《机械控制工程基础》2

《机械工程控制基础》实验指导书

青岛科技大学

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前 言

机械工程控制基础是针对过程装备与控制工程专业而开设的一门专业基础课，主要讲解自动控制原理的主要内容，是一门理论性较强的课程，为了帮助学生学好这门课，能够更好的理解理论知识，在课堂教学的基础上增加了该实验环节。

《机械工程控制基础》实验指导书共编写了4个实验，有

实验一、典型环节模拟研究

实验二、典型系统动态性能和稳定性分析

实验三、控制系统的频率特性分析

实验四、调节器参数对系统调节质量的影响

《机械工程控制基础》实验指导书的编写主要依据“控制工程基础”教材的内容，结合本课程教学大纲的要求进行编写。利用计算机和MATLAB程序完成实验。

注：1）每个实验的实验报告均由5部分组成，最后一部分“实验数据分析”或“思考题”必须写。

2）每个实验所记录的图形均需标出横轴和纵轴上的关键坐标点。

3

目 录

实验一 典型环节模拟研究„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

一、 实验目的

二、 实验要求

三、 实验原理

四、 实验内容及步骤

五、 实验报告要求

实验二 典型系统动态性能和稳定性分析„„„„„„„„„„„„„„7

一、 实验目的

二、 实验要求

三、 实验原理

四、 实验内容及步骤

五、 实验报告要求

实验三 控制系统的频率特性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„9

一、 实验目的

二、 实验要求

三、 实验原理

四、 实验内容及步骤

五、 实验报告要求

实验四 调节器参数对系统调节质量的影响„„„„„„„„„„„„„11

一、 实验目的

二、 实验要求

三、 实验原理

四、 实验内容及步骤

五、 实验报告要求

附录一：MATLAB6.5的使用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

4 实验一 典型环节模拟研究

一、实验目的

机械工程控制基础期末试卷

《机械控制工程基础》试卷第 1 页 共 12 页

一. 填空题(每小题2.5分，共25分)

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 开环系统 和 闭环系统 。

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 等。

4． 误差响应 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11Ts的单位阶跃响应的表达是 。

6． 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 谐波 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 的类型有关。

9． 脉冲信号可以用来反映系统的 。

10. 阶跃信号的拉氏变换是 。

二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）

电压放大功率放大可逆电机+-自偶调压器~220VUf+给定毫伏信号+-电炉热电偶加热器UeUg炉温控制系统减速器-

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。

三、如图2为电路。求输入电压iu与输出电压0u之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分）

图2

Ru0uiLCu0uiCu0uiR(a)(b)(c)机械工程控制基础期末试卷

《机械控制工程基础》试卷第 2 页 共 12 页

四、求拉氏变换与反变换 (10分)

1． 求[0.5]tte（5分）

2． 求13[](1)(2)sss（5分）

五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）

机械工程控制基础期末试卷

拉氏变换

题目：已知ttf5.0，则其tfL【C 】

A. 25.0ss B. 25.0s

C. 221s D. s21

题目：函数f(t)的拉氏变换L[f(t)]= 。

题目：函数atetf的拉氏变换L[f(t)]= 。

题目：若tettf22)(，则)]([tfL 【 B】

A.22s B.3)2(2s

C.22s D.3)2(2s

题目：拉氏变换存在条件是，原函数f(t)必须满足 狄里赫利 条件。

题目：已知15.0ttf，则其tfL【 C】

A. 25.0ss B. 25.0s

C. ss1212 D. s21

题目：若ssssF214，则tftlim)=( )。 【 A 】

A. 1 B. 4

C. ∞ D. 0

题目：函数tetfatcos的拉氏变换L[f(t)]= 。

题目：若assF1，则0f)=（1）。

题目：函数ttf的拉氏变换L[f(t)]= 。

题目：拉氏反变换的求法有多种方法，其中比较简单的方法是由sF查拉氏变换表得出及 。

题目：已知2332ssssF，则其sFL1为多少？

题目：ssF1的拉氏反变换为 。

机械工程控制基础期末试卷

《机械控制工程基础》试卷第 1 页 共 9 页

一. 填空题(每小题2.5分，共25分)

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 开环系统 和 闭环系统 。

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 等。

4． 误差响应 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11Ts的单位阶跃响应的表达是 。

6． 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 谐波 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 的类型有关。

9． 脉冲信号可以用来反映系统的 。

10. 阶跃信号的拉氏变换是 。

二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分）

电压放大功率放大可逆电机+-自偶调压器~220VUf+给定毫伏信号+-电炉热电偶加热器UeUg炉温控制系统减速器-

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。

三、如图2为电路。求输入电压iu与输出电压0u之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分）

图2

四、求拉氏变换与反变换 (10分)

1． 求[0.5]tte（5分）

2． 求13[](1)(2)sss（5分） Ru0uiLCu0uiCu0uiR(a)(b)(c)机械工程控制基础期末试卷

《机械控制工程基础》试卷第 2 页 共 9 页

五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）

G1(S)G2(S)G3(S)H1(S)H2(S)Xi(S)XO(S)