符号相反抵消输入信号作用时叫负反馈。
6．什么叫做反馈控制系统
系统输出全部或部分地返回到输入端，此类系统称为反馈控制系统（或闭环控制系统）。
7．控制系统按其结构可分为哪3类？
控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
8．举例说明什么是随动系统。
这种系统的控制作用是时间的未知函数，即给定量的变化规律是事先不能确定的，而输出量能够准确、迅速的复现给定量（即输入量）的变化，这样的系统称之为随动系统。
随动系统应用极广，如雷达自动跟踪系统，火炮自动瞄准系统，各种电信号笔记录仪等等。
9．自动控制技术具有什么优点？
⑴极大地提高了劳动生产率；⑵提高了产品的质量；⑶减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；⑷由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程则因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。
在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用
10．对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加某一给定值时，输出量的暂态过程可能有几种情况？
单调过程衰减振荡过程持续振荡过程发散振荡过程
二、判断
1．自动控制中的基本的控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。
正确
2．系统的动态性能指标主要有调节时间和超调量，稳态性能指标为稳态误差。
正确
3．如果系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响时，这样的系统就称为开环控制系统。
正确
4．凡是系统的输出端与输入端间存在反馈回路，即输出量对控制作用能有直接影响的系统，叫做闭环系统。
正确
5．无静差系统的特点是当被控制量与给定值不相等时，系统才能稳定。
错误
6．对于一个闭环自动控制系统，如果其暂态过程不稳定，系统可以工作。
错误
7．叠加性和齐次性是鉴别系统是否为线性系统的根据。
正确
8．线性微分方程的各项系数为常数时，称为定常系统。
正确
第二章习题答案
1．什么是数学模型？
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。
正确
2．建立控制系统数学模型的主要方法哪些？
建立控制系统数学模型的主要方法有解析法和实验法。
3．什么是系统的传递函数？
在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统（或元件）的传递函数。
4．单位负反馈系统的开环传递函数为g（s），则其闭环传递函数是什么？
单位负反馈系统的开环传递函数为g（s），则闭环传递函数为
5．二阶闭环系统传递函数标准型是什么？
其中的变量有什么含义？
222?
n二阶闭环系统传递函数标准型为?
n/（s?
2?
?
ns?
?
n），其中称?
为系统的阻尼比，g（s）1?
g（s）
为无阻尼自振荡角频率。
6．微分环节和积分环节的传递函数表达式各是什么？
微分环节：
g?
s?
?
s。
积分环节g?
s?
?
1s
7．振荡环节包含两种形式的储能元件，并且所储存的能量相互转换，输出量具有振荡的性质。
设振荡环节的输出量为xc，输入量为xr，其运动方程式和传递函数是什么？
运动方程式为
d2xcdxct?
t?
xc?
kxrk2dtdt2
其传递函数为
g（s）?
kt2s2?
tks?
1
一、判断
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。
（错误）
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。
（错误）
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
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
三、
设某系统可用下列一阶微分方程
?
（t）?
c（t）?
?
r?
（t）?
r（t）tc
近似描述，在零初始条件下，试确定该系统的传递函数。
c（s）?
s?
1?
r（s）ts?
1
四、如图所示为一具有弹簧、阻尼器的机械平移系统。
当外力作用于系统时，系统产生位移为xo。
求该系统以xi（t）为输入量，xo（t）为输出量的运动微分方程式。
解
取a、b两点分别进行受力分析。
?
a?
x?
0）?
k2x0得k1（xi?
xa）?
f（x
由k1（xi?
xa）?
k1xa解出xa?
xi?
abk2x0k1
?
i?
代入b等式，得f（x
得k2?
0?
x?
0）?
k2x0xk1
?
0?
k1k2x0?
fk1x?
i（f?
k1?
k2?
x
式中：
k1——弹簧1的弹性系数；
k2——弹簧2的弹性系数；
f——阻尼器的阻尼系数。
六、下图为一具有电阻－电感－电容的无源网络，求以电压u为输入，uc为输出的系统微分方程式。
【篇二：
2014年电视广播-机电控制工程基础形成性考核册答案】
作业1、
一、简答题
1、对控制系统的基本要求通常有哪些？
稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性。
2.人工控制的恒温箱，人工调节过程包括哪些内容？
1）.观测恒温箱内的温度（被控制量）与要求的温度（给定值）进行比较，得到温度
2）．的大小和方向根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流以调节温度回复到要求值。
人工控制过程的实质：
检测偏差再纠正偏差
3.对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加时，输出量的暂态过程可能有哪些？
单调过程衰减振荡过程持续振荡过程发散振荡过程
4.开环控制系统有哪两个主要特点？
开环控制是一种最简单的控制方式，其特点是，在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。
5.闭环控制系统的主要特点是什么？
闭环控制的特点是，在控制器与被控对象之间，不仅存在着正向作用，而且存在着反馈作用，即系统的输出量对控制量有直接影响。
6．什么叫做反馈控制系统
系统输出全部或部分地返回到输入端，此类系统称为反馈控制系统（或闭环控制系统）。
7．控制系统按其结构可分为哪3类？
控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
8．举例说明什么是随动系统。
这种系统的控制作用是时间的未知函数，即给定量的变化规律是事先不能确定的，而输出量能够准确、迅速的复现给定量（即输入量）的变化，这样的系统称之为随动系统。
随动系统应用极广，如雷达自动跟踪系统，火炮自动瞄准系统，各种电信号笔记录仪等等。
9、自动控制技术具有什么优点？
⑴极大地提高了劳动生产率；⑵提高了产品的质量；⑶减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；⑷由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程则因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。
在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用
10．对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加某一给定值时，输出量的暂态过程可能有几种情况？
单调过程衰减振荡过程持续振荡过程发散振荡过程
11、什么是数学模型？
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。
12、系统的闭环传递函数为g（s）=s+5s，则闭环特征方程为？
s2+5s=0闭环极点分别为：
s1=0，s2=-5（二元一次方程的求根公式为：
?
?
=单位负反馈系统的开环传递函数为g（s），则闭环传递函数为1+g（s）
13、什么是系统的传递函数？
在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统（或元件）的传递函数。
14、单位负反馈系统的开环传递函数为g（s），则其闭环传递函数是什么？
单位负反馈系统的开环传递函数为g（s），则闭环传递函数为=
15、二阶闭环系统传递函数标准型是什么？
其中的变量有什么含义？
g（s）1+g（s）g（s）
1
）
二阶闭环系统传递函数标准型为
16、微分环节和积分环节的传递函数表达式各是什么？
微分环节：
。
积分环节
17、振荡环节包含两种形式的储能元件，并且所储存的能量相互转换，输出量具有振荡的性质。
设振荡环节的输出量为xc，输入量为xr，其运动方程式和传递函数是什么？
运动方程式为其传递函数为
18、单位负反馈系统的开环传递函数为g（s）=
k
该系统的闭环传递函数为？
ss+2（s+3）
c（s）k
=二、判断题
1、发散振荡过程是指系统的被控制量发散振荡，在这种情况，偏差会越来越大，这属于稳定过程。
错误（属于不稳定过程）
2、输出量的暂态过程为单调过程时，输出量单调变化，缓慢地到达新的稳态值，这种暂态过程具有较短的暂态过程时间。
3、
上图为恒温控制系统方框图，箭头所指的内容应该是热电偶。
4、凡是系统的输出端与输入端间存在反馈回路，即输出量对控制作用能有直接影响的系统，叫做闭环系统。
正确
5、无静差系统的特点是当被控制量与给定值不相等时，系统才能稳定。
错误
6．对于一个闭环自动控制系统，如果其暂态过程不稳定，系统可以工作。
错误7．叠加性和齐次性是鉴别系统是否为线性系统的根据。
正确8．线性微分方程的各项系数为常数时，称为定常系统。
正确
9.若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10.对于单位负反馈系统，其开环传递函数为g（s），则闭环传递函数为
g（s）1+g（s）
。
正确
11．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12．传递函数描述的系统是线性系统和非线性系统。
（错误）
16．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
17．若一个动态环节的传递函数乘以1/s，说明对该系统串联了一个微分环节。
错误18、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19、惯性环节的时间常数越大，则系统的快速性越好。
（错误）
三、设某系统可用下列一阶微分方程
近似描述，在零初始条件下，试确定该系统的传递函数。
f（s）1?
f（s）
10s+1s+2（s+5）
10
，该系统的闭环极点均位于
s+1s+2s+5+10
s平面的左半平面，所以系统稳定。
五、如图所示的电网络系统，其中ui为输入电压，uo为输出电压，试写出此系统的微分方程和传递函数表达式。
六、某电网络系统结构如图所示，ur为输入，uc为输出，求该系统的传递函数。
作业2
一、简答题
1、某二阶系统的特征根为两个互不相等的实数，则该系统的单位阶跃响应曲线有什么特点？
单调上升
2、系统动态性能指标通常有哪几项？
如何理解这些指标？
延迟时间td阶跃响应第一次达到终值h（∞）的50％所需的时间。
上升时间tr阶跃响应从终值的10％上升到终值的90％所需的时间；对有振荡的系统，也可定义为从0到第一次达到终值所需的时间。
峰值时间tp阶跃响应越过稳态值h（∞）达到第一个峰值所需的时间。
3、劳斯稳定判据能判断什么系统的稳定性？
劳斯稳定判据能判断线性定常系统的稳定性。
4、一阶系统的阶跃响应有什么特点？
当时间t满足什么条件时响应值与稳态值之间的误差将小于5～2%。
？
由于一阶系统的阶跃响应没有超调量，所有其性能指标主要是调节时间，它表征系统过渡过程的快慢。
当t＝3t或4t时，响应值与稳态值之间的误差将小于5～2%。
显然系统的时间常数t越小，调节时间越小，响应曲线很快就能接近稳态值。
5、在欠阻尼的情况下，二阶系统的单位阶跃响应有什么特点？
简谐振荡时间函数。
二、填空题
1、在下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统（或元件）的2、单位积分环节的传递函数为。
3、一阶系统ts+1，则其时间常数为t。
4、系统传递函数为w（s），输入为单位阶跃函数时，输出拉氏变换y（s）为5、单位负反馈系统开环传函为gs=
9ss+1，
w（s）s
1
节时间ts（5%）为
6、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7、Ⅰ型系统无静差地跟踪单位斜坡输入信号。
8、单输入输出线性定常控制系统的不同类型的数学模型之间可以9、系统的传递函数为gs=
k（s+2）s2s+1，
则该系统有极点和
（什么是极点和零点？
传递函数分母多项式的根被称为系统的极点，分子多项式的根被称为系统的零点）10、传递函数是系统本身的一种属性，它与输入量的大小和性质11、输入信号和反馈信号之间的比较结果称为12、控制系统的阶数为分母多项式s的阶次。
13、从严格意义上说，实际系统的数学模型都是
14、系统输出或地返回到输入端，此类系统称为反馈控制系统或闭环控制系统。
15、某环节的传递为gs，在单位脉冲函数的作用下，其输出ygs为16、单位负反馈系统的闭环传递函数为s2+5s+1，则其开环传递函数为（s2+2s+1）。
17、拉普拉斯变换的位移定理为l［f（t-a）］=e
-as
3s）
3s）
f（s），其中f（t）的拉斯变换。
18、传递函数与微分方程有
19、传递函数是在零初始条件下定义的，它20、传递函数的变换即为系统的脉冲响应。
三、判断题
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。
正确
4.闭环传递函数中积分环节的个数决定了系统的类型。
错误
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。
（错误）
【篇三：
机电控制工程基础练习1题目及答案】
t>一、填空
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?
xsts?
1
3、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。
输入端闭环控制系统
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。
单位冲击信号8、单位阶跃函数的拉普拉斯变换结果是。
1s
9、单位脉冲函数的拉普拉斯变换为。
110、e的拉氏变换为。
11.若
-bs
?
t
1s?
1
l[f（t）]=f（s），则l[f（t-b）]=、。
ef（s）
12.若
-3s
l[f（t）]=f（s），则l[f（t-3）]=、。
ef（s）
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，，与之比称为线性系统（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系统。
稳定
2?
n
17、二阶系统的标准型式为。
gb（s）?
22
s?
2?
?
ns?
?
n
18、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。
0.119、f[s]?
1
的原函数的初值f（0），终值f（?
）s（s?
1）
0,120、已知f（t）的拉氏变换为
s
，则初值f（0）=（）。
0
（s?
2）2?
4
21、f（t）?
e?
2tsin2t的拉氏变换为。
s
2
（s?
2）?
4
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）?
?
f（t）e
?
st
dt
24、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。
二、选择
1、脉冲函数的拉氏变换为（c）
a0；b∞；c常数；d变量2、二阶系统的传递函数为（c）
a1，
3、已知f（s）?
a
1
；则其无阻尼振荡频率?
n和阻尼比为
s2?
0.5s?
1
112；b2，1；c1，0.25；d，233a?
n?
s
e其反变换f（t）为（b）。
s2
a1
?
（t?
a?
）；ba?
（t?
n?
）；ca?
te?
n?
；d?
（t?
n?
）。
n?
a
s2?
3s?
34、已知f（s）?
，其原函数的终值f（t）?
（d）2
t?
?
s（s?
2）（s?
2s?
5）
a∞；b0；c0.6；d0.3
s2?
2s?
3
5、已知f（s）?
，其原函数的终值f（t）?
（c）2
t?
?
s（s?
5s?
4）
a0；b∞；c0.75；d3
6、已知f（s）?
1
，其反变换f（t）为（）。
c
s（s?
1）
t
?
t
?
t
?
t
a1?
e；b1?
e；c1?
e；de
?
t
?
1。
7、已知f（t）?
esin2t的拉氏变换为（）。
c
a
22?
2s
e；b；2
s2?
4（s?
4）?
4
c
s
；2
（s?
1）?
4
d
s
e?
2s。
2
s?
4
8、一阶系统的传递函数为
a1?
e
?
t5
3
；其单位阶跃响应为（b）5s?
1
?
t5
；b3?
3e；c5?
5e
?
t5
；d3?
e
?
t5
?
2n
9、已知道系统输出的拉氏变换为y（s）?
那么系统处于（c）2
ss?
?
na欠阻尼；b过阻尼；c临界阻尼；d无阻尼
10、图示函数的拉氏变换为（a）。
a1?
1?
?
s?
?
s
（1?
e）（1?
e）；；b?
s2as2
?
1a1
（1?
e?
?
s）；d（1?
e?
s）c2as?
s
a
11、若f（?
）=0，则f[s]可能是以下（c）。
a
12、e
?
2t
1s11；b2；c；d2。
s?
9s?
9s?
9s?
9
的拉氏变换为（）。
c
a
111?
2s0.5；b；c；de。
s?
122ss?
2
13、f（t）的拉氏变换为f[s]?
6
，则f（t）为（）。
c
s（s?
2）
；c3（1?
e
?
2t
a3e
?
2t
；b1?
e
?
2t
）；d6e?
2t。
14、开环与闭环结合在一起的系统称为.a
a复合控制系统；b开式控制系统；c闭和控制系统；d正反馈控制系统。
15、在初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统的a增益比；b传递函数；c放大倍数；d开环传递函数
16、已知线性系统的输入x（t），输出y（t），传递函数g（s），则正确的关系是。
b
ay（t）?
x（t）?
l[g（s）]；by（s）?
g（s）?
x（s）；cx（s）?
y（s）?
g（s）；dy（t）?
x（t）?
g（s）。
?
1
17、设有一弹簧、质量、阻尼器机械系统，如图所示，以外力f（t）为输入量，位移y（t）为输出量的运动微分方程式可以对图中系统进行描述，那么这个微分方程的阶次是：
（b）
a1；b2；c3；d4
18、二阶系统的传递函数为（d）
a1，
1
；则其无阻尼振荡频率?
n和阻尼比为
4s2?
4s?
1
11
；b2，1；c2，2；d，122
19、传递函数g?
s?
?
y?
s?
?
e?
ts表示了一个（a）
xsa时滞环节；b振荡环节；c微分环节；d惯性环节
20、某一系统的速度误差为零，则该系统的开环传递函数可能是（d）
a
s?
dkkk
；b；c；d2；ts?
1s（s?
a）（s?
b）s（s?
a）s（s?
a）
ts（2%）是多少
?
解：
闭环传递函数
gb（s）?
y（s）50
?
2x（s）s?
（2?
0.5?
）s?
50
?
n?
?
7.07（弧度/秒）
2?
n?
?
2?
0.5?
?
得?
?
?
?
2
2（?
?
n?
1）
0.5
由?
%?
e
?
?
?
?
100%?
20%
?
?
?
?
e?
0.2
两边取自然对数?
?
?
?
?
2
?
ln0.2?
?
1.61，可得
?
?
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