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图2)nt'y (t) + ky{t) = f{t)(2〉对图(b)所示系统,由牛顿定律有/(/) - k^yuy = niy (t)1/英山b —円2 fny (/) +y(f) - /(£)2.3图(題2・3)中三图分别表示了三个机械系统"求岀宜fi 各自的傲分方程，图中刀表示轴人位移山。
表示堆出位移，假设输出«无员载效应。
ffl (题2・3) 解(!)对E<a)S 示系统，由牛«定律有5(A — 厶〉一(2人=汛人w 人 +(G 十 G)九=fiJr,(2)对图(b)所示系统，引人一中闻变量，并由牛顿定律有 f 3 —才)為—c(z — •=)[r(r — ij =叭vf/)/⑴rrrj其中W TTWnOTTWTTl2)丿丿丿”””丿丿切 9jjijijjbwjjile)■To消除中间变抢fl"人-T 1〕上& *知4儿=（3）0W所示系统，山牛顿定律有＜6—竝）-上匕广矢）-耘心即uh 卜很rM?〉」:、=£d*/：]r2・4求出图（题2・仍所示电网络的馥分方程•Ri GG 二«nfT(b)剧（题2・4）解（】）对®（a）所示系统.设"为黴过&的电流』为恵电K,则有覘=曲+ +!I ”1—%=消除中间变量Jf化简有「-•丄门.血，（、「 15坨叫 +（1 + 矿'*■ 7^丿％ *不p%/V| （-•'，V£/\|二C]&“i + 命 + 学应± p^a,代1 （: 1,決1（2）对图（b）所示系统,设£为电流，則有涓除中间变董，井化饒有｛R T R?）% +（7r-t-p）Kc=i?cW,-Hp-u, tq L 2 （丿22.5求图（题2.5）所示机械系统的微分方程。
图中M为箱入转拒,G为0周S尼J为转动«lc解设系统絵入为肘（即輸出为必郎加））,分别对画盘和质块进行动力学分析,列写动力学方g如下：图(6 2.5)f — X)= mi r C3涓除中间变即可得到系统动力学方s加严 + (mC… + 山)0 +〔用加 + C M * 畑 + cjb=wM+ O V T KMZ6已知系统的动力学方程如下，试写出它们的传递函数y(5)//e(s),(a)> + 15$+ 60y+ 5Q0y = r + Zr(b)5>-r 25,= fl. 5r(i)J+255^W0. 5尸■(d) y+ 3)+ 6y + 4 据上=4r解根据传递瓯数的定文，求系统的传递函数，只需烙其动力学方程两边分别$零初始条件下进行拉氏变换•然后求yG”RG)。
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。
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。
忧）作用下，从系统的…罡笊初始状态出憊,所经历的山其内部的固有特性I 即曲灵统的结松与参 数所决定的特性）所决定的整个动态历积研究这一系统厘其输入、输出二音之闾的动卞关系.从系统、端人、输出三者之间的吳系出发，Ift 据已知条住与求解问題的不同•机械工程控制 论的任务可以分为以下五方匱；（1）已知系统、输人•求系统的啬出，即系统分析问题；4）已知系统利系统的浬想输出，设计箍人即最吮控制问题；（3）已知箸人和理想输出，设计系统’即最光设计何题！衲）输出已知，确定系统•以说别输入或输人中的有艾信息，此即滤敢写预洌呵題；（5）薪统的输入和爺击已知?求系统的结科与参数I 即亲统辨讥问题。
12什么是内反锻？为什么说内反馈見使机枝系统纷毀复杂的主要原因？解 内反愦04系统内存在着的各科白然形成的反恨"它主婆山系貌内部各个元畫之间的 相互耦合而形成「内反01反映系址内即各参数之间的内在联系，其存崔対系统的动态符性有非當敏 ■■取的机枕系统存在的内文饶情况千差万别、错球复杂，因北便得机恤系绞给繁复熱13试分析如團（題1.3."所示裏统的内反惯情况，®C8Llb］系鋭的方堆图解 分别对期，牝进行受力分析，并艸写具功力学方樺 由⑴有由⑵有若Slf （t ）为系统的轴人山心）为系竦的榆出•则系统的动力学方程可用图I 题1.34）所 示的方框图表示。
显熊，该系统存在内E®,14试分析所示机械加工过程的内反礙情况口解 当刀具以名文进综畫3•逝存切亂时，在切粧垃屋中产生切削力爲，而使机氐-工件泵坯发 牛变形fiity,城少了刀具的实咏进给心兜时&=J -I ,进而殳彫响到切削力的变化•如此循环，傅图（顿L 3.叫込；怎（心一耳）=f ⑴ 叫工I+ ^2（r l — j-j ）十站航 =0，具有一些动态特性’苴过程可用（5（题1. £ h〕斯示的方框图芸示匚图（题】rj） awaw的方軽图1・5卄么是外反债？为什么要进冇反愤控制？解外反馈是指人们为了迖到〜定的目的，有意加人的环控制召统的工菲是基于系统的实际输岀上j参考植人间的働姜之上的。
1.何谓控制系统，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的。
开环系统构造简单，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。
2.什么叫相位裕量？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。
3.试写出PID控制器的传递函数？答：GC(s)=KP+KDs+KI/s4,什么叫校正（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。
5.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。
6.传函的主要特点有哪些？答：（1）传递函数反映系统本身的动态特性，只与本身参数和结构有关，与外界输入无关；（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶数必不少于分子中s的阶数；（3）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。
7.设系统的特征方程式为4s4+6s3+5s2+3s+6=0，试判断系统系统的稳定性。
答：各项系数为正，且不为零，满足稳定的必要条件。
列出劳斯数列：s4 4s3 6 3s2 3 6s1 -25/3s0 6所以第一列有符号变化，该系统不稳定。
8.机械控制工程主要研究并解决的问题是什么？答：（1）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，即系统分析。
（2）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，即系统的最佳控制。
（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出金肯符合给定的最佳要求，此即最优设计。
（4）当系统的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，此即系统识别或系统辨识。
