运动系统作业----李洪涛2015.3.30

不同速度下台阶对膝关节压力的影响陶珊，曲峰收稿日期：2013-12-15论文说明：2013年第16届全国运动生物力学学术交流大会墙报交流。

第一作者简介：陶珊，女，在读硕士研究生。

主要研究方向：运动生物力学。

作者单位：北京体育大学，北京 100084从生物力学角度看，下台阶时下肢各关节的运动幅度、关节负荷以及肌肉活动等均与在平地上行走有差异。

下台阶过程中，膝关节作为起主要承重和缓冲作用的关节，会承受更大的负荷，更容易造成损伤的发生。

故对下台阶时膝关节动力学和运动学参数进行研究，为预防运动损伤和指导健身提供依据是很有必要的。

有关上下台阶时动力学参数有大量的研究。

耐力性运动如自行车、登山、上下台阶等运动时，膝关节受到的压力远大于平地上行走时所承受的力[1-4]，由于膝关节长期承受较大的负荷而最终造成膝关节的慢性劳损或者骨关节病，从而影响健身者的生活质量[5, 6]。

故研究上下台阶时膝关节所承受的压力对于预防骨关节病、膝关节假肢、矫形器和膝关节置换具有很重要的意义[7-9]。

Paul[10]研究了慢速行走、快速行走、上楼梯、下楼梯时的膝关节上的受力，分别为 2.7 BW、4.3 BW、4.4 BW 和 4.9 BW。

Komistek 等[11, 12]发现不同形式下台阶时膝关节的力矩有差异，膝关节屈伸力矩、内外翻力矩以及股四头肌收缩强度均按正面一脚一阶、正面两脚一阶、横面两脚一阶、斜面两脚一阶的顺序逐渐减小[13]。

研究不同速度下台阶时膝关节受力大小的变化，以及以不同方式下台阶时膝关节受力方式的差异，对于防治长期因较大压力或不良力线而导致的骨关节炎[14]等具有重要的意义。

许多运动学方面的研究表明，上下台阶时膝关节的运动幅度较平地上行走大很多[9]。

Hoffman[15]等人的研究显示，上下楼梯时膝关节屈曲达830，较平地上行走时多将近120，膝关节内的压力会随着屈曲角度的增加而增加[16]，髌骨所受到的压力亦会增加，这会增加髌骨横断的风险[17]。

第一章 习题答案1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。

1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？答：制动时，由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时，U g2 变正，于是VT 2导通，VT 2导通，VT 1关断。

1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系？为什么脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？答：生产机械要求电动机提供的最高转速 max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围，用字母D 表示，即：m inm ax n n D = 负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落N n ∆ 与理想空载转速min 0n 之比，称为系统的静差率S,即：m in0n n s N ∆= 调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为：)1(s n s n D N N -∆= 由于在一定的N n 下，D 越大，m in n 越小N n ∆ 又一定，则S 变大。

所以，如果不考虑D ，则S 的调节也就会容易，1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为m in /1500max 0r n =，最低转速特性为m in /150min 0r n =，带额定负载的速度降落m in /15r n N =∆，且不同转速下额定速降Nn ∆不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多大？解1115150151500min 0max 0min max =--=∆-∆-==N N n n n n n n D%1015015min 0==∆=n n s 1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min ，要求系统的静差 s<=2%,那末系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min 则闭环系统的开环放大倍数应有多大？1，min /06.3%)21(10%21500)1(101501500min max r s D s n n n n D N =-⨯≤-=∆===则 2，7.31106.31001=-≥+=∆∆K K n n cl op则1-6某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min ，如果将开环放大倍数他提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？min /4813011511/1/11;;30;151********21121r n K K n n n K K n n K n K K K cl cl cl cl cl cl ≈⨯++=∆++=∆∆∆=++∆∆→∆→==）（）成反比，则（与开环放大倍数加同样负载扰动的条件下同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比94.111513011/1/112122121≈++=++==++K K D D D D K K cl cl cl cl ）（）（ 1-7某调速系统的调速范围D=20，额定转速min /1500r n =，开环转速降落min /240r n Nop =∆，若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化？解：原系统在调速范围D=20，最小转速为：min /75201500max min r D n n ===， 原系统在范围D=20，静差率为10%时，开环增益为：8.27133.82401min /5.31111=-=-∆∆=→=+∆=∆cl NopNopcl n n K r K n n 静差率10%时原系统的开环增益为：76.598.2776.59%522增加到将从所以系统的开环增益时，同理可得当K K s ==min /33.8%1075min min 0r n n n n n n n n cl clcl cl cl cl =∆=∆+∆=∆+∆=∆则1-8转速单环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？答：1）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围。

精心整理绪论为了帮助大家在期末复习中能更全面地掌握书中知识点，并且在以后参加考研考博考试直到工作中，为大家提供一个理论参考依据，我们11级自动化二班的同学们在王整风教授的带领下合力编写了这本《现代控制理论习题集》（刘豹第三版），希望大家好好利用这本辅助工具。

根据老师要求，本次任务分组化，责任到个人。

我们班整体分为五大组，每组负责整理一章习题，每个人的任务由组长具体分配，一个人大概分1~2道题，每个人任务虽然不算多，但也给同学们提出了要求：1.写清题号，抄题，画图（用CAD或word画）。

2.题解详略得当，老师要求的步骤必须写上。

3.遇到一题多解，要尽量写出多种方法。

本习题集贯穿全书，为大家展示了控制理论的基础、性质和控制一个动态系统的四个基本步骤，即建模、系统辨识、信号处理、综合控制输入。

我们紧贴原课本，强调运用统一、联系的方法分析处理每一道题，将各章节的知识点都有机地整合在一起，力争做到了对控制理论概念阐述明确，给每道题的解析赋予了较强的物理概念及工程背景。

在课后题中出现的本章节重难点部分，我们加上了必要的文字和图例说明，让读者感觉每一题都思路清晰，简单明了，由于我们给习题配以多种解法，更有助于发散大家的思维，做到举一反三！这本书是由11级自动化二班《现代控制理论》授课老师王整风教授全程监管，魏琳琳同学负责分组和发布任务书，由五个小组组组长李卓钰、程俊辉、林玉松、王亚楠、张宝峰负责自己章节的初步审核，然后汇总到胡玉皓同学那里，并由他做最后的总审核工作，绪论是段培龙同学和付博同学共同编写的。

本书耗时两周，在同学的共同努力下完成，是二班大家庭里又一份智慧和努力的结晶，望大家能够合理使用，如发现错误请及时通知，欢迎大家的批评指正！2014年6月2日第一章 控制系统的状态空间表达式1-1 试求图1-27系统的模拟结构图，并建立其状态空间表达式 解：系统的模拟结构图如下： 系统的状态方程如下： 令y s =)(θ，则1x y =所以，系统的状态空间表达式及输出方程表达式为1-2有电路如图1-28所示。

点囤市安抚阳光实验学校速度变化快慢的描述——加速度1．(多选)关于加速度，下列说法中正确的是( ) A ．速度变化越大，加速度一越大B ．速度变化所用的时间越短，加速度一越大C ．速度变化越快，加速度一越大D ．单位时间内速度变化越大，加速度一越大 答案 CD解析 由加速度的义式a ＝ΔvΔt 可知，加速度的大小是由速度的变化量和发生这一变化所用的时间共同决的。

速度变化越大，所用的时间不确，加速度不一越大。

速度变化所用时间越短，但速度的变化量大小不确，也不能确加速度一越大。

单位时间内速度变化越大，加速度一越大。

加速度是描述速度变化快慢的物理量，速度变化越快，加速度一越大。

综上所述，A 、B 错误，C 、D 正确。

2．(多选)下列运动可能出现的是( )A ．物体的加速度增大，速度反而减小B ．物体的加速度减小，速度反而增大C ．物体的速度为零时，加速度却不为零D ．物体的加速度始终不变，速度也始终不变 答案 ABC解析 当加速度方向与速度方向相反时，物体做减速运动，速度在不断减小，若加速度增大，速度减小得更快，A 正确；当加速度方向与速度方向相同时，物体做加速运动，速度在不断增大，若加速度减小，速度仍然增大，只是速度增大得慢了，B 正确；速度与加速度无直接关系，当速度为零时，加速度可能为零，也可能不为零，C 正确；加速度是描述速度变化快慢的物理量，有加速度，物体的速度一会发生变化，D 错误。

3．甲、乙两辆均做加速直线运动，甲车的加速度为2 m/s 2，乙车的加速度为－3 m/s 2。

下列说法正确的是( )A ．甲车的加速度大于乙车的加速度B ．甲车的加速度小于乙车的加速度C ．甲车的速度一大于乙车的速度D ．甲车的速度一小于乙车的速度答案 B解析 加速度是矢量，有正负，其正负表示方向，乙的加速度大，速度变化快，A 错误，B 正确；加速度是描述速度变化快慢的物理量，即物体速度的变化率，与速度的大小无关，C 、D 错误。

运动控制系统课后答案运动控制系统教学教案【--教学工作总结】本课程是本科自动化专业工业电气自动化方向的专业限选课之一。

通过本课程的学习，使学生掌握直流调速系统、交流调速系统的基本理论以及系统分析、工程设计方法，学会将自动控制的理论和方法应用到交、直流电动机调速系统中，培养学生综合运用所学知识、解决实际问题的能力，为成为电气自动化的工程人员打下良好的理论基础。

1．通过本课程的学习，学生应了解以下知识：电力拖动自动控制技术的发展、应用以及在本专业学科领域的地位和作用；电力拖动自动控制系统的主要结构特点以及基本性能指标；直流脉宽调速系统的基本控制模式；微机数字控制系统的主要特点；微机数字控制双闭环直流调速系统硬件和软件。

2．通过本课程的学习，学生应熟悉以下知识：建立闭环调速系统各典型环节静态、动态数学模型的一般方法；数字测速与滤波的实现方法；系统工程设计中的近似处理原则和方法；转速、电流双闭环直流调速系统的工程设计思路、方法；有环流可逆闭环调速系统的工作原理和实现方案；SPWM逆变器的控制模式和实现方案；变频调速的基本控制方式。

3．通过本课程的学习，学生应掌握以下知识：利用静态结构框图分析系统稳特性的方法；利用动态结构图分析系统稳定性和动态性能的方法；带电流截止负反馈单闭环直流调速系统的稳态分析、参数设计；转速、电流双闭环直流调速系统的起动过程分析、调节器的工程设计；微机数字控制系统中的数字测速；异步电动机变压变频调速系统中的脉宽调制技术；绕线式异步电动机串级调速原理。

以课堂讲授为主，辅以习题和实验。

1．实验：不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究主要内容和要求：测试带转速负反馈有静差调速系统的静特性，并与无转速负反馈时的开环机械特性进行比较。

学时分配：2学时2．实验：转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统主要内容和要求：测定开环机械特性及闭环静特性，测定闭环控制特性。

学时分配：3学时3．实验：双闭环三相异步电动机调压调速系统主要内容和要求：测定绕线式异步电动机转子串电阻时的人为机械特性及双闭环交流调压调速系统的静特性、动态特性。