1、吉林大學網絡教育學院2019-2020學年第一學期期末考試機械工程控制基礎大作業學生姓名專業層次年級學號學習中心成績作業完成要求：大作業要求學生手寫 ， 提供手寫文檔的清晰掃描圖片，并將圖片添加到word文檔內，最終wod 文檔上傳平臺，不允許學生提交其他格式文件(如JPG， RAR 等非 word文檔格式)，如有雷同、抄襲成績按不及格處理。一、名詞解釋(每小題2 分，共 20 分)1、自動控制：自動控制(automatic control )是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置，使機器、 設備或生產過程的某個工作狀態或參數自動地按照預定的規律運行。自動控制是相對人工控制概念而言

2、的。2、系統：系統一詞來源于英文system 的音譯，即若干部分相互聯系、相互作用，形成的具有某些功能的整體。3、反饋：是系統與環境相互作用的一種形式。4、開環控制系統：開環控制系統是指一個輸出只受系統輸入控制的沒有反饋回路的系統。在開環控制系統中，不把關于被控量的值的信息用來在控制過程中構成控制作用。5、恒值系統：恒值控制系統的給定量恒定不變，如恒速，恒溫，恒壓等自動控制系統，這種系統的輸出量也是恒定不變的。6、隨動系統：隨動系統servo system ，是一種反饋控制系統。在這種系統中，輸出量是機械位移、速度或者加速度。因此隨動系統這一術語，與位置或速度，或加速度控制系統是同義語。 在隨

3、動系統中，有一類，它的參考輸入不是時間的解析函數，如何變化事先并不知道( 隨著時間任意變化) 。7、程序控制系統：這種系統的給定量是按照一定的時間函數變化的，如程序控制機床的程序控制系統的輸出量應與給定量的變化規律相同。8、連續系統：連續系統是系統狀態隨時間作平滑連續變化的動態系統。包括由于數據采集是在離散時間點上進行而導致的非連續變化。連續系統可用一組微分方程來描述。9、采樣系統或離散系統：通常把系統中的信號是脈沖序列形成的離散系統，稱為采樣控制系統或脈沖控制系統；而把數字序列形成的離散系統，稱為數字控制系統或計算機控制系統。10、定常系統：定常系統又稱為時不變系統，其特點是：系統的自身性質

4、不隨時間而變化。具體而言，系統響應的性態只取決于輸入信號的性態和系統的特性，而與輸入信號施加的時刻無關，即若輸入 u(t)產生車出y(t),則當輸入延時T后施加于系統，u(t- T)產生的輸 出為 y(t- t )。二、簡答題(每小題6 分，共 60 分)1、什么是反饋？為什么要進行反饋控制？答： 外反饋是指人們為了達到一定的目的，有意加入的反饋。閉環控制系統的工作是基于系統的實際輸出與參考輸入間的偏差之上的。在系統存在擾動的情況下，這種偏差就會出現。進行適當的反饋控制正好能檢測出這種偏差，并力圖減小這種偏差，而最終使得偏差為零。事實上，反饋控制僅僅需為無法預計的擾動而設計，因為對可以預知的擾

5、動，總可以在系統中加以校正。2、求拉氏反變換的方法有哪些？答： 1. 利用拉氏變換表2. 利用部分分式展開法。然后再利用已知函數的拉氏變換和拉氏變換的性質3、簡述串聯相位超前、相位滯后校正的優缺點。答：相位超前校正：優點：加快系統響應速度；提高系統相對穩定性。缺點; 問題精度變化不大。相位滯后校正; 優點： 提高系統穩態精度；提高系統相對穩定性。缺點：降低系統響應速度。4、簡述開環與閉環的區別。答：開環：指控制裝置與被控制對象之間只有正方向作用而沒有反饋作用作用的控制過程。系統的輸出對被控對象沒有影響。優點：簡單，穩定，可靠，缺點：精度通常較低，無自動糾偏能力。閉環： 指控制裝置與被控制對象之

6、間不僅存在正方向作用還具有反饋作用的控制過程。優點：精度高，對外部擾動和系統參數變化不敏感。缺點：存在穩定，振蕩，超調等問題，系統性能力分析和設計麻煩。5、簡述傳遞函數的性質。答： （a） 傳遞函數只取決于系統和元件的結構和參數，與外作用及初始條件無關。（ b） 只適用于線性定常系統（c） 一個傳遞函數只能表示一個輸出的函數關系。（d）不能反映在非零初始條件下系統的運動情況（e） 是復變量S 的有理真分式函數。（f） 可以是有量綱也可以是無量綱。 （g） 物理性質不同的系統，環節或元件，可以具有相同類型的傳遞函數。（h） 與單位脈沖響應函數一一對應，是拉氏變換與反變換的關系。6、簡述方框圖的組

7、成。答：（a）函數方框（b）信號傳遞線（C）相加點（d）分支點7、簡述結構圖具有的特點。答： （ a） 形象而明確地表達了系統的組成和相互連接的關系。可以方便的評價每一個元件對系統性能的影響。信號的傳遞嚴格準守單向性原則，對于輸出對輸入的反作用，通過反饋支路單獨表示。（ b） 對結構圖進行代數運算和等效變換，可方便的求得整個系統的傳遞函數。（ c） 當 S=0 時，結構圖表示了各變量之間的靜態特性關系，故稱為靜態結構圖，而S 不等于 0 時，即為動態結構圖。8、簡述奈奎斯特圖的繪制步驟。答：（用由6 （jw）求出實頻特性 P（w）,虛頻特性 Q（w）和幅頻特性|G（jw）|,相頻特性的表達 式

8、；（b）求出若干特征點，如起點w=0,終點w=0Q與實軸的交點 Q（w）=0,與虛軸的交點 P（w）=0 等，并標注在極坐標圖上。（ c） 補充必要的幾點，根據|G（jw）|,/_G（jw） 和P（ w）,Q（w） 的變化趨勢以及G（jw） 所處的象限，作出奈奎斯特曲線的大致圖形。9、簡述波特圖的繪制步驟。答：（a）將系統傳遞函數 G（s）轉化為若干個標準形式的環節傳遞函數的乘積形式。（b）由傳遞函數 G（s） 求出頻率特性G（jw）.（c） 求典型環節的轉角頻率。（ d） 作出各環節的對數幅頻特性的漸近線。（ e） 必要時，對漸近線進行誤差修正。（ f） 將各環節的對數幅頻特性疊加。（g）將

9、疊加后的曲線垂直移動201gK,得到系統的對數幅頻特性。（h）作各環節的對數相頻特性，然后疊加而得到系統總的對數幅頻特性。（ i） 有延時環節時，對數幅頻特性不變，對數相頻特性而應加上Tw。10、試寫出PID 控制器的傳遞函數。答：傳遞函數WPID（ S） =1/S（ 1+1/TiS+TdS ）三、計算題（每小題10 分，共 20 分）1、 設系統特征方程為s4+5s3+2s2+4s+3=0, 試用勞斯-赫爾維茨穩定判據判別該系統的穩定性。用勞斯-赭爾維茨穩定判據判別，a4=L西=5，叱=2*s=3均大于零，且有£4 0。12 10* =G 5 J 00 1 2 JA = 5 > U占；52 】“4 = 6>。令 _5,2八4一5, 5 3-4<l>.4-St<0A =3為 3 (j 5 Q «-L53< 0所以，此系統是不穩定的，2、設系統特征方程為2s3+4s2+6s=0,試用勞斯-赫爾維茨穩定判據