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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。
机械控制工程基础复习题及参考答案Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT一、单项选择题：1. 某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为A. 发散振荡B. 单调衰减C. 衰减振荡D. 等幅振荡2． 一阶系统G(s)=1+Ts K的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 A ．越长 B ．越短 C ．不变D ．不定3. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关A.输入信号B.初始条件C.系统的结构参数D.输入信号和初始条件4．惯性环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为A ．-270°B ．-180°C ．-90°D ．0°5．设积分环节的传递函数为G(s)=s1，则其频率特性幅值M(ω)=A. ωKB. 2K ω C. ω1D.21ω6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。
当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为A. a 1y 1(t)+y 2(t)B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t)C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t)D. y 1(t)+a 2y 2(t)7．拉氏变换将时间函数变换成A ．正弦函数B ．单位阶跃函数C ．单位脉冲函数D ．复变函数8．二阶系统当0<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将A.增加B.减小C.不变D.不定9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下A ．系统输出信号与输入信号之比B ．系统输入信号与输出信号之比C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比10．余弦函数cos t ω的拉氏变换是A.ω+s 1B.22s ω+ωC.22s s ω+D. 22s 1ω+11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)=A. 90°B. -90°C. 0°D. -180°12. II 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)13．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的A ．代数方程B ．特征方程C ．差分方程D ．状态方程14. 主导极点的特点是 A.距离实轴很远 B.距离实轴很近 C.距离虚轴很远 D.距离虚轴很近15．采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则其等效传递函数为A ．)s (G 1)s (G +B ．)s (H )s (G 11+C ．)s (H )s (G 1)s (G +D ．)s (H )s (G 1)s (G -二、填空题：1．线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为__ __。
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。
第一章绪论1-1 机械工程控制论的研究对象与任务1．什么叫被控对象、被控量、给定值或希望值（参考输入）？被控对象：工作的机器设备被控量：表征机器设备工作状态的物理量给定值：对物理参量（被控量）在运行过程中的要求。
2．自动控制的任务是什么？在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的被控量自动地按照预定的规律运行。
3．自动控制系统的组成控制装置和被控对象1-2 自动控制的基本方式1．控制装置必须具备哪三个职能部件？比较元件、执行元件、测量元件。
2．自动控制的三种基本控制方式是什么？①按给定值操纵的开环控制；②按干扰补偿的开环控制；③按偏差调节的闭环控制3．能画出按给定值操纵的开环控制的系统原理框图、按干扰补偿的开环控制的系统原理框图、按偏差调节的闭环控制的系统原理框图①按给定值操纵的开环控制②按干扰补偿的开环控制③按偏差调节的闭环控制4．什么叫开环控制？控制装置与被控对象之间只有单方向的联系，信号由给定值至被控量是单向传递的。
5．什么叫闭环控制？被控量要返回来与给定值进行比较，控制信号必须沿前向通道和反馈通道往复循环地闭路传送，形成闭合回路，故称闭环控制。
1-3 对控制系统的性能要求1．什么叫动态过程或过渡过程？通常把系统受到外作用后，被控量随时间变化的全过程，称为动态过程或过渡过程。
2．工程上常常从稳、快、准三个方面来评价自动控制系统的总体精度第二章 自动控制系统的数学模型1．什么叫数学模型？描述系统的输入、输出变量以及系统内部各个变量之间关系的数学表达式称为系统的数学模型。
2．建立数学模型有哪两种方法？ 解析法和实验法3．线性定常系统的数学模型的种类有哪些？ 微分方程、传递函数、频率特性等2-1 系统的微分方程1．什么是线性系统？其最重要的特性是什么？当系统的数学模型能用线性微方程描述时，该系统称为线性系统。
线性系统最重要的特性是可以运用叠加原理。
2．RC 网络相关系统的微分方程的建立（课件12年第2次课） 练习题1. 列写如图所示无源网络的微分方程。
LCru cu解答见课件12年第2次课P33练习题2. 列写如图所示无源网络的微分方程。
（课件12年第2次课）rc2C解答见课件12年第2次课P403．力学相关系统的微分方程的建立（课件12年第2次课）练习题1. 建立图示机械系统的动态方程。
图中,x(t)为输入位移量，y(t)为输出位移量。
（P752.2）（课件12年第2次课）2f )(t x )(t y1f解答见课件12年第2次课P62补充知识（1）6个常用的拉氏变换s t L 1)](1[= 21][st L = 22][sin ωωω+=s t L 22][cos ωω+=s s t L 1)]([=t L δ322][st L =（2）求拉氏变换的方法（参考12年第3次课课件）)5)(1()(0)(0)1(++==<t t t f t f t 时，：)5cos 1(5)(0)(0)2(t t f t f t -==<时，：tet f t f t t10cos )(0)(0)3(5.0-==<时，：)35sin()(0)(0)4(π+==<t t f t f t 时，：tT et f t f t 11)(0)(0)5(--==<时，：（3）求拉氏逆变换的方法（参考12年第3次课课件）)5(1)()1(+=s s s F 求下列函数的原函数)23)(1(7)()2(2++++=s s s s s F)1(1)()3(2++=s ss s F8410)()4(2++=s s ss F2-2 传递函数1．传递函数的定义线性定常系统或元件的传递函数为在零初始条件下，系统或元件的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换之比。
2．零初始条件的意义（1）输入作用是在t=0以后才加于系统。
即在t=0-时，输入量及其各阶导数为0。
（2）输入信号作用于系统之前系统是静止的。
即在t=0-时，输出量及其各阶导数为零。
3、6个典型环节的传递函数（只是表达式） （1）比例环节K s G =)(； （2）惯性环节11)(+=Ts s G ；（3）微分环节s s G =)(； （4）积分环节ss G 1)(=；（5）振荡环节2222)(nn ns s s G ωζωω++=；（6）延迟环节se s G τ-=)(。
2-3 系统的传递函数方框图及其简化1．动态结构图的基本单元有哪些？ 信号线、方框、分支点、想加点2．建立系统动态结构图的方法（课件12年第5次课） （1）绘制下图所示无源网络的方框图。
解答参考课件12年第5次课P43．利用动态结构图的等效变换求传递函数（课件12年第5次课）（1）化简如下方框图（参考课件12年第5次课）解答参考课件12年第5次课P31解答参考课件12年第5次课P432.4 考虑扰动的反馈控制系统的传递函数1．练习题：课本P79，2.16（课件12年第6次课）解答参考课件12年第6次课P28第三章系统的时间响应分析3-1 时域分析基础1．掌握四种典型外作用的函数表达式、拉氏变换、图形（课件12年第7次课）单位阶跃作用、单位斜坡作用、单位脉冲作用、正弦作用2．掌握阶跃响应的性能指标的定义：峰值时间、超调量、调节时间、稳态误差超调量%σ：指在响应过程中，超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比。
调节时间ts：在单位阶跃响应曲线的稳态值附近，取±5%(有时也取±2%）作为误差带，响应曲线达到并不再超出该误差带的最小时间，称为调节时间。
峰值时间tp：指h(t)曲线中超过其稳态值而达到第一个峰值所需的时间。
稳态误差ess：当时间趋于无穷时，系统的单位阶跃响应的实际值（稳态值）与期望值之差。
3-3 一阶系统1．一阶系统传递函数的标准形式1)(+=Ts k s G2．一阶系统调节时间的计算公式（课件12年第7次课）]%5[95.0)(3误差带对应，==t c T t s ]%2[98.0)(4误差带对应，==t c T t s应该如何选取？试问系统的反馈系数。
如果要求跃响应及调节时间示。
试求该系统单位阶一阶系统的结构如图所)0(,1.0)1(≥≤t t s s K K s t t 解答参考课件12年第7次课P403-4 二阶系统1．二阶系统传递函数的标准形式2222)(nn ns s s G ωζωω++=2．负阻尼、零阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的时间响应特性及曲线（课件12年第8次课）负阻尼：发散零阻尼：等幅振荡（掌握图形形状） 欠阻尼：衰减振荡（掌握图形形状） 临界阻尼：无振荡（掌握图形形状） 过阻尼：无振荡（掌握图形形状）3．欠阻尼系统的平稳性与阻尼系数和固有频率的关系阻尼系数越大，平稳性越好；在一定的阻尼比下，固有频率越大，平稳性越差4．欠阻尼系统的快速性与阻尼系数和固有频率的关系阻尼系数小于0.707时，阻尼系数越大，快速性越好，阻尼系数大于0.707时，阻尼系数越大，快速性越差；在一定的阻尼比下，固有频率越大，快速性越好5．欠阻尼系统单位阶跃响应性能指标的计算公式（课件12年第9次课）。
、、响应特性的性能指标：时，输出位置时，试计算放大器增益当给定位置为单位阶跃数为负反馈）的开环传递函设位置随动系统（单位%200)5.34(5)()1(σs p A A t t K s s K s G =+=解答参考12年第9次课P25插入第5章 系统的稳定性1．系统稳定的数学条件：所有特征根均具有负实部，即所有特征根都在s 平面虚轴的左边。
2．稳定性判据：劳斯判据（课件12年第10次课）（1）设系统的特征方程为：05432234=++++s s s s 试用劳思判据判别该系统的稳定性，并确定正实部根的数目。
解答参考12年第10次课P30（2）设系统的特征方程为：0233=+-s s ，试用劳思判据确定正实部根的个数。
解答参考12年第10次课P31（3）设系统的特征方程为：05025482422345=--+++s s s s s ，试用劳思判据确定正实部根的个数。
解答参考11年第10次课P333-4 稳态误差分析及计算1．利用终值定理求稳态误差（课件12年第11次课）例 系统结构如下图所示。
当输入信号r(t)=1(t)，干扰信号n(t)=1(t)时，求系统总的稳态误差ess 。
解答参考课件12年第11次课P192．输入信号、干扰信号作用下的稳态误差与系统结构参数的关系（课件12年第11次课） 系统如图所示。
试判别系统闭环稳定性，并确定系统的稳态误差essr 及essn 。
解答参考课件12年第11次课P56作业：（1）系统如下图所示，使用2种方法计算系统的稳态误差ess （不用判别稳定性）。
①使用终值定理；②使用稳态误差与系统结构和参数的关系。
第4章 系统的频率特性分析4-1 频率特性概述1．什么叫频率特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，输出的稳态分量与输入的复数比，称为系统的频率特性2．什么叫幅频特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，稳态输出的振幅与输入振幅之比，称幅频特性。
2．什么叫相频特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，稳态输出的相位与输入相位之差，称相频特性。
4. 能求系统的频率特性、幅频特性、相频特性、并写成欧拉公式的形式。
（课件12年第12次课）例 求RC 网络的频率特性解答参考课件12年第12次课P16 写成欧拉公式的形式 )arctan(21)(1)(ωωωT j eT j -+=Φ练习题 P159 4.11解答参考课件12年第12次课P194-2频率特性的图示方法1．掌握开环对数幅频渐近特性曲线的绘制方法（课件12年第13次课）画出如下系统的开环对数幅频渐近特性曲线 )216)(12(4)(1)G(++=s s s解答参考课件12年第13次课P44 ss s s G )2)(1(10)()2(++=解答参考课件12年第13次课P49 )1.0()2.0(10)()3(2++=s s s s G解答参考课件12年第13次课P542．掌握开环对数相频特性曲线的绘制方法（课件12年第13次课） 画出如下系统的开环对数相频特性曲线 )216)(12(4)(1)G(++=s s s解答参考课件12年第13次课P65 ss s s G )2)(1(10)()2(++=解答参考课件12年第13次课P69第5章 系统的稳定性1．掌握Bode 判据 判据判别闭环稳定性。
试应用已知系统开环传递函数例Bode s s s G ,)11.0(10)(+=解答参考课件12年第13次课P78。
