机械工程控制基础作业解答(1).doc 14页

'《机械工程控制基础作业解答》第一章1-7解：1)工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△u＝u1－u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制大门的开启。当大门在打开位置，u2＝u上：如合上开门开关，u1＝u上，△u＝0，大门不动作；如合上关门开关，u1＝u下，△u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭，使△u＝0。当大门在关闭位置，u2＝u下：如合上开门开关，u1＝u上，△u>0，大门执行开门指令，直至完全打开，使△u＝0；如合上关门开关，u1＝u下，△u＝0，大门不动作。2)控制系统方框图_△u放大电动机鼓轮开关位置指令u1大门位置信号u2被控量(大门位置)大门1-8解：1）工作原理：当主动手手爪转过一个角度时，检测电位计A输出一电压V1，而电位计B检测从动手手爪的转动角度位置，输出一电压V2，当主动手手爪转过角度和从动手手爪的转动角度相同时，V1=V2，反映主、从动手手爪位置偏差的电压信号为零，此时电机停止使从动手手爪停在正确的位置。当主动手手爪产生新的动作时，V1电压发生变化，位置偏差的电压信号不等于零，提供放大器后，带动电机转到，从而带动从动手手爪转到，从动手手爪转到正确位置后，电位计B的输出电压与电位计A的输出电压相同，即反映主、从动手手爪位置偏差的电压信号为零，电机停止，从动手手爪停在正确的位置。2）系统方框图见下图 V2指令信号V1_电机从动手爪电位计B从动手位置放大器第二章2-2解：a）质量块m1的微分方程：质量块m2的微分方程：b)质量块m1的微分方程：质量块m2的微分方程：2-3解：a)微分方程：拉氏变换： 传递函数b）微分方程：拉氏变换：传递函数2-5解：1）拉氏变换：传递函数3）拉氏变换：传递函数注：重点掌握求传递函数的方法，其他的微分方程也应会求传递函数2-7解：a）当只有输入信号作用时，系统方框图可简化为：X0__XiG1G1G2G3H1H2H3/G3_进一步简化后的方框图： X0_XiG1G1G2H1H3/G3G3/(1+G3H2)_进一步简化后的方框图：X0XiG1G1H1G2G3/(1+G3H2+G2H3)_输入信号作用下的传递函数：b）同理，可通过方框图的简化求出只在扰动信号作用下的传递函数：（略） 2-8解a)：G1G2G3G4G4G3进一步简化（自己画方框图）后可得到：等效传递函数为：b)___1/C1s1/R11/C2s1/R2R2___1/C1s1/R1R21/1+R2C2S1+R2C2S简化后的等效传递函数为： c)++_G1G2G3G4/G1G2G3H1H2G1G2G3与H1H2组成正反馈，G4/G1G23GY与单位回路组成并联，最后是负反馈。得到等效传递函数为：第三章3-1解：闭环传递函数①输出信号的拉氏变换为：②对上式进行部分分式展开：③比较②③式得到：A=K/1+K；B=-KT/1+K所以：所以输出信号为：（1）（2（3 分析：当K值增大时，系统的响应快速性提高；T值增大时，系统的惯性减小，系统的响应快速性也提高。3-4解：由图得到超调量为Mp=1.3-1.0=0.3=30%，峰值时间而，得到：而，得到：3-5解：闭环传递函数由二阶系统的标准传递函数得到：，由，得到把二阶系统结构参数带入下式可求得各响应时间指标：3-6解：由；得到由；得到： 闭环传递函数由二阶系统的标准传递函数得到：，得到k=19.23由，得到3-7解：开环传递函数为位置误差系数速度误差系数加速度误差系数系统的稳态误差3-8解：斜坡信号为速度变化信号速度误差系数为：z系统的稳态误差得到K=5003-9（本题中H（s）=1）解：1）在输入信号作用下误差传递函数为稳态误差为：2）在干扰信号作用下误差传递函数为 稳态误差为：系统的总稳态误差为：第四章4-1解：见书后作业答案4-2解：稳态输出为：4-4解：幅频特性相频特性实频特性虚频特性4-6解：（1）传递函数化成标准式：开环增益二阶振动环节的，，得到二个一阶微分的转折频率分别为：1和100rad/s简化的幅频Bode图如下图： 100dB-20dBw101-20dB/dec-40dB/dec简化的相频Bode图如下图：W相位2)传递函数化成标准式：开环增益二个一阶微分的转折频率分别为：5和40rad/s，一阶惯性环节的转折频率为0.1，二阶振动环节的为20 简化的幅频Bode图如下图：-40dB/dec40-60dB/dec-20dB/dec50.111-40dB/decdB40dBw20-20dB/dec简化的相频Bode图如下图：W相位4-7解：对象的开环增益K为：20lgK=40dB，得到K=100，由bode图得到：对象的传递函数为： 第五章5-2解：(1)闭环传递函数三阶系统：bc=4*5=20;ad=1*1=1a,b,c,d均大于0，且bc>ad所以闭环系统稳定。(2)闭环传递函数三阶系统：bc=2*(-3)=-6;ad=1*10=10a,b,,d均大于0，但c<0且bcad,且a,b,c,d均大于0即：，且s,k>0得到闭环系统稳定的条件是：，k>05-5解：（a）：正根个数q=0，穿越次数N=-1,,所以闭环控制系统不稳定；（b）：作辅助线，正根个数q=0，穿越次数N=0,,所以闭环系统稳定；（c）：作辅助线，正根个数q=0，穿越次数N=-1,,所以闭环系统不稳定；（d）：作辅助线，正根个数q=0，穿越次数N=0,,所以闭环系统稳定；（e）：作辅助线，正根个数q=0，穿越次数N=-1,,所以闭环系统不稳定； （f）：作辅助线,正根个数q=0,穿越次数N=-1+1=0,,所以闭环系统稳定；(g)：作辅助线，正根个数q=0，穿越次数N=-1+1=0,,所以闭环系统稳定。5-6解：得到：即：①相角裕量得到：②把②代入①得到：，得到5-7解：由传递函数在MATLAB中画出bode图，由图读出：因为相角裕量和幅值裕量均小于零，所以闭环控制系统不稳定。5-8解：由传递函数在MATLAB中画出bode图，由图读出：因为相角裕量和幅值裕量均大于零，所以闭环控制系统稳定。第六章6-1解：见书后作业答案6-2解：见书后作业答案6-3解：由对象的BODE图ABCD得到对象的传递函数由校正后的BODE图ABEFG得到校正后的开环传递函数为： 设校正装置的传递函数为则：所以校正装置的传递函数为：该校正装置为超前校正装置，该校正装置能增加幅值穿越频率，加大带宽，减少响应时间，增加系统响应的快速性；同时能提供正的相角，增加系统的相角裕量，提高控制系统的稳定性和响应的平稳性；但高频抗干扰能力下降。'