机电控制工程基础习题课课后习题答案 第四章习题

第一章概论本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。

学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。

例1 例图1-1a 为晶体管直流稳压电源电路图。

试画出其系统方块图。

例图1-1a 晶体管稳压电源电路图解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。

对于本题，可画出方块图如例图1-1b。

例图1-1b 晶体管稳压电源方块图本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过R和4R分压后与稳压管的电3压U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w电流增大，集电极电流随之增大，降在R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。

c反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。

例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。

其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。

解：该系统是一种阀控液压油缸。

当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。

因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。

当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。

由此可画出如例图1-2b的职能方块图。

例图1-2a 简单液压系统例图1-2b 职能方块图1．在给出的几种答案里，选择出正确的答案。

（1）以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较为_______ （A ）开环高； （B ）闭环高； （C ）相差不多； （D ）一样高。

（2）系统的输出信号对控制作用的影响 （A ）开环有； （B ）闭环有； (C ）都没有； （D ）都有。

国家开放大学《机电控制工程基础》章节自测参考答案第1章控制系统的基本概念一、单项选择题（共20道题，每题3分，共60分）1.产生与被控制量有一定函数关系的反馈信号的是（）a.反馈元件b.校正元件c.控制元件d.比较元件2.产生控制信号的是（）a.校正元件b.比较元件c.反馈元件d.控制元件3.以下（）是随动系统的特点。

a.输出量不能够迅速的复现给定量的变化b.给定量的变化规律是事先确定的c.输出量不能够准确复现给定量的变化d.输出量能够迅速的复现给定量的变化4.以下（）的给定量是一个恒值。

a.有静差系统b.恒值控制系统c.无静差系统d.脉冲控制系统5.反馈控制系统通常是指（）a.混合反馈b.干扰反馈c.正反馈d.负反馈6.如果系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，这样的系统一定是（）a.闭环控制系统b.正反馈环控制系统c.开环控制系统d.复合反馈系统7.开环控制系统的精度主要取决于（）a.系统的校准精度b.放大元件c.校正元件d.反馈元件8.数控机床系统是由程序输入设备、运算控制器和执行机构等组成，它属于以下（）a.程序控制系统b.恒值控制系统c.开环系统d.随动控制系统9.根据控制信号的运动规律直接对控制对象进行操作的元件是（）a.校正元件b.执行元件c.反馈元件d.比较元件10.没有偏差便没有调节过程，通常在自动控制系统中，偏差是通过（）建立起来的。

a.放大元件b.校正元件c.反馈d.控制器11.用来比较控制信号和反馈信号并产生反映两者差值的偏差信号的元件是（）a.反馈元件b.校正元件c.控制元件d.比较元件12.输入量为已知给定值的时间函数的控制系统被称为（）a.程序控制系统b.有静差系统c.脉冲控制系统d.恒值控制系统13.输入量为已知给定值的时间函数的控制系统被称为（）a.程序控制系统b.随动系统c.有静差系统d.恒值控制系统14.输出端与输入端间存在反馈回路的系统一定是（）a.开环控制系统b.正反馈环控制系统c.闭环控制系统d.有差控制系统15.（）是指系统输出量的实际值与希望值之差。

机电控制工程基础课后习题答案第一章：引论1.题目问题：简述机电控制工程的基本概念和发展历程。

答案机电控制工程是一个交叉学科，它涉及机械工程、电气工程和控制工程等多个学科的知识与技术。

其基本概念包括机电系统、控制系统和传感器系统。

机电系统由机械设备、电气设备和控制设备组成，用来完成特定的运动任务。

控制系统由传感器、控制器和执行器组成，用来监测和控制机电系统的运行状态。

传感器系统负责采集、测量和传输机电系统的运行数据。

机电控制工程的发展历程可以分为三个阶段。

第一个阶段是机械、电气和控制等学科独立发展的阶段，各自在不同领域取得了一定的成就。

第二个阶段是机械、电气和控制等学科开始相互交叉融合的阶段，机电系统的概念逐渐形成。

第三个阶段是机电控制工程逐渐成为一个独立学科，形成了一整套完整的理论和方法体系。

第二章：电气与电子技术基础2.题目问题：简述直流电路的基本特点和常用电路元件。

答案直流电路是指电流方向恒定的电路。

其基本特点包括以下几个方面：•电流方向不变。

在直流电路中，电荷只能沿着一个方向移动，电流的方向不会发生改变。

•电压稳定。

直流电源提供的电压一般是恒定的，不会发生明显的波动。

•电阻内部不产生能量损耗。

电阻元件在直流电路中，不会消耗电能，只会产生热能。

常用的直流电路元件包括电容器、电感器和电压源。

电容器用来存储电荷，具有储能效果。

电感器则用来存储磁能，具有阻尼和滤波效果。

电压源是直流电路中常用的电源元件，用来提供稳定的电压。

第三章：电路理论与分析3.题目问题：简述电路的戴维南定理和诺顿定理。

答案戴维南定理和诺顿定理是电路分析中常用的方法，用于简化电路的计算和分析。

•戴维南定理：戴维南定理又称为戴维南-诺顿定理，它指出：任意一个由电压源、电流源和电路元件组成的线性电路，可以用一个等效的电流源和等效的内阻表示。

通过计算戴维南等效电流源和内阻，可以将复杂的电路简化为一个更容易分析的等效电路。

•诺顿定理：诺顿定理是戴维南定理的一种特例，它用电压源和等效的电阻来表示电路。

第一章 习题答案一、填空1.系统输出全部或部分地返回到输入端叫做 反馈2.有些系统中，将开环与闭环结合在一起，这种系统称为复合控制系统3.我们把输出量直接或间接地反馈到 反馈 形成闭环参与控制的系统，称作闭环控制系统4.控制的任务实际上就是形成控制作用的规律，使不管是否存在扰动，均能使被控制对象的输出量满足给定值的要求。

5.系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态这样的系统是 稳定 系统。

6、自动控制系统主要元件的特性方程式的性质，可以分为线性控制系统和非线性控制系统。

7、为了实现闭环控制，必须对输出量进行测量，并将测量的结果反馈到输入端与输入量相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差 。

因此，整个控制系统形成一个闭合回路。

我们把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环,参与控制的系统，称作闭环控制系统8、题图由图中系统可知，输入量直接经过控制器作用于被控制对象，当出现扰动时，没有人为干预，输出量 按照输入量所期望的状态去工作，图中系统是一个控制系统。

1、不能 开环9、如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统称为系统，否则为 系统。

任何一个反馈控制系统能正常工作，系统必须是 的。

稳定 ； 不稳定 ； 稳定二、选择1.开环与闭环结合在一起的系统称为。

（ ）A 复合控制系统；B 开式控制系统；C 闭环控制系统；D 连续控制系统答：A 2.当时，闭环反馈控制系统输出的实际值∞→t 与按参考输入所确定的希望值之间的差值)(∞y )(∞r y 叫 。

（ ）A 微分；B 差分；C 稳态误差；D 积分答：C3．把输出量反馈到系统的输入端与输入量相减称为 。

（ ）A 反馈；B 负反馈；C 稳态差误；D 积分答：B4．机器人手臂运动控制属于 。

（ ）A 闭环控制；B 开环控制C 正反馈控制D 连续信号控制答：A5．自动售货机控制属于 。

控制工程基础第4版孔祥东课后习题答案第一章控制系统概述1. 在控制系统中，反馈是什么？在控制系统中，反馈是指从输出端采集到的信息再反馈给输入端，用于校正系统输出与期望输出之间的误差。

通过反馈，控制系统可以对输出进行调整，以达到期望的控制效果。

2. 什么是开环和闭环系统？开环系统是指输出不会对系统的输入产生反馈影响的系统。

开环系统的控制过程是单向的，只能由输入来决定输出。

闭环系统是指输出会对系统的输入产生反馈影响的系统。

闭环系统的控制过程是双向的，可以通过输出的反馈来调整输入。

3. 开环控制和闭环控制有什么区别？开环控制和闭环控制的区别在于是否存在输出的反馈。

开环控制没有输出的反馈，输入和输出之间的关系是固定的，依赖于系统的数学模型。

闭环控制有输出的反馈，可以不断根据输出的反馈信息来调整输入，使输出更接近期望值。

开环控制的优点是简单、快速，但容易受到外界干扰的影响，稳定性较差。

闭环控制可以更精确地控制输出，具有较好的稳定性和鲁棒性。

4. 什么是控制对象和控制器？控制对象是指需要控制的物理系统或过程，它是待控制的主体。

控制对象可以是机械系统、电气系统、化工过程等等。

控制器是指用来控制控制对象的设备或算法。

控制器可以根据输入和反馈信息来计算出适当的输出，以实现对控制对象的控制。

5. 什么是开环传递函数和闭环传递函数？开环传递函数是指在开环控制下，从控制器的输入到控制对象输出之间的传递函数关系。

它反映了输入和输出之间的数学关系。

闭环传递函数是指在闭环控制下，从控制器的输入到控制对象输出之间的传递函数关系。

闭环传递函数考虑了输出的反馈，更准确地描述了控制系统的动态特性。

第二章传递函数与系统稳定性1. 什么是传递函数？传递函数是指输入和输出之间的数学关系函数，可以用来描述线性时不变系统的动态特性。

传递函数通常用符号G(s)表示，其中s为复变量。

传递函数可以通过对系统进行数学建模和信号处理等方法得到。

它可以表示系统的频率响应和时域响应等信息。

国家开放大学《机电控制工程基础》形考任务1-4参考答案形考任务1一、判断题1.自动控制就是在人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程的输出量按照给定的规律运行或变化。

（×）2.反馈控制系统通常是指正反馈。

（×）3.所谓反馈控制系统就是的系统的输出必须全部返回到输入端。

（×）4.给定量的变化规律是事先不能确定的，而输出量能够准确、迅速的复现给定量，这样的系统称之为随动系统。

（√）5.自动控制技不能提高劳动生产率。

（×）6.对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加时，输出量的暂态过程一定是衰减振荡。

（×）7.对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加某一给定值时，输出量的暂态过程可能出现单调过程。

（√）8.被控制对象是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。

（√）9.任何物理系统的特性，精确地说都是非线性的，但在误差允许范围内，可以将非线性特性线性化。

（√）10.自动控制中的基本的控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。

（√）11.一个动态环节的传递函数为1/s，则该环节为一个微分环节。

（×）12.控制系统的数学模型不仅和系统自身的结构参数有关，还和外输入有关。

（×）13.控制系统的传递函数取决于自身的结构与参数，和外输入无关。

（√）14.传递函数模型可以用来描述线性系统，也可以用来描述非线性系统。

（×）15.系统的传递函数为则该系统有两个极点。

（×）16.传递函数是物理系统的数学模型，但不能反映物理系统的性质，因而不同的物理系统能有相同的传递函数。

（√）17.某环节的输出量与输入量的关系为y(t)=Kx(t)，K是一个常数，则称其为比例环节。

（√）18.对于同一系统，根据所研究问题的不同，可以选取不同的量作为输入量和输出量，所得到的传递函数模型是不同的。

（√）19.在零初始条件下，传递函数定义为输出和输入之比。

二到四章答案2-1试建立题2-1图所示各系统的微分方程［其中外力的),位移x(f)和电压为输入量；位移y⑺和电压顽)为输出量；k(弹性系数)，"(阻尼系数)，R(电阻)，C(电容)和m(质量)均为常数］。

////////m/(O M(a)题2-1图系统原理图解：2-l(a)取质量m为受力对象，如图，取向下为力和位移的正方向。

作用在质量块m上的力有外力f(t),重力mg,这两个力向下，为正。

有弹簧恢复力4X0+Jo］和阻尼力〃也也，这两个力向上，为负。

其中，光为at扣)=0、物体处于静平衡位置时弹簧的预伸长量。

A A dtmv v7(0哗根据牛顿第二定理£F=ma,有f(t)+mg一灯yQ)+为］—#«')=/花』，?)其中：mg=ky0代入上式得f(t)-ky(f)-r顿')=m"半)at dt整理成标准式：d2y(t)dyit)...…..m-—以—ky(t)=/(0dt dt或也可写成：H顷)~dT m at m m它是一个二阶线性定常微分方程。

2-l(b)如图，取A点为辅助质点，设该点位移为x A(t),方向如图。

再取B点也为辅助质点，则该点位移即为输出量X0,方向如图A 点力平衡方程：4M 。

一％“)] = //[竺史一¥]at atB 点力平衡方程：k 2y(t}= 〃[也也—也£1]dt dt由①和②：^[%(z)-x A (O] = k 2y(t}得：xA (t) = x(t)-^y(t)二边微分，办a ") _办⑺ *2 ©(，)dt将③代入②：①dt 、 dt整理成标准式：k 、+ k 2 dy(t) * k 2 y(Q _ dx(t)k 、 dt 〃 dt或也可写成：dy(t)工 k x k 2+ ，，仰)=灯如)dt /u(k\ + 幻) k x +k 2 dt它是一个一阶线性定常微分方程。

第一章气控制系统电常用器件1.电磁式继电器主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？电磁式低压电器是最常用的低压电器，由三部分组成，触头灭弧装置电磁机构触头的作用：触头是一切有触点电器的执行部件。

这些电器通过触头的工作来接通或断开被控制电路。

灭弧装置的作用：灭弧就是把电弧拉长，把电弧变短。

电弧的存在既妨碍了电路及时可靠的分断，又会使触头受到损伤。

必须采取适当且有效的措施，以保护触头系统，降低它的损伤，提高它的分断能力，从而保证整个电器的工作安全可靠。

电磁机构的作用：电磁式低压电气的感测部件，它的作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触点工作使之闭合或断开，从而实现电路的接通或分断。

4．常用的灭弧方法有哪些？多断点灭弧磁吹式灭弧灭弧罩灭弧柵5.接触器的作用是什么？定义：接触器是用来频繁地、远距离地接通或分断电动机主电路或其他负载电路的自动控制电器。

用途：1.控制电动机的起动、反转、制动和调速等。

2.控制电动机主电路和大电流电路的通断的开关电器。

8.热继电器在电路中的作用是什么？作用：当三相交流电动机出现长期带负荷欠电压运行、长期过载运行以及长期单相运行等不正常情况时，会导致电动机绕组严重过热乃至烧坏。

用于电动机的过载保护:热继电器利用电流的热效应原理以及发热元件热膨胀原理设计，实现三相交流电动机的过载保护。

11.中间继电器与接触器有何异同？定义：1.中间继电器是一种电压继电器在控制电路中起信号传递、放大、切换和逻辑控制等作用的继电器称作中间继电器。

主要用于扩展触点数量，实现逻辑控制。

2.接触器是用来频繁地、远距离地接通或分断电动机主电路或其他负载电路的自动控制电器。

中间继电器和接触器的区别：相同点：输入信号都是电压，都是利用电磁机构的工作原理进行工作的。

不同点：1.中间继电器用于小电流的控制电路，在控制电路中起信号传递、放大、翻转和分路等作用，主要用来扩展触点数量，实现逻辑控制。

2.接触器用于频繁地、远距离地接通或分断电动机主电路或其他负载电路。

4-1 设单位反馈系统的开环传递函数为：10()1G s s =+。

当系统作用有下列输入信号时：()sin(30)r t t =+︒，试求系统的稳态输出。

解：系统的闭环传递函数为：10()()11()()1()111C s G s s s R s G s Φ===++这是一个一阶系统。

系统增益为：1011K =，时间常数为：111T =其幅频特性为：()A ω=其相频特性为：()arctan T ϕωω=-当输入为()sin(30)r t t =+︒，即信号幅值为：1A =，信号频率为：1ω=，初始相角为：030ϕ=︒。

代入幅频特性和相频特性，有：1(1)A ====11(1)arctan arctan5.1911T ωϕω==-=-=-︒ 所以，系统的稳态输出为：[]()(1)sin 30(1)24.81)c t A A t t ϕ=⋅⋅+︒+=+︒4-2 已知系统的单位阶跃响应为：49()1 1.80.8(0)ttc t e e t --=-+≥。

试求系统的幅频特性和相频特性。

解：对输出表达式两边拉氏变换：1 1.80.8361()49(4)(9)(1)(1)49C s s s s s s s s s s =-+==++++++ 由于()()()C s s R s =Φ，且有1()R s s=（单位阶跃）。

所以系统的闭环传递函数为：1()(1)(1)49s s s Φ=++ 可知，这是由两个一阶环节构成的系统，时间常数分别为：1211,49T T ==系统的幅频特性为二个一阶环节幅频特性之积，相频特性为二个一阶环节相频特性之和：12()()()A A Aωωω===1212()()()arctan arctan arctan arctan49T Tωωϕωϕωϕωωω=+=--=--4-3 已知系统开环传递函数如下，试概略绘出奈氏图。

（1）1()10.01G ss=+（2）1()(10.1)G ss s=+（3）)1008()1(1000)(2+++=sssssG（4）250(0.61)()(41)sG ss s+=+解：手工绘制奈氏图，只能做到概略绘制，很难做到精确。