(完整版)机械工程控制课后习题答案_星期一考试用得上

机械控制工程基础答案提示第二章 系统的数学模型2-1 试求如图2-35所示机械系统的作用力)(t F 与位移)(t y 之间微分方程和传递函数。

)(t F )(t y f图2-35 题2-1图解：依题意：()()()()22d y t dy t a m F t f ky t dt b dt⋅=⋅-⋅- 故 ()()()()t F b at ky dt t dy f dt t y d m⋅=+⋅+22 传递函数: ()()()kfs ms b as F s Y s G ++==22-2 对于如图2-36所示系统，试求出作用力F 1(t )到位移x 2(t )的传递函数。

其中，f 为粘性阻尼系数。

F 2(t )到位移x 1(t )的传递函数又是什么？m 2m 1k 1 f k 2F 1(t )F 2(t ) x 2(t )x 1(t )图2-36 题2-2图解：依题意：对1m ： ()()()()212121111dt t x d m dt t dx dtt dx f t x k F =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--- 对两边拉氏变换：()()()[]()s X s m s sX s sX f x k s F 12121111=--- ①对2m ： ()()()()()222222212dt t x d m t x k dt t dx dt t dx f t F =-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+ 对两边拉氏变换：()()()[]()()s X s m s x k s sx s sx f s F 22222212=--+ ②故： ()()()()()()()()⎩⎨⎧=+++-=-++S F s x k fs s m s fsx s F s fsx s x k fs s m 222221121121 故得：()()()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-+++++++=-+++++++⋅=22221212212122222121222211fs k fs s m k fs s m k fs s m s F s fsF s x fs k fs s m k fs s m s fsF k fs s m s F s x 故求()t F 1到()t x 2的传递函数 令：()02=s F()()()()()()()()()2122211122432121212211212x s fsG s F s m s fs k m s fs k fs fsm m s f m m s m k m k s f k k s k k ==++++-=+++++++求()t F 2到()t x 1的传递函数 令：()01=s F()()()()()()()()()1122221122432121212211212x s fsG s F s m s fs k m s fs k fs fsm m s f m m s m k m k s f k k s k k ==++++-=+++++++2-3 试求图2-37所示无源网络传递函数。

目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。

第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。

图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

比较图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。

试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。

解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，可保持液面高度稳定。

目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。

第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。

图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

比较图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。

试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。

解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，可保持液面高度稳定。

机械工程控制基础目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。

第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。

图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

煤炭给定的温度100 C手和锹眼睛实际的炉水温度比较图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。

试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。

目录自动控制系统的基本原理第一章A-/r -4-4-第一e控制系统的工作原理和基本要求第—节控制系统的基本类型弟二e典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第一章控制系统的数学模型d -4-4-第e机械系统的数学模型第—卩液压系统的数学模型第二卩电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第一章拉氏变换第"P傅氏变换------- M-第—R拉普拉斯变换------- M-第二e拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一e传递函数的概念与性质第—节线性控制系统的典型环节--------------- H- 弟二e系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析4^7 -4-4-第一e概述第—节单位脉冲输入的时间响应4^7 4-4-弟二"P单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第—节输入引起的定态偏差— -M- 弟二e输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一e综述第—节希望对数幅频特性曲线的绘制— -M- 弟二e校正方法与校正环T第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正A-Ar^A_-4-l-弟八e控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理走义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。

第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例 1. 一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C。

利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。

人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。

第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。

图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

比较图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。

试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。

解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，可保持液面高度稳定。

目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。

第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。

图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

煤炭给定的温度100 C手和锹眼睛比较图2例2． 图示为液面高度控制系统原理图。

试画出控制系统方块图 和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。

解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正， 可保持液面高度稳定。

2-1 什么是线性系统？其最重要特性是什么？答：如果系统的数学模型是线性的，这种系统就叫做线性系统。

线性系统最重要的特性，是适用于叠加原理。

叠加原理说明，两个不同的作用函数（输入），同时作用于系统所产生的响应（输出），等于两个作用函数单独作用的响应之和因此，线性系统对几个输入量同时作用而产生的响应，可以一个一个地处理，然后对它们的响应结果进行叠加。

2-2分别求出图（题2-2 ）所示各系统的微分方程。

y ( t )y( t )kk1k2f( t )f ( t )mm(a)(b)k x icx i11xcc i mk1kx o2c2x o k x o2( c)(d)(e)解： (a) my(t ) ky(t) f (t )(b) my(t) (k1k2 ) y(t ) f (t)(c)( x i x0 )c1 mx0c2 x0(d ) X 0 (s)K1csX i (s) c(K1K 2 ) s K1K 2(e)( x i x0 ) K1( x i x0 )c K 2 x02-3求图（题2-3）所示的传递函数，并写出两系统的无阻尼固有频率n 及阻尼比的表达式。

x i x oRk Lmc u C u oi( a )(b)。

解：图 (a) 有： G( s)k mns 2c s km m V i L iR i1 idtC图 (b) 有：1V 0 idt Ck Cm2 mk11R C ∴ G( s)LCR1n2 L2 LCssLCL2-4 求图（题 2-4 ）所示机械系统的传递函数。

图中M 为输入转矩， C m 为圆周阻尼，J 为转动惯量。

（应注意消去 , 及）xkcMmRJ , C m题 2-4解：由已知可知输入量M 与输出量之间的关系为：JC m kM经拉氏变换后为：Js 2( ) C m s ( ) k( )ss M s( s)11/ J2 ∴nG( s)C m s kC mk s 2 2 nn 2M (s) Js2s2 sJ J其中，nk C m J2 Jk2-5 已知滑阀节流口流量方程式为Q c x ( 2p / ) ，式中，Q 为通过节流阀流口v的流量； p 为节流阀流口的前后油压差；x v 为节流阀的位移量； c 为流量系数；为节流口面积梯度；为油密度。

第一章习题解答1.1机械工程控制论的研究对象和任务是什么？答：机械工程控制论实质上是研究机械工程中广义系统的动力学问题。

具体说，它研究的是机 械工程技术中的广义系统在一定的外界条件（即输入或激励，包括外加工控制外加干扰｝作用下，从垂统啊…它的初始状态出笼经历的山其内部的固有特性（即由系统的结构与蜜 数所决定的特性〉所决定的基个动态历程［研究这一系统及其输入.输出三者之同的动态关系口 从泵统"输入r 蠕出三者之问的艾系出发，根据已知条件与求解问题肪不同，机械工程控制 论的任务可以分为以卞血力直学〔1）巳功系统'輸人•求系统的输出.即系统分析闫题，已知聂统和系统的理想输出”设计输人，即最优控制问題彳（肥已知输人和豐想辐出，设计系统.即毘优设计问题；仙［输岀已钿■确沱疾统•以迟刷输人戒瑜入中的有关信息•此郎滤波与预测问题；（5）系境的输入和煽■岀巴知：求系统的结构与参数*即系统辨识问题。

V2什么是内反熾？为什么说内反愦是使机械系统纷橐；g 杂的主要原因？解內反疑是福在系统内存在着的各种自然形成的反協。

它丰婆由系统内部各个元家之间的 相互耦合顾形成口内EtftS 映慕统内部各参數2间的内在联系，其存名对糸统的动态特性有非常敏 蜕的影响■而机械罢统存崔的内反馈情况干差力别、错综复杂，因此使得机械系统纷繁复杂。

13试分析如图（题Id,）所示系统的内反馈情况口图（题ha 町L3. b ）眾统庚方框图»分别对眄，叫进行受力分析，并列写其动力学方程⑴ ⑵\一 了J = f{t) 胡 Zi |(,T[ "" -Tj)十匕心—'0 由（I〉有上•一鹿皿=fS T 热一心 ⑶由（刀有师i •（匕 |匕）工\ —花皿 ⑷若以f （t ）为系统的输入，氐仃）为乘统的输出，则茶统的动力学方程可用图〔题1. 3.b ）所 示的方框图表示“显然，该系貌写在肉反债。

1・4试分祈如国（题h4.a ）所示机域抑工过程的内反繳情况「解 当刀具以名义进给虽5进行切削时，在切削过程中产生切削力內，而使机床-工件杀统发 毛变形退让恥减少了刀具帕实际进给宀此时0=s —p 进血又影响到切削力的变化，如此循环，使 梯切削过稈为一个动态历程■具有一些动态特性.其过程可用图（题1*4. b ）所示的方框图芸示口b5什么是外反馈？为什么要进行反馈控哉？SE外反馈杲指人们为了达到f定的且的，宥意加人的反馈。