机械控制工程试卷十及其答案详解

★编号：重科院（）考字第（）号第1页机械控制工程试卷十及其答案详解一、分析题（本题共1小题，共10分）图1.1所示为一工作台位置液压控制系统，试简述其工作原理，并按输出量的变化规律看，判断它属于什么类型的控制系统。图1.1工作台位置液压控制系统原理图一、分析题（本题共1小题，共10分）（1）答案要点：工作台位置液压控制系统的任务是控制工作台位置移动跟踪手柄转角1的变化。当12时，控制电位器和反馈电位器组成的桥式电路处于平衡状态，输出电压△u＝0，电液伺服阀的阀芯处于中位，高压油不会进入液压油缸，工作台不会移动而保持在原来的位置。当手柄转角1增大时，此时电桥输出△u＞0，电位信号经过放大器放大后产生驱动信号带动电液伺服阀阀芯向右移动，高压油进入油缸左侧油箱，推动活塞杆连接的工作台右移，此时，工作台位置移动通过作动筒转换为角位移，调节与之连接的2增大，直到12时，△u＝0，工作台停止移动；反之，手柄转角1减小时，此时电桥输出△u＜0，电位信号经过放大器放大后产生驱动信号带动电液伺服阀阀芯向左移动，高压油进入油缸右侧油箱，推动活塞杆连接的工作台左移，此时，工作台位置移动通过作动筒转换为角位移，调节与之连接的2减小，直到12时，△u＝0，工作台停止移动；（9分）（2）答案要点：该系统为随动系统（或称伺服系统）。（1分）＋－＋－★编号：重科院（）考字第（）号第2页二、图解题（本题共3小题，共20分）1、图2.1为一个反馈控制系统的开环Nyquist曲线，根据图上已知的条件，试用奈氏判据判定该闭环系统的稳定性。（5分）二、图解题：（本题共3小题，共20分）1、（5分）（1）答案要点：从图上分析，N＝-1。（3分）（2）答案要点：因为P＝0，所以P≠2N，所以系统不稳定。（2分）2、利用梅逊公式简化图2.2所示方框图，求得系统的传递函数)()(iosXsX。（5分）2、（5分）（1）答案要点：通过梅逊公式，)()()()()(4321sGsGsGsGsG前（1分）；(2)利用梅逊公式，)()()()()()()()()()()(1)()()()()(343232143214321BsHsGsGsHsGsGsHsGsGsGsGsGsGsGsGsG（4分）ω-1ImReP=0ν=00ω=0ω=∞图2.1图2.2++--+-)(3sH)(3sG)(4sG)(2sH)(2sG)(1sH)(1sGXi(s)Xo(s)★编号：重科院（）考字第（）号第3页3、某单位负反馈系统的开环传函是最小相位传递函数，由实验得到其开环对数幅频特性曲线，经修正得到其渐近线如图2.3所示，试确定该系统的闭环传递函数GB(s)（10分）dBL(ω)040[-40][-40]0.50.11ω1020[-20]rad/s-2023、（10分）（1）答题要点：从图上可知，该开环传递函数含有两个积分环节、一个比例环节、一个导前环节、一个惯性环节。（1分）（2）答题要点：（2分）惯性环节，15.01)(5.0212111ssGTT，，；（2分）导前环节，12)(25.015.0222ssGTT，＝＝，；（2分）比例环节，在dB0)(1L，，此时惯性环节的对数幅频特性渐近线为0dB，所以对此频率点对数幅频渐近线产生影响就是比例环节、积分环节和导前环节，故L(ω)＝20lgK－20lgω2＋20lgωT2，即0=20lgK－40lg1＋20lg2，故K＝0.5；故其GK(s)＝)15.0()12(5.02sss；（1分）（3）答案要点：GB(s)＝12212)(G1(s)G23KKsssss；（2分）图2.3★编号：重科院（）考字第（）号第4页三、作图题：（本题共2小题，共20分）1、已知系统的传递函数G(s)=)43(12sss，试作出其Nyquist概略图。（5分）三、作图题：（本题共2小题，共20分）1、（5分）如图3.1所示。[G(jω)]ReIm0ωω=∞图3.10ImRe[G(jω)]★编号：重科院（）考字第（）号第5页2、已知系统的开环传递函数为GK(s)＝)100(1).1s0(2000ss，试画出其开环Bode概略图。（15分）0φ(ω)-90°-180°0-2010.1－1ωdBL(ω)100602040(s)(s)100ω－10.11-270°1010-402、（15分）如图3.2所示，（1）答案要点：确定典型环节的构成及其转角频率；（3分）（2）答案要点：确定比例环节20lg20=26dB（3分）（3）答案要点：画出对数幅频特性概略图；（5分）（4）答案要点：画出对数相频特性概略图。（4分）0φ(ω)-90°-180°010.1－1ω(s)(s)100ω－10.11-270°-20-4040206010L(ω)dB100[20][40][60]10★编号：重科院（）考字第（）号第6页四、计算题：（本题共4小题，共50分）1、（10分）要使图4.1所示系统的单位阶跃响应的最大超调量等于15%，峰值时间tp为1.8秒，试确定K和Kf的值。四、计算题（本题共4小题，共50分）1、（10分）（1）答案要点：根据方框图求出系统传递函数GB(s)＝KsKKsKf2；（1分）（2）答案要点：求出2fnKKK，；（2分）（3）答案要点：517.0)ln(11%152P1p2MeM（3分）（4）答案要点：Kt157.4)517.01(.81s8.112222n2ndp；（3分）；（5）答案要点：507.0157.4517.022fKK（1分）+-K21sXi(s)Xo(s)sKf1＋图4.1图3.2★编号：重科院（）考字第（）号第7页2、（10分）由质量、弹簧、阻尼组成的机械系统如图4.2所示，已知，m=1kg，k为弹簧的刚度，c为阻尼系数。若外力f(t)=2sin2tN，由实验得到系统稳态响应为)22sin(0txss。试确定k和c。2、（10分）（1）答案要点：列写微分方程，)()()()(oootftkxtxctxm（2分）由此得到系统的传递函数为，11)()()(2omkcsmssFsXsG，其中（1分）（2）答案要点：（3分）222222arctg)j()(1)(j1)j(kcGckAckG，，（4-2）（3）由题意，当有2)2j(21)2(2GA，时，，（1分）代入式(4-2)，得，1201)21(422222cck，(3分)kmcxo(t)a）f(t)★编号：重科院（）考字第（）号第8页3、已知系统如图4.3所示，输入信号为斜坡信号xi(t)=3t，干扰信号为阶跃信号n(t)=2，试求该系统的稳态偏差ss。（15分）3、（15分）（1）答案要点：求得由参考输入信号产生的稳态偏差εss1＝.903K(6分)（2）答案要点：求得由干扰信号产生的稳态偏差εss2＝4.0；（8分）（3）答案要点：εss＝εss1＋εss2＝0.5。（1分）4、设单位反馈系统的开环传递函数GK(s)=)15)(2(sssK，试求系统的幅值裕度Kg=12dB时的K值。（15分）4、（15分）（1）答案要点：求得开环频率特性GK(jω)＝)15j)(2(jjK；2222.515.5arctg90)(2514)(－－；KA；（4分）（2）答案要点：1802.515.5arctg90)(12)(1lg202gggg－－；A（5分）（3）答案要点：25.0.44251425.0)(s632.02g2ggg1gKKA；；K＝1.105。（6分）图4.32+s1N(s)E(s)-Xi(s)Xo(s)31s125s++★编号：重科院（）考字第（）号第9页