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機(jī)械控制工程課后答案 1-1機(jī)械工程控制論的研究對象與任務(wù)是什么? 解機(jī)械工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究機(jī)械一r_程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。具體地講，機(jī)械工程控制論是研究機(jī)械工程廣義系統(tǒng)在一定的外界條件作用下，從系統(tǒng)的一定初始條件出發(fā)，所經(jīng)歷的由內(nèi)部的固有特性所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程;研究這一系統(tǒng)及其輸入、輸出二者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。 機(jī)械工程控制論的任務(wù)可以分為以下五個(gè)方面: (1)當(dāng)已知系統(tǒng)和輸人時(shí)，求出系統(tǒng)的輸出(響應(yīng))，即系統(tǒng)分析。 (2)當(dāng)已知系統(tǒng)和系統(tǒng)的理想輸出，設(shè)計(jì)輸入，即最優(yōu)控制。 (3)當(dāng)已知輸入和理想輸出，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，即最優(yōu)設(shè)計(jì)。 (4)當(dāng)系統(tǒng)的輸人和輸出己知，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即系統(tǒng)辨識。 (5)輸出已知，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中的有關(guān)信息，即濾波與預(yù)測。 1.2 什么是反饋?什么是外反饋和內(nèi)反饋? 所謂反饋是指將系統(tǒng)的輸出全部或部分地返送回系統(tǒng)的輸入端，并與輸人信號共同作用于系統(tǒng)的過程，稱為反饋或信息反饋。 所謂外反饋是指人們利用反饋控制原理在機(jī)械系統(tǒng)或過程中加上一個(gè)人為的反饋，構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。 所謂內(nèi)反饋是指許多機(jī)械系統(tǒng)或過程中存在的相互藕合作用，形成非人為的“內(nèi)在”反饋，從而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 1.3 反饋控制的概念是什么?為什么要進(jìn)行反饋控制? 所謂反饋控制就是利用反饋信號對系統(tǒng)進(jìn)行控制。 在實(shí)際中，控制系統(tǒng)可能會受到各種無法預(yù)計(jì)的干擾。為了提高控制系統(tǒng)的精度，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力，人們必須利用反饋原理對系統(tǒng)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的任務(wù)。 1.4閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本工作原理是什么? 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本工作原理如下: (1)檢測被控制量或輸出量的實(shí)際值; (2)將實(shí)際值與給定值進(jìn)行比較得出偏差值; (3)用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差。 這種基于反饋原理，通過檢測偏差再糾正偏差的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。通常閉環(huán)控制系統(tǒng)至少具備測量、比較和執(zhí)行三個(gè)基本功能。 1.5對控制系統(tǒng)的基本要求是什么? 對控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。 穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的首要條件。穩(wěn)定性就是指系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的振蕩傾向及其恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。 準(zhǔn)確性是衡量控制系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。準(zhǔn)確性是指控制系統(tǒng)的控制精度，一般用穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。 快速性是指當(dāng)系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，系統(tǒng)消除這種偏差的快慢程度。 2-1 2-2 3．1 時(shí)間響應(yīng)：在輸入作用下，系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)）在時(shí)域的表現(xiàn)形式。 3.2，脈沖響應(yīng)的拉氏變換等于傳遞函數(shù)乘以脈沖信號的拉氏變換，由于脈沖信號的拉氏變換為1，所以脈沖響應(yīng)的拉氏變換等于傳遞函數(shù)。 3.3 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為 阻尼比及系統(tǒng)的無阻尼固有頻率是系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù)。它們決定著系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性。二階系統(tǒng)的阻尼比決定了其振蕩特性。 3-5 欠阻尼二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲 欠阻尼二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線 5 10 15 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tp xo(t) x=0.2 x=0.4 x=0.6 x=0.8 t x＝1 x＞1 4-1 （見PPT） 4-2 圖 1 4-7 5.1什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性?控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是什么? 系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指:系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用時(shí)，輸出偏離平衡狀態(tài)，當(dāng)擾動(dòng)消除后，若系統(tǒng)在足夠長的時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)到其原來的平衡狀態(tài)或趨于一個(gè)給定的新平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是:系統(tǒng)的全部特征根都具有負(fù)實(shí)部，即系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的全部極點(diǎn)均位于[s]平面的左半平面。 5-9