机械工程控制基础后习题答案.docx

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1、机械工程控制基础（第六版）课后题目答案1.2系统及其模型-MW系殿柢吓特性:系麴性能相与系蝴元期关，而口还与系觥结帼关；微的螭螭繇统各元素釉容斛富德多；系麻往表躺在腿横城始城鞘内的懿健，二、机械系统以实种定的机腕由细一定的机械能,以及承殳一定醺枝鼐那雌系统需为机敏氟肝雕系绘照人和黜分翩为墩励与即应，三、系统翻磁械典括麹模轧物理触微学模型年轧减学鼬乂包精态模野动态搜乳动械姓一定林件下可睇枝蹄槛劈嫌制理论处制工程中跳心的是系趟赫特性，出此淮源瓢用懿解螂抑，-应施的系统的解姆是恻系獭态特性的解表达尢13反债二系统方框图及其毓系疑施困由许多对信号;量）跖单麟 觥元件方蛛一些连购成，表怔了系照元件丽及系

2、贴外股毗砂息嫌隙系。它包括三憎本的蛾脚引出点（分支版标朋的引出麹号的分支南嵋襦号雌速方向度上标硼号的名队螭1.3.（A而示.比瞧（相嫡）:表示酎瓢个股的信号的确或相雕猴，凄示信号相如J”表示信琳感娥1.3, L所肥元件方椅族中写入元制捌名比进居头表祺精人信号国蹦头表示其献信号视图1.31（c）所示。ML3.1稔施酬基械螂元二、缠及融线盒能:-嫡表达-熊文脑号怖号端川魅:照息反默僦戏）;繇蝴献畿韩就翻到新佛牖肤神艇系独加雅丸攵献佳熊良三、板解4及用较发在薇期创林谿料蛾蝌时，勒啦队它懿妹解依f菊翻船躺愿内M翻罪繇制排懒肿原跳解妹触戏辆酶蒯赫殿第雎期貂肝螭獭惜肺蚓版U般蚪掘物I视,版m在版棚版札力洲

3、精抑睛iLUi牖照薄肺反配U系辎撼及避繇麴林魏:柳余娥林耀后山接:姓舰的相琳也身雕就标疑雅麴触靛飕俳制腌），踹艘耿M&轲宴度，翱乐械戢斛我辘林映的辅粗版林牌豳,虢端:欲减忖期时螂蚪号爆储割臂曲腕札，部（N既阳;楣系耕肝耀犍以黜就理戏弱版也黑由弱轴I加轨骷舱蛹般系，&蜿/洲瓶林服ffli牖弱反雌号击棘锹朝蜥和狷林斓财界可秘挑战律就皖蔽队一元桁林糠中瓶牖弱慨锯新鼬歌颠棘烟就一蒲威标髀直翻翻艘加螂航件,郴相：起就飕飒照就秘栅丸皴展獭的献信蹦）,一必融制朝如魏出懒懒甥球脚人最系雌人）,一:版耀人i与欧1连就而靴擀悔眦酊躺f：辘棘新人机由他在是瞧耶期骸闻此蛹神域前神最炳泉干的靠睛酎色，折就催踊蹦牖趟醋就

4、嫁I晚够切悔熊嬲加耐秘对Ui般系蒯辨飘魄的旅照，人工神由曲酸躺下,殿翘蝴板制i颇趣照圆或烈摧脑丸的能立献联耕的福I薪飙一域懿郴般雕翻麟雕脯体购籁螂神旅C自她繇矩辘歌德与觌共避血物神般鼓湍郴）船。二、对广义系统按反馈的情况进行分类（1）开环系统：当一个系统以所需的方电图表示而没有反馈同意叮，称之为开环系筑，开环挖断系统一般由给定元件、放大元件、执行元件、技冷对把等单元组成，共方框委示成如图1.4,1的形式，蛤定元竹运算成大元件-代打元件法投只象（7） 了解对控制系统的基本要求.二、本章重点（1）学会用系统论、信息论的观点分析广义系统的动态特性、信息流，理解信息反馈的含义及箕作用.（2）/提控制系

5、统的基本班忠、基本文依、基卒组成和工作原理；绘制控制系扰方框图.三、本章难点广义系统的信息反馈及控制系统方枢困的绘制。图1.4.1开环校！（系母方根留（2）用坏系统:当一个系统以所需的方标图表示而存在反便W路时，称之为闭环系统闭H按例系统一般由给定元件、比较元件、放大元件、执仃元件、被控对象、测量元件等单元组成，丸方楣图可表示成如图L L2的形式。例L1设电热水器如图（例L la）所示.为了保持希望的温度,由温控开关接通或断开电抵照器的电源.在使用热水时.水箱中流出热水并扑充冷水.试说明该系统工作原理并画出系统的方程图.解在电热水器系统中，水箱内的水ifl需要控制即水箱为被拄对象.水的实际温度

6、是被控制fib或称为系统的输出量设为74 Ch施人僮为用户希垠的温，度（给定值），设为7：（O，由于放出热水并注入冷水或水箱般热f8 1.4.2团环拄前条找方框用若将控制系统按被控对象和控制器两部分进行划分,别开环系统和闭环系统还可以分别表示为切用1.4.3（a）、（b）的形式.a）异耳系统（b）Hi坏系改等拒因而使水箱内水海卜降成为该系统的土要干扰，当T.（C） = T.（C）时,水箱的实际水温经浦温元件检测,并符实际水温转化成相应的电信号，与温控开关K先设定的信号进行比较而得到的偏差为零.此时电加热器不工作，水箱中的水温务持在希望的温度L,当使用热水并注入冷水时，水温下R,比时7：（C）V

7、TC）,则%差不为零而使温投开关工作于是电源接通,电加热器开蛤亚水箱内的水道行加热使水程上升直到T.（C）=7KC）时为止.系统控制方根图如图（例L l.b）所示.T,_, Ili一|,尢叶冬-一开关-|电m优裕|一 励61了用控制系统中基本名恸和基本变.E i.4.3系统方根田的网化影式一个闭环自动控制系统的工作过理大体上可分为以下几个步骤：1）测量被控网能的实际值；2）将实际值与给定值进行比较，求出偏差的大小与方向；3）根据偏差的大小与方向进行控制以纠正依七。窗单地讲,闭环自动控制系统的工作过程较是一卜枪决偏差并用以纠正偏差”的过程.按反愦的作用不同，将反馈分为正反愫和负反!,其中,凡能使

8、系统的偏差的篦对依增大的反貌，就称为正反Sh而能使系统的偏差的绝对值减小的反饰，购称为负反馈.三、对自动控制系统按输出的兖化现律迸行分类（1）自动潟节系统:在外界的作用F，系筑的检出仍能基本保持为常愤的系统,也保为俄定系坑或包值系优.（2）麴动系垸:在外界的作用下，系统的埔出能相应于%人在广阔范塔内筱任近规律变化的系用（3）程序控耨系统:在外界的作用下，系抚的笔出按预定程序变化的系垸.另外，广义系统还可根底是否满足费扣性而分为段性系坑和非统性系统;根器系凭中信号或变敏是否全是连续负而分为法域系统科南81系统（或模振系貌和数字系境）;根据系统的功能可分为at度控制系统,通费花期系统等等，四、对控

9、制系统的基本要求（1）系统的稔定性粒定性是指动态过程的卷荡慎向和系境能够修复平揖状态的能力g模W性的要求是系统工作的首要条件.（2）系疾前应的快速性，快速性是指当系能输出看与给定的输入量之间产生晶差时.消除这种保爰的依遂程度，（3）系猊埠位的准殖性.准确住报在两整过程结束后输出盘与给定的看人付之闻的偏差.亦称券静态精度，五、自动控制系统方框画的绘制步熊（1）分析控制系境的工作原理,找出被控对象，（2）分清系统的*人旦、检出款.（3）按陵控制系统各环节的定义，找出相应的各个环节。（4）技解息试动的方育将各个环节用元件方棒和连线连接起来，基本要求、重点与难点一、基本要求（】）了需史械工程控制轮的基

10、本含义和研究对象,学习本课程的目的和任务;掌握广义系垃动力学方程的含义.（2） 了解系统、广义系坟的周念;了解系疣的军奉将住；了解系院动态模型柘静态校系之间的关累,（3）掌握反馈的含义,学会分析动存票院内信息延动的过程，掌捶系优或过程中存在的反倡.（口了解正反僚、负反俣、内反馍、外反愎的周念.（5） 了黑广义系统的几种分类方法;筝玄对环控第系比的工作原理、笈底;学会绘制控制系凭的方框用，J网/元律田（例l.l.b）电塔水XI方根田例L2用（例】.2.a）为一丽箱的温度控制系统，试分析这个系境的自动调温过程笄说明这个系垸的希出量,较人量、控制量和扰动量各是什么jKft 1.2.a）解在该系统中恒

11、温箱内的温度需要被校制,因此，恒温箱为被控制对象，恒温箱的实际温度为被控制量（系就的输出俄）,设为兀（C）;禽里的恒沮箱的温度为系统的输入盘（给定值），设为7.（0;加热电阻丝的输出功率为控制出;而恒温箱散热量为系统的扰动量.恒温箱的温度是由给定的电压信号7和热电偶埼出的电压信号力之间的偏差小一如投制的当T.（C）=T（C）时,的“HQ,即偏差为零，此时系统不工作，恒温箱的坦度保持在带望的温度上.当外界因素引起箱内出发变化时,偏差信号“二见#0,偏差经电压和功率放大后，使电机的转速和转向发生改变，并通过传动装置搅动读压器的动触头。当温度的高时，动触头向着纥少电流的方向移动,反之加大电流,直到温

12、度达到给定值为止.系境控制方框图如图（例L2.b）所示.习题与解答1.1机械工程控制论的析究对象和任务是什么？机械工程控制论实质上是研究机械工程中广义系统的动力学问题，具体地说.它研究的是机械工程技术中的广义系城在一定的外界条件（即地人或激丽.包括外加控制与外加干扰）作用下，从系统的定的初始状态出发，所经历的力其内部的固有特性（即由系统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程:讲究这一系统及其桁入物出三者之旬的动态关系。从系统、输入、输出三者之间的关系出发,根据已知条件与求解问题的不同，机械工程控制论的任务可以分为以下五方面：（D已知系统、弟人，求系统的拾出，即系统分析问题；（2）已知系

13、统和系统的理想输出，设计辕入，即最优控制问选；（3）已知输入和理想输出，设计系统，即较优设讦问题；（4）埼出已知，确定系统，以识利输入或输入中的有关信息，此即流波与疹冽问题：（5）系统的输入和箍出已知，求系统的结杓与参数,即系统粉识问题。12什么是内反馈？为什么说内反馈是使机帔系统纷繁红杂的主要原因？解 内反馈是指在系垸内存在着的各种自然形成的反馈它主要由系统内部各个元素之间的相互辆合而形成.内反值反映系统内部各搀数之间的内在联系，其存在对系统的动态特性有非常敏悦的彩电，而机械系坎存在的内反馈情况千差万别、错保复杂，困此使得机械系统纷繁复杂.1-3试分析如图（魅L3.a）所示系统的内反馈情况。

14、图（收：3.A!.3.b）系统的方植得解分别对砌,加?进行受力分析，并列写其动力学方程1 4（孙一川=/）（1）十 &（勺一孙）+ 人 = 0（2）由有加+ &八=/） r刈肛（3）由有%方+他+ &）右= 5（4）若以/）为系统的输入“2（f）为系统的始出则系统的动力学方程可用图（题l.3.b）所示的方框图表示.显然该系统存在内反馈，1-4试分析虻图（图l.4.a）所示机械加工过程的内反馈情况。解当刀具以名义进给见s进行切地时,在切削过程中产生切削力/而使机床工件系统发生变形退让派少了刀具的实际进给如此时4=S-y,进而又影电到切削力的变化,如此循环，使得切削过程为一个动杳历程，具有一些动态

15、特性,其过程可用图（题1. 4.b）所示的方根国表示.验中的好等过程中存在的信息流动与反馈情况.18对控制系统的基本要求是什么？解 对控制系统的基本要求有系统的稳定性、响应的快速性和剪应的准确性等其中，系统蚀定性是控制系统工作的首要条件.19将学习本课程作为一个动态系统来考虑，试分析这一动态系统的输入、输出及系统的固有特性各足什么？应采取什么措施来改善系统特性，提高学习质量？解 本课程的学习可视为一个动态系统由软林、学生及教学大纲等构成这一系烧的轮人为教学大纲的要求，输出为实际的教学质st,这个系统中教部的教学和学生的学习是影响系统输出的主要因素,而二者又是家里我系相辅相成，缺一不可的因此，在教学的过程中要充分