机械工程控制基础简答题答案(1)教学文稿

机械工程控制基础简答题答案(1)

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机械工程控制基础简答题答案 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：G C (s)=K P +K Ds +K I /s 4,什么叫校正（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

4s 4+6s 3+5s 2+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： s 44 s 363 s 236 s 1-25/3 s 06

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。（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。

9，在系统校正中，常用的性能指标有哪些？

答：（1）在系统校正中，常用的性能指标按其类型可分为：(1)时域性能指标，它包括瞬态性能指标（即上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间等）和稳态性能指标（即稳态误差）。（2）频域性能指标，它包括相位裕量、幅值裕量、频宽等。

10.求拉氏反变换的方法有哪些？ 答：（1）查表法；（2）有理函数法；（3）部分分式法。

11.简述二阶欠阻尼系数a ，w n 与性能指标M p (超调量)、t s (调整时间)的关系。

答：二阶欠阻尼系统若a 不变，增大或减小w n ，则超调量M p 不变，调整时间t s 减小（或增大）；若w n 不变，增大（或减小）a ，则超调量M p 减小（或增大），调整时间t s 减小（增大）。

12.简述串联超前校正环节的作用。

答：串联超前校正环节的作用是：串联超前校正环节增大了相位裕量，加大了宽带，这就意味着提高了系统的相对稳定性，加快了系统的响应速度，使过度过程得到显著改善。但由于系统的增益和型次都未变化，所以稳态精度变化不大。 13.传递函数的典型环节主要有哪几种？

答：（1）比例环节K ；（2）积分环节1/s （3）微分环节s （4）惯性环节1/（Ts+1）（5）一阶微分环节Ts+1（6）震荡环节

1/(T 2s 2+2aTs+1)（7）二阶微分环节T 2s 2+2aTs+1（8）延时环节e -ts 14.终值定理的应用条件是什么？ 答：若函数f （t ）及其一阶导数都是可拉氏变换的，并且除在原点处唯一的极点外，sF （s ）在包括含jw 轴的右半s 平面内是解析的，这就意味着当t 趋近与无穷时f （t ）趋于一个确定的值，则函数f （t ）的终值为limf （t ）=limF （s ）。 15.什么叫系统分析？ 答：当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出（响应），并且通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。

16.对数坐标图的主要优点有哪些？

答：（1）可以将幅值相乘转化为幅值相加，便于绘制多个环节串联组成的系统的对数频率特性图。（2）可采用渐近线近似的作用方法绘制对数幅频图，简单方便，尤其是在控制系统设计、校正及系统辨识等方面，优点更为突出。（3）对数分度有效地扩展了频率范围，尤其是低频段的扩展，对工程系统设计具有重要意义。

17.简述拉氏反变换中部分分式法的步骤。

答：部分分式法是通过代数运算，先将一个复杂的象限函数化为数个简单的部分分式之和，再分别求出各个分式的原函数，总的原函数即可求得。

18.请写出超前校正装置的传递函数，如果将它用于串联校正，可以改善系统什么性能？ 答：G c (s)=1/a 乘以

aTs+1/(Ts+1),a>1可增加相位裕量，调整频带宽度。

19.影响系统稳态误差的因素有哪些？

答：影响系统稳态误差的因素有系统的类型、开环增益和输入信号。 20.已知系统的调节器为

G c (s)=(T 1s+1)(T 2s+1)/s,其中T 1、T 2>0，问是否可以称其为PID 调节器，请说明理由。

答：可以称其为PID 调节器。 G c (s)=(T 1+T 2)+T 1T 2S+1/S.G c (s)由比例部分(T 1+T 2)、微分部分T 1T 2s 及积分部分1/s 相加而成。

21.什么叫机械系统的动柔度和动刚度？

答：若机械系统的输入为力，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。

22.什么叫机械系统的基本要求？ 答：对控制系统的基本要求有系统的稳定性、响应的快速性和响应的准确性等，其中系统的稳定性是控制系统工作的首要条件。在参数已知的情况下分析和评定系统的稳定性、快速性和准确性。 23.设开环传递函数

Gs=100/s+10s+50,试说明开环系统频率特性极坐标图的起点和终点。 答：G （s ）=0.2/（0.1s+1）（0.02s+1）

G （jw ）=0.2/(j0.1w+1)(j0.02w+1) G(jw )极坐标图起点：（0.2.j0） G(jw )极坐标图终点（0，j0） 29.什么是数学模型？

答：数学模型是系统动态特性的数学表达式。建立数学模型是分析、研究一个动态特性的前提。一个合理的数学模型应以最简化的形式，准确地描述系统的动态特性。 30.线性系统的主要特征是什么？ 答：若系统的数学模型表达式是线性的，则这种系统就是线性系统。线性系统最重要的特征是可以运用叠加原理。所谓叠加原理，就是系统在几个外加作用下所产生的响应，等于各个外加作用单独作用的响应之和。

31.简述系统时间响应的概念。 答：机械工程系统在外加作用激励下，其输出量随时间变化的函数关系称之为系统的时间响应，通过时间响应的分析可以揭示系统本事的动态特性。

32.在频率特性的图形表示方法中，常用的方法有哪几种？

答：（1）对数坐标图或称伯德图（2）极坐标图或称乃奎斯特图（3）对数幅-相图。

33.判断定常系统是否稳定的方法有哪几种？

答：劳斯判据；胡尔维茨判据；乃奎斯特稳定性判据；根轨迹法。 34.反馈校正与串联校正相比，所具有的优点是哪些？

答：反馈校正比串联校正更有其突出的优点：利用反馈能有效地改变被包围环节的动态结构参数，甚至在一定条件下能用反馈校正完全取代包围环节，从而大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统带来的不利影响。

35.什么是反馈（包括正反馈和负反馈）？

答：所谓信息的反馈，就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。如果反馈回去的讯号（或作用）与原系统的输入讯号（或作用）的方向相反（或相位相差180度）则称之为“负反馈”；如果方向或相位相同，则称之为“正反馈”。

36.劳斯-胡尔维茨稳定性判据的根据是什么？

答：利用特征方程式的根与系统的代数关系，由特征方程中的已知系