机械工程控制基础复习资料
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目录1引言………………………………………………2 工作原理…………………………………………3 主控制部分……………………………………4 测量部分…………………………………………5 温度控制及超温和超温警报单元………………6 温度控制器件电路…………………………………7 温度测试单元………………………………………8 七段数码管显示单元………………………………9 计算分析部分…………………………………10 电源输入单元……………………………………11 程序结构分析…………………………………12 主程序……………………………………………13 测设分析…………………………………………结论…………………………………………………空调温度控制与冷库温度控制综合性能分析1 引言温度控制与系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。
这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。
传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。
控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。
而采用数字温度传感器DS18B20,因其内部集成了A/D转换器,使得电路结构更加简单,而且减少了温度测量转换时的精度损失,使得测量温度更加精确。
数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信,大大减少了接线的麻烦,使得单片机更加具有扩展性。
由于DS18B20芯片的小型化,更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接,故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头,探入到狭小的地方,增加了实用性。
机械工程控制基础复习提纲控制工程基础复习提纲第一章绪论1. 系统的定义及特性: p5.答:系统是由相互联系、相互作用的若干部分组成有一定的目的或一定的运动规律的一个整体。
系统具有如下特性:(1)系统的性能不仅与系统的要素有关,而且还与系统的结构有关;(2)系统的内容比组成系统的各要素的内容要丰富得多、复杂得多。
2. 模型、静态模型与动态模型:p6-8.答:模型——研究、认识、描述、分析系统的一种工具。
数学模型——用数学方法描述的抽象的理论模型,用来表达系统内部各部分之间或系统与外部环境之间的关系。
模型分为:静态模型与动态模型。
静态模型反映系统在恒定载荷或缓变载荷作用下或在平衡状态下的特性(用代数公式描述);动态模型反映系统在瞬变载荷作用下或在不平衡状态下的特性(用微分方程或差分方程描述)。
3. 反馈(p8)、内反馈与外反馈(p8)、正反馈与负反馈.答:反馈——系统的输出部分或全部地被反过来用于控制系统的输入。
内反馈:在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈,内反馈是系统处于运动状态的内因;外反馈:在自动控制系统中,为达到某种控制目的而人为加入的反馈(依靠外部反馈控制装置)。
负反馈:输出(被控量)偏离设定值(目标值)时,反馈作用使输出偏离程度减小,并力图达到设定值,即减小偏差;正反馈:输出偏离设定值时,反馈作用使输出偏离程度加剧,即加大偏差。
4.开环控制系统与闭环控制系统p13.答:开环控制系统没有反馈回路,系统的输出对系统没有控制作用;闭环控制系统系统有反馈回路,系统的输出对系统有控制作用。
5.对控制系统的基本要求p15.答:稳定性、快速性和准确性。
稳定性就是指系统抵抗动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。
这是系统正常工作的首要条件;快速性是指在系统稳定的前提下,当系统的输出量与给定的输入量之间产生偏差时,消除这种偏差的快速程度;准确性是指调整过程结束后,输出量与给定的输入量之间的偏差。
一、填空1.机械工程控制基础:是研究一机械工程技术为对象的控制论问题;是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题,也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。
2.系统分析:当系统已定,输入知道时,求出系统的输出(响应),并通过输出来研究系统本身的有关问题。
3.最优控制:当系统已定,且系统的输出也已给定,要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求。
4.最优设计:当输入已知,且输出也是给定时,确定系统应使得输出尽可能符合给定的最佳要求。
5. 系统识别或系统的辨识:当输入与输出均已知时,求出系统的结构与参数,即建立系统的数学模型。
6.信息传递: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。
7.信息的反馈:就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回,再输入到系统中去。
8.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。
9.按系统是否存在反馈,将系统分为开环系统和闭环系统。
10.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。
11.闭环系统:系统的输出量对系统有控制作用,或者说,系统中存在反馈的回路。
12.数学模型:是系统动态特性的数学表达式。
13.分析法:是依据系统本省所遵循的有关定律列写数学表达式。
14.实验法:是根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。
15.线性系统:系统的数学模型表达式是线性。
16.非线性系统的最重要特性,是不能运用叠加原理。
17. 传递函数:线性定常系统的传递函数,是初始条件为零时,系统输出地拉氏变换比输入的拉氏变换。
18. 传递函数:是通过输入与输出之间信息的传递关系,来描述系统本省的动态特性。
19.方块图:是系统中各环节的功能和信号流向的图解表示方法。
20.串联:各个环节传递函数一个个顺序连接。
21.并联:凡是几个环节的输入相同,输出相加或想减的连接形式。
22.反馈:是将系统或某一环节的输出量,全部或部分地通过传递函数回输到输入端,又重新输入到系统中去。
机械工程控制的基础复习资料1. 引言机械工程控制是机械工程领域中重要的研究方向之一,它涉及到实现机器的运动控制、位置控制、速度控制等方面的技术。
本文档旨在帮助读者回顾机械工程控制的基础知识,巩固相关概念和理论。
2. 控制系统基础知识2.1 控制系统简介控制系统是指为了实现特定的目标,对所控制对象进行影响和改变的系统。
控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统两种类型。
•开环控制系统:输出信号不受反馈信号的影响,只根据预先设定的输入信号进行操作。
开环控制系统的特点是简单、稳定性差,适用于一些简单的任务。
•闭环控制系统:输出信号根据反馈信号进行修正,使得系统输出更接近于期望的目标。
闭环控制系统的特点是稳定性好、精度高,适用于一些复杂的任务。
2.2 反馈控制系统反馈控制系统是一种常见的闭环控制系统,其中反馈信号对系统输出进行修正。
它由传感器、控制器、执行器和反馈环组成。
•传感器:用于测量所控制对象的状态或特性,并将其转换为电信号输出给控制器。
•控制器:根据传感器提供的反馈信号,与期望输出进行比较,产生控制信号输出给执行器。
•执行器:接受控制信号,并根据其进行相应的动作,实现对所控制对象的控制。
•反馈环:将所控制对象的输出信号反馈给控制器,用于控制器对输出信号进行修正。
2.3 控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指系统在受到干扰或参数变化的情况下,最终是否能够达到稳定状态。
稳定性分为绝对稳定和相对稳定两种类型。
•绝对稳定:系统在干扰或参数变化的情况下,始终能够达到稳定状态。
•相对稳定:系统在一定范围内对干扰或参数变化不敏感,能够在一定时间内恢复到稳定状态。
控制系统的稳定性分析和设计是控制工程中重要的内容,涉及到稳定性判据、稳定边界和稳定裕度等概念。
3. 机械工程控制方法3.1 PID控制器PID控制器是一种常见的控制器,它根据系统的反馈信号实时计算出控制信号,使系统输出逼近期望值。
PID控制器由比例控制器、积分控制器和微分控制器组成。
X i X 01. 什么是系统的反馈?一个系统的输出,部分或全部地被反过来用于控制系统的输入。
2. 一个系统的动力学方程可以写成微分方程,这一事实就揭示了系统本身状态变量之间的联系,也就体现了系统本身存在着反馈;而微分方程的解就体现了由于系统本身反馈的存在与外界对系统的作用的存在而决定的系统的动态历程。
3. 几何判据有奈奎斯特判据、波德判据两种;代数判据有劳斯判据、胡尔维茨判据两种。
4. 列写微分方程的步骤:(1).确定系统或各元素的输入量输出量(2).按照信号的传递顺序,从系统的输入端开始,根据各变量所遵循的运动规律列写出在运动过程中的各个环节的动态微分方程 (3).消除所列各微分方程的中间变量,得到描述系统的输入量输出量之间的关系的微分方程。
(4).整理所得微分方程。
5. 非线性系统有:本质非线性和非本质非线性两种,能进行线性化的是非本质非线性系统。
6. 给出两种传递函数的定义:1.传递函数是经典控制理论中对线性系统进行研究分析与综合的基本数学工具 2.在外界输入作用前,输入输出的初始条件为零时,线性定常系统环节或元件的输出 (t )与输入 (t )经Laplace 变换后 与 之比称为该系统环节或元件的传递函数。
7. 写出六种典型环节的名称、微分方程和传递函数、奈奎斯特图和波德图。
8. 方框图的基本元素由传递函数方框、相加点、分支点组成。
9. 二阶系统时间响应的性能指标是根据欠阻尼二阶系统在单位阶跃信号作用下得到的。
10. 系统稳定的充要条件是:系统所有特征根的实部为负。
11. 什么是系统的动柔度、动刚度、静刚度。
若机械系统输入为力,输出为位移(变形)则机械系统的频率特性就是机械系统的动柔度;机械系统的频率特性的倒数就是机械系统的动刚度;当W=0时系统频率特性的倒数为系统的静刚度12. 线性定常系统对谐波输入的稳态响应称为频率响应。
13. 相频特性和幅频特性的定义:相频特性是指:稳态输出信号与输入信号的相位差;幅频特性是指:稳态输出与输入的幅值之比。
机械工程控制基础复习提纲第一章1. 机械工程控制论的研究对象与任务。
P.2:系统、输入、输出之间的动态关系。
2. 反馈控制原理和反馈控制系统。
P.8:“测偏与纠偏”。
3. 控制系统的分类方法。
P.12:按控制系统有无反馈分(开环系统、闭环系统);按输出变化规律分(恒值控制系统、程序控制系统、随动系统)。
4. 输入信号、输出信号、反馈信号、误差信号的概念。
P.5:5. 典型闭环控制系统的组成。
P.14:控制元件(拥有产生控制信号)、反馈元件(主要指置于主反馈通道中的元件)、比较元件(用来比较输入及反馈信号)、放大元件(把弱的信号放大以推动执行元件动作)执行元件(根据输入信号的要求直接对控制对象进行操作)、控制对象。
6. 控制论的中心思想P.15:通过信息的传递、处理与反馈来进行控制。
7. 开环和闭环控制系统的特点。
开环优点(结构简单,容易实现);闭环优点(抗干扰能力强、精度高) 8. 对控制系统的基本要求稳定性、准确性、快速性(稳、准、快)第二章1. 数学模型的概念和种类。
P.26:是数学表达式,微分方程、差分方程、统计学方程、传递函数、频率特性式以及各种响应式等等。
2. 线性系统线性性质的两个重要条件。
P.10:叠加性、均匀性。
3. 线性定常系统的定义P.10:微分方程的系数是常数。
4. 列写微分方程的一般方法。
P.27:5. 机械系统中一些常见的非线性特性 P.11:传动间隙、死区、摩擦力。
6. 系统传递函数的定义与求法P.34:当输入和输出的初始条件为零时,输出量)(t x o 的拉氏变换与输入量)(t x i 拉氏变换之比即系统的传递函数。
传递函数的零点、极点和放大系数。
7. 传递函数的性质P.35:传递函数的分母是系统的特征多项式,代表系统的固有特性,分子代表输入与系统的关系。
传递函数表达了系统本身的动态性能而与输入量的大小及性质无关。
分子多项式阶次m 不高于分母多项式阶次n ,即n m 。
机械工程控制基础1. 输入量:给定量称为输入量。
2. 输出量:被控量称为输出量。
3. 反馈:就是指将输出量全部或部分返回到输入端,并与输入量比较。
4. 偏差:比较的结果称为偏差。
5. 十扰:偶然的无法加入人为控制的信号。
它也是一种输入信号,通常对系统的输出产生不利影响。
6. 系统:相互作用的各部分组成的具有一定功能的整体。
7. 系统分类:按反馈情况:开环控制系统和闭环控制系统;按输出量的变化规律:自动调节系统、随动系统和程序控制系统;按信号类型:连续控制系统和离散控制系统;按系统的性质:线性控制系统和非线性控制系统;按参数的变化情况:定常系统和时变系统;按被控量:位移控制系统、温度控制系统和速度控制系统。
8. 机械工程控制论的研究对象:它研究的是机械工程广义系统在一定的外界条件(即输入或激励、十扰)作用下,从系统的一定的初始状态出发,所经历的由其内部的固有特性(即由系统的结构与参数所决定的特性)所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系一一广义系统的动力学问题。
9. 会分析简单系统的工作原理。
10. 拉普拉斯变换:若一个时间函数?(t),称为原函数,经过下式计算转换为象函数F(s):记为称F(s)为? (t)的Laplace变换其中算子s= b + j 3为复数。
11. 常用的拉氏变换表12. 拉氏变换的主要定理(特别是线性定理、微分定理)(1) 比例定理(很重要,系统微分方程进行拉氏变换常用)输出量不失真、无惯性、快速地跟随输入量,两者成比例关系。
13. 线性系统:系统的数学模型都是线性关系。
14. 线性定常系统:用线性常微分方程描述的系统。
15. 叠加原理:系统在几个外加作用下所产生的响应,等于各个外加作用单独作用的响应之和。
叠加原理有两重含义:均匀性(齐次性)和可叠加性。
叠加原理有两重含义:均匀性(齐次性)和可叠加性。
这个原理是说,多个输入同时作用于线性系统的总响应,等于各个输入单独作用时分别产生的响应之和,且输入增大若十倍时,其输出亦增大同样的倍数。
2009、4机械工程控制基础复习参考资料(2240)1.单位脉冲响应函数为t t h 189)(=,则系统的传递函数为 【 A 】 A .2189sB .s189C .2189sD .s1892.关于叠加原理,下列叙述正确的是 【 B 】 A .适合于非线性定常系统 B .适合于线性定常系统C .适合于所有系统D .适合于非线性系统3.对于一阶系统s e s s G 812.31)(-+=,则该系统可看成下述环节由串联而成 【 A 】A .惯性环节、延时环节B .比例环节、惯性环节、延时环节C .惯性环节、超前环节D .比例环节、惯性环节、超前环节4.若二阶阻尼系统的无阻尼固有频率为n ω,则有阻尼固有频率d ω为 【 C 】A .等于n ωB .大于n ωC .小于n ωD .与n ω无关5.下列叙述正确的是 【 C 】 A .时域响应只能分析系统的瞬态特性B .频率响应只能分析系统的稳态特性C .时域响应和频率响应都能揭示系统的动态特性D .频率响应无量纲6.关于线性系统的正确描述是 【 C 】 A .都可以用传递函数表示 B .只能用传递函数表示C .可以用不同模型描述D .都是稳定的7.已知环节的波德图如下图,则该环节为 【 B 】A .比例环节B .微分环节C .积分环节D .惯性环节8.对于二阶系统而言,阻尼比越大,系统的 【 B 】A .相对稳定性越差B .相对稳定性越好C .稳态误差越小D .稳态误差越大9.属于系统时域的数学模型是 【 C 】A .频率特性B .传递函数C .微分方程D .频响函数10.一线性系统的特征方程为)()(5)(3)(223t x t t x t x t x⋅=++&则该系统是 【 C 】 A .线性定常系统B .线性系统C .非线性系统D .非线性时变系统11.典型环节的传递函数为:)1/(1)(s s G +=,该环节为: 【 A 】 A .惯性环节B .积分环节C .微分环节D .比例环节12.系统的微分方程为F t x t x t x 4)(3)(2)(=++&&&,系统的极点为 【 A 】A .21j s ±-=B .j s ±=2C .01=s j s ±=223D .全不是13.关于线性系统响应时间的描述正确的是: 【 C 】 A .时间响应为系统输出的稳态值B .由单位阶跃响应和单位脉冲响应组成C .由强迫响应和自由响应组成D .与系统初始状态无关 14.已知系统传递函数44)(2++=s s s G ,则阻尼比为: 【 A 】 A .0.25B .0.5C .1D .215.二阶振荡系统的阻尼比为7.00<<ζ,则关于无阻尼固有频率n ω,有阻尼固有频率d ω,振荡频率r ω的关系 【 C 】 A .r d n ωωω<< B .d r n ωωω<< C .n d r ωωω<< D .r n d ωωω<< 16.单位反馈系统的传递函数)9)(4)(2(1)(--++=s s s s s G ,则系统 【 B 】A .稳定B .不稳定C .临界稳定D .无法判断17.单位反馈闭环系统的误差为零时,则输出 【 C 】 A .为0B .停止改变C .等于希望值D .无法判断18.一阶微分环节G(s)=1+Ts ,当频率ω=1时,则相频特性∠G(jω)为 【 A 】 A. 45° B. -45° C. 90° D. -90°19.对于稳定系统,幅值裕量Kg 为 【 A 】A .大于0dBB .小于0 dBC .小于等于0 dBD .等于120.系统传递函数 【 B 】A .与外界无关B .反应了系统、输入、输出的关系C .完全反应系统的动态特性D .与系统初始状态有关21.线性系统稳定与否取决于 【 A 】A .系统的结构和参数B .系统的输入C .系统的干扰D .系统的初始状态22.减小一阶系统的时间常数,则系统 【 C 】A .系统准确定变差B .系统响应变慢C .系统响应快D .稳定性变差23.欠阻尼二阶系统而言,瞬态响应的超调量表征了系统的 【 D 】A .系统的可靠性B .系统的准确性C .系统响应快速性D .系统相对稳定性24.二阶系统的指标中,与阻尼比有关的是 【 B 】A .固有频率B .超调量C .上升时间D .调整时间25.对最小相位系统,系统如果稳定,则相位裕量和幅值裕量 【 A 】A .二者都大于零B .二者都小于零C .相位裕量大于零,幅值裕量小于零D .相位裕量小于零,幅值裕量大于零 26.系统的单位脉冲响应函数为te t w 2.03)(-=,则系统的传递函数为 【 C 】A .32.0+s B .2.06.0+sC .2.03+sD .36.0+s 27.典型环节的传递函数为:11)(+=Ts s G ,该环节为: 【 D 】 A .积分环节B .比例环节C .微分环节D .惯性环节28.对于一阶系统523)(+=s s G ,则时间常数和增益为 【 C 】A .2 3B .2 1.5C .0.4 0.6D .2.5 1.529.系统正常工作的必要条件是 【 B 】 A .系统具有快速响应特点 B .系统必须是稳定的C .系统必须准确反应输出D .系统必须是线性的30.在零初始条件下,系统传递函数是 【 C 】 A .输入与输出的拉氏变换之比 B .输出与偏差的拉氏变换之比C .输出与输入的拉氏变换之比D .输入与偏差的拉氏变换之比31.对于一阶系统44)(2++=s s s G ,允许误差为2%,则系统调整时间为 【 B 】 A .8B .2C .7D .3.532.下列哪个系统是最小相位系统 【 B 】 A .s01.011-B .s01.011+C .101.01-sD .)1.01(1s s -33.系统稳定的充要条件是 【 B 】 A .传递函数的零点具有负实部B .传递函数的极点具有负实部C .传递函数的零点和极点具有负实部D .传递函数的零点和极点具有正实部34.在乃奎斯特图上,当相位裕量和幅值裕量大于零时,系统是 【 C 】A .临界稳定B .不稳定C .稳定的D .无法判断35.机械工程控制论是研究该领域中系统的动力学问题。
2009、4机械工程控制基础复习参考资料(2240)1.单位脉冲响应函数为t t h 189)(=,则系统的传递函数为 【 A 】A .2189sB .s189 C .2189sD .s1892.关于叠加原理,下列叙述正确的是 【 B 】 A .适合于非线性定常系统 B .适合于线性定常系统C .适合于所有系统D .适合于非线性系统3.对于一阶系统ses s G 812.31)(-+=,则该系统可看成下述环节由串联而成 【 A 】A .惯性环节、延时环节B .比例环节、惯性环节、延时环节C .惯性环节、超前环节D .比例环节、惯性环节、超前环节4.若二阶阻尼系统的无阻尼固有频率为n ω,则有阻尼固有频率d ω为 【 C 】A .等于n ωB .大于n ωC .小于n ωD .与n ω无关5.下列叙述正确的是 【 C 】 A .时域响应只能分析系统的瞬态特性B .频率响应只能分析系统的稳态特性C .时域响应和频率响应都能揭示系统的动态特性D .频率响应无量纲6.关于线性系统的正确描述是 【 C 】 A .都可以用传递函数表示 B .只能用传递函数表示C .可以用不同模型描述D .都是稳定的7.已知环节的波德图如下图,则该环节为 【 B 】A .比例环节B .微分环节C .积分环节D .惯性环节8.对于二阶系统而言,阻尼比越大,系统的 【 B 】A .相对稳定性越差B .相对稳定性越好C .稳态误差越小D .稳态误差越大9.属于系统时域的数学模型是 【 C 】A .频率特性B .传递函数C .微分方程D .频响函数10.一线性系统的特征方程为)()(5)(3)(223t x t t x t x t x⋅=++ 则该系统是 【 C 】 A .线性定常系统 B .线性系统 C .非线性系统 D .非线性时变系统11.典型环节的传递函数为:)1/(1)(s s G +=,该环节为: 【 A 】A .惯性环节B .积分环节C .微分环节D .比例环节12.系统的微分方程为F t x t x t x 4)(3)(2)(=++ ,系统的极点为 【 A 】A .21j s ±-=B .j s ±=2C .01=s j s ±=223D .全不是13.关于线性系统响应时间的描述正确的是: 【 C 】A .时间响应为系统输出的稳态值B .由单位阶跃响应和单位脉冲响应组成C .由强迫响应和自由响应组成D .与系统初始状态无关 14.已知系统传递函数44)(2++=s s s G ,则阻尼比为: 【 A 】A .0.25B .0.5C .1D .215.二阶振荡系统的阻尼比为7.00<<ζ,则关于无阻尼固有频率n ω,有阻尼固有频率d ω,振荡频率r ω的关系 【 C 】A .r d n ωωω<<B .d r n ωωω<<C .n d r ωωω<<D .r n d ωωω<<16.单位反馈系统的传递函数)9)(4)(2(1)(--++=s s s s s G ,则系统 【 B 】A .稳定B .不稳定C .临界稳定D .无法判断17.单位反馈闭环系统的误差为零时,则输出 【 C 】A .为0B .停止改变C .等于希望值D .无法判断18.一阶微分环节G(s)=1+Ts ,当频率ω=1时,则相频特性∠G(jω)为 【 A 】A. 45°B. -45°C. 90°D. -90°19.对于稳定系统,幅值裕量Kg 为 【 A 】A .大于0dBB .小于0 dBC .小于等于0 dBD .等于120.系统传递函数 【 B 】A .与外界无关B .反应了系统、输入、输出的关系C .完全反应系统的动态特性D .与系统初始状态有关21.线性系统稳定与否取决于 【 A 】A .系统的结构和参数B .系统的输入C .系统的干扰D .系统的初始状态22.减小一阶系统的时间常数,则系统 【 C 】A .系统准确定变差B .系统响应变慢C .系统响应快D .稳定性变差23.欠阻尼二阶系统而言,瞬态响应的超调量表征了系统的 【 D 】A .系统的可靠性B .系统的准确性C .系统响应快速性D .系统相对稳定性24.二阶系统的指标中,与阻尼比有关的是 【 B 】A .固有频率B .超调量C .上升时间D .调整时间25.对最小相位系统,系统如果稳定,则相位裕量和幅值裕量 【 A 】A .二者都大于零B .二者都小于零C .相位裕量大于零,幅值裕量小于零D .相位裕量小于零,幅值裕量大于零26.系统的单位脉冲响应函数为t e t w 2.03)(-=,则系统的传递函数为 【 C 】A .32.0+s B .2.06.0+sC .2.03+s D .36.0+s27.典型环节的传递函数为:11)(+=Ts s G ,该环节为: 【 D 】A .积分环节B .比例环节C .微分环节D .惯性环节28.对于一阶系统523)(+=s s G ,则时间常数和增益为 【 C 】A .2 3B .2 1.5C .0.4 0.6D .2.5 1.529.系统正常工作的必要条件是 【 B 】 A .系统具有快速响应特点 B .系统必须是稳定的C .系统必须准确反应输出D .系统必须是线性的30.在零初始条件下,系统传递函数是 【 C 】 A .输入与输出的拉氏变换之比 B .输出与偏差的拉氏变换之比C .输出与输入的拉氏变换之比D .输入与偏差的拉氏变换之比31.对于一阶系统44)(2++=s s s G ,允许误差为2%,则系统调整时间为 【 B 】A .8B .2C .7D .3.532.下列哪个系统是最小相位系统 【 B 】A .s01.011- B .s01.011+ C .101.01-s D .)1.01(1s s -33.系统稳定的充要条件是 【 B 】 A .传递函数的零点具有负实部B .传递函数的极点具有负实部C .传递函数的零点和极点具有负实部D .传递函数的零点和极点具有正实部34.在乃奎斯特图上,当相位裕量和幅值裕量大于零时,系统是 【 C 】A .临界稳定B .不稳定C .稳定的D .无法判断35.机械工程控制论是研究该领域中系统的动力学问题。
1.机械工程控制基础:是研究一机械工程技术为对象的控制论问题;是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题,也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。
2.系统分析:当系统已定,输入知道时,求出系统的输出(响应),并通过输出来研究系统本身的有关问题。
3.最优控制:当系统已定,且系统的输出也已给定,要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求。
4.最优设计:当输入已知,且输出也是给定时,确定系统应使得输出尽可能符合给定的最佳要求。
5. 系统识别或系统的辨识:当输入与输出均已知时,求出系统的结构与参数,即建立系统的数学模型。
6.信息传递: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。
7.信息的反馈:就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回,再输入到系统中去。
8.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。
9.按系统是否存在反馈,将系统分为开环系统和闭环系统。
10.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。
11.闭环系统:系统的输出量对系统有控制作用,或者说,系统中存在反馈的回路。
12.数学模型:是系统动态特性的数学表达式。
13.分析法:是依据系统本省所遵循的有关定律列写数学表达式。
14.实验法:是根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。
15.线性系统:系统的数学模型表达式是线性。
16.非线性系统的最重要特性,是不能运用叠加原理。
17. 传递函数:线性定常系统的传递函数,是初始条件为零时,系统输出地拉氏变换比输入的拉氏变换。
18. 传递函数:是通过输入与输出之间信息的传递关系,来描述系统本省的动态19.方块图:是系统中各环节的功能和信号流向的图解表示方法。
20.串联:各个环节传递函数一个个顺序连接。
21.并联:凡是几个环节的输入相同,输出相加或想减的连接形式。
22.反馈:是将系统或某一环节的输出量,全部或部分地通过传递函数回输到输入端,又重新输入到系统中去。
23.整个闭环传递函数是由前向传递函数和开环传递函数构成。
24.数学模型:包括微分方程和传递函数。
25.时间响应:由瞬态响应和稳态响应。
26.瞬态响应: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。
27.稳态响应:时间趋于无穷大时,系统的输出状态。
28.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,而其它极点都远离虚轴。
29.主导极点对系统响应起主导作用,其它极点的影响在近似分析中则可忽略不计。
30.闭环主导极点通常总是以共轭复数极点的形式出现。
31.机械工程系统有三方面的性能要求:即稳定性、准确性及灵敏性。
32.系统的瞬态响应反映了系统本身的动态性能。
33.初始条件为零,即在单位阶跃输入作用前,系统处于静止状态,输出量及其各阶导数均等于零。
34.超调量Mp只与系统的阻尼比ζ有关。
35.当系统加入负反馈时,相当于增大了系统的阻尼比ζ,改善了系统的相对稳定性,即减小了Mp,但并没有改变系统的无阻尼自然频率Wn。
36.稳态误差与开环传递函数的结构和输入信号的形式有关。
37.系统在扰动作用下的误差,反映可系统抗干扰的能力。
38.若系统同时受到输入信号和扰动信号的作用,系统的总误差等于输入信号和扰动信号分别作用时的稳态误差的代数和。
39.频率响应时系统处于正弦输入的稳态响应;也就是给线性系统输入某一频率的正弦波,经过充分长的时间后,系统的输出响应仍是同频率的正弦波。
40.频率特性:当不断改变输入正弦波的频率(由0变化到∞)时,该幅值比和相位差的变化情况。
41.幅频特性:B/A-│G(jw)│;相频特性:φ=<G(jw)。
42.频率特性分析是通过分析不同谐波输入时系统的稳态响应来表示系统的动态特性。
43g(t)是在时域中描述系统的动态性能,G(jw)则是在频域中描述系统的动态性能,它仅与系统本身的参数有关。
44.对数坐标图的横坐标是按频率w的以10为底的对数分度。
45.二阶微分环节与振荡环节的对数幅频曲线对称于零分贝线,对数相频曲线对称于0°线。
46.系统的类型确定了系统对数幅频曲线低频段的斜率,即静态误差系数描述另外系统的低频性能。
47.采用极坐标图的主要优点是能在一张图上表示出整个频域中系统的频率特性。
48.延时环节的极坐标图为一单位圆。
49.最小相位系统:若系统传递函数G(s)的所有零点和极点均在S平面的左半平面。
50.频域性能指标是根据闭环控制系统的性能要求制定的。
51.截止频率w b:是指系统闭环频率特性的幅值下降到其零频率幅值以下3dB 时的频率。
52.系统辨识:是研究如何用实验分析的方法来建立系统数学模型的一门学科。
53.系统辨识是在输入输出的基础上,从一类系统中确定一个与所观测系统等价的系统。
54.0型系统:对数幅频曲线低频部分是一条水平线,增益K满足20lgK=20lg│G(jw)│(w<<1)。
55. Ⅰ型系统:对数幅频曲线低频部分是斜率为-20dB/dec的直线,增益等于该渐近线(或其延长线)与零分贝线交点处的频率,即K=w。
56.Ⅱ型系统:对数幅频曲线低频部分是斜率为-40dB/dec的直线,增益的平方根等于该渐近线(或其延长线)与零分贝线交点处的频率,即K=w。
57.稳定性:系统在受到外界扰动作用时,其被控制量y c(t)将偏离平衡位置,当这个扰动作用去除后,若系统在足够长的时间内能恢复到其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。
58.只有稳定的系统才能正常工作,在设计一个系统时,首先要保证其稳定;在分析一个已有系统时,也首先要判定其是否稳定。
59.线性系统是否稳定,是系统本身的一个特性,而与系统的输入量或扰动无关。
60.判别系统稳定性的问题可归结为对系统特征方程根的判别。
61.一个系统稳定的必要和充分条件是其特征方程的所有的根都必须为负实数或为具有负实部的复数。
62.稳定系统的全部根s i均应在复平面的左半平面。
63.闭环特征方程的极点与开环传递函数的极点完全相同。
64.z=p-N=0(z-闭环特征方程在s右半平面的零点数)。
65.相位裕量:γ=180°+φ(wc)。
66.幅值裕量Kg:在乃奎斯特图上,乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数。
67.Kg一般取8~20(dB)。
68.当γ>0,Kg> 0,系统是稳定的。
69.在系统结构和参数已知的情况下分析和评定系统的稳定性、快速性和准确性。
70.校正(或称补偿),就是只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。
71.串联校正:按校正环节Gc(s)的性能可分为:增益调整、相位超前校正、相位滞后校正、相位超前-滞后校正。
72.并联校正:分为反馈校正和顺馈校正。
73.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。
74.超前校正网络相当于一个高通滤波器,它能使系统的瞬态响应得到显著改善。
75.滞后校正网络相当于一个低通滤波器,它能使系统的稳态精度得到显著提高。
76.顺馈校正的特点: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。
77.比列控制:当调节器输出信号与输入信号之间是一个简单的比列常数关系时的控制作用。
78.PD调节器:可以有效地改善系统的瞬态性能,但对稳态性能的改善却很有限。
79.PI调节器:可以维持原有满意的瞬态性能的同时,有效地提高系统的稳态性能。
80.模拟仿真:用模拟计算机进行仿真。
81.数字仿真:用数字计算机进行仿真。
82. 一阶系统的过度过程与时间常数T有关,T越大,过度时间t越大。
83. 对于一阶系统,当w由0→∞时,矢量D(jw)顺时针方向旋转π/2,则系统是稳定的;否则系统不稳定。
84. 如果典型二阶系统的单位阶跃响应为单调变化曲线,则其阻尼比应≥1.85. .典型二阶系统中,当参数ζ=0时,系统受到单位阶跃信号激励,其输出为1-coswnt。
二、简答何为机械控制系统,开环系统与闭环系统有哪些区别?答: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。
开环系统的构造简单、不存在不稳定问题、输出量不用测量;闭环系统有反馈、控制精度高、结构复杂、设计时需要校核稳定性。
什么叫相位裕量?什么叫幅值裕量?答:相位裕量是指在乃奎斯特图上,从原点到乃奎斯特图与单位圆的交点连一直线,该直线与负实轴的夹角。
幅值裕量是指在乃奎斯特图上,乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数。
什么叫校正(或补偿)?答:所谓校正(或称补偿)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。
请简述顺馈校正的特点。
答:顺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哪些?答:a传递函数反映系统本身的动态特性,只与本省参数和结构有关,与外界输入无关;b对于物理可实现系统,传递函数分母中s的阶数必不小于分子中s的阶数;c传递函数不说明系统的物理结构,不同的物理结构系统,只要他们的动态特性相同,其传递函数相同。
在系统校正中,常用的性能指标有哪些?答:a.时域性能指标,它包括瞬态性能指标(即上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间等)和稳态性能指标(即稳态误差)。
b.频域性能指标,它包括相位裕量、幅值裕量、频宽等。
求拉氏反变换的方法有哪些?答:a.查表法;b.有理函数法;c.部分分式法。
简述二阶欠阻尼系数ζ,w n与性能指标M p(超调量)、t s(调整时间)的关系。
答:二阶欠阻尼系统若ζ不变,增大(或减小)w n,则超调量M p不变,调整t s 减小(或增大);若w n不变,增大(或减小)ζ,则超调量M p减小(或增大),调整t s减小(或增大)。
a.增大w n有利;b. ζ<0.4严重超调,ζ>0.8较为迟钝;c. ζ=0.7为最佳阻尼比。
简述串联超前校正环节的作用。
答;串联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,使过渡过程得到显著改善。
但由于系统的增益和型次都为变化,所以稳定精度变化不大。
传递函数的典型环节主要有哪几种?答;a.比列环节K;b.积分环节1/s;c.微分环节s,d.惯性环节1/(Ts+1);e.一阶微分环节Ts+1;f.振荡环节;g.二阶微分环节;h.延时环节e-ss。
什么叫系统分析?答:当系统已定,并且输入知道时,求出系统的输出(响应),并通过输出来研究系统本身的有关问题。
对数坐标图的主要优点有哪些?答:a.可以将幅值相乘转化为幅值相加;b.可采用渐近线近似的作图方法绘制对数幅频图;c.对数分度有效地扩展了频率范围。
简述拉氏反变换中部分分式法的步骤。