机械工程控制基础试卷及答案.doc

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1、三.分析题(毎题6分，共12分)1、分析人骑白行车的过稈屮，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到白行车平衡的。(要求绘出原理方框图)分析人骑白行车的过程屮，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。解：人骑自行车时，总是希望具有一定的理想状态(比如速度、方向、安全等)，人脑根据这个理想状态指挥四肢动作，使自行车按预定的状态运动，此时，路面的状况等因素会对自行车的实际状态产生影响，使H行车偏离理想状态，人的感觉器官感觉白行车的状态，并将此信息返冋到大脑，大脑根据实际状态与理想状态的偏差调整四肢动作，如

2、此循环往复。其信息流动与反馈过程可用下图表示。2、若系统传递函数方框图如图所示，求⑴以R(S)为输入，当N(S)=O时,分别以C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数;⑵以N(S)为输入，当R(S)=0时,分别以C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(3)比较以上各传递函数的分母，从屮可以得出什么结论。(1)以R(S)为输入当N(S)=0时,C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数;Gc(s)=CCv)丽1+G(s)G2(s)H(s)1+G](s)G?(s)H(s)⑵以N(S)为输入，当R(S)=0时，以C(S)为输出的闭环

3、传递函数;Gc(s')=d=-rr(5)=-GSs)G2^H(S)N(s)1+Gf(5)G2(5)H(5)r1n(s)1+G

4、(s)G2($)H(s)从上可知：对于同一个闭环系统，当输入的取法不同时，前向通道的传递函数不同，反馈冋路的传递函数不同，系统的传递函数也不同，但系统的传递函数分母不变，这是因为分母反映了系统固有特性，而与外界无关。四、计算题(每题10分，共30分)1、求图所示两系统的传递函数，其中xO、g为输入,x°(t)、氏为输出o(写出具体过程)Xi(t)Xo(t)

5、，可以得到动力学方程为：[石(/)一乙(f)]R=mxo(f)+de。(/)[Xf(5)-X.(s)]k=ms2X0(S)+(S)G(s)=Xo(S)/Xi(S)=k/(ms2+cs+k)图b•!',设i为电网络的电流，可得方程为:Ui(S)=RI(S)+LSI(S)+些CS作Laplace变换，得，消去中间变量,得:G(S)=U0(S)/Ui(S)=lcs2+rcs+i2、已知惯性环节的传递函数G(S)二1/(TS+1)，请写出其频率特性G(js),实频特性u(3),虚频特性v(3),幅频特性

6、G((jo)

7、,相频特性Z

8、G(j3)的表达式，并绘制其Nyquist图。•Teo7TTrW实频特性U(CD)=11+T2^2-Teo+T2a)2频率特性G(小E相频特性ZG(jco)=-arctanTeo3、如图所示的机械系统，在质量块mJL施加一个阶跃力xi(t)=3牛顿后，系统的时间响应xy(t)如右图所示，试写出系统的最大超调量此，峰值吋间计算弹簧的刚度K、质量块的质量m和阻尼系数§的值。/////根据牛顿定律，建立机械系统的动力学微分方程，得系统的传递函数为:)+mx0(r)+cxo(/)=兀(/)kX"G)+m/Xo(s)+csX°(S

9、)=X,(S)G(S)=X()(5)_1Xj($)ms2+cs+kkm2csks+——+—mm将上式与二阶系统传递函数的标准形式比较可知(1)由响应曲线的稳态值(1cm)求出k由于阶跃力xXt)二3N,它的拉普拉斯变换Xi(S)二3,故I3D=X,(S)=—r由拉普拉斯变换的终值定理可求的X。(t)的稳态输出值3x(t)=limX。⑴=limsXo(S)=-=S.V->0k因此,k=3N/cm=300N/m71(2)由响应曲线可知道Mp二0.095,tp=01s,求取系统的©、g由Mp=*100%=0.095,得&二0.

10、6；由/〃二——二0.Is将§代入上式求得o)n=39.25rad/s⑶将q=39.25rad/s和尸0.6代入®=©Ti7?2ylmk氐，张金求得El959kg臥歹=才下可知，使系统响应平稳，应增人$，故要使阻尼系数C增人，质量减小；要使系统快速，应增大5,减小质量。弹簧的刚度k—•般由稳态值决定。为使系统具有好的瞬态响应性能应该减小质量，增大阻尼系数，在实践屮经常采用轻质材料或空心结构减小质量。五、求图示系统的传递函数G(s)=Xo(s)/Xi(s)。根据系统结构特点，应先把图屮的点A前移至B点，化简麻，再示移至C点，

11、然示从内环到外环逐步化简，其简化过程如下图。Xj(S)G1(G2G3+G4)Xa(S)I+//2GG3+GJ-HQG—X：(S)XQ)GGGs+gJXj(S)I+GGs+gX^+gJ-0GGG{(G2G3+G4)3普皿+5如比)一卄六、计算分析题设系统的特征方程为D(S)=S5+3S4+4S3+12S2