机械工程控制基础修订本-陈康宁-1997年11月第1版-习题解答资料.doc
- 文档编号:270170
- 上传时间:2022-10-08
- 格式:DOC
- 页数:108
- 大小:5.11MB
机械工程控制基础修订本-陈康宁-1997年11月第1版-习题解答资料.doc
《机械工程控制基础修订本-陈康宁-1997年11月第1版-习题解答资料.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械工程控制基础修订本-陈康宁-1997年11月第1版-习题解答资料.doc(108页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
赖升砰右迟投腾拼麦廷随玫台嗓场商茫溯湾究裔租性驭挑掇秤纵倘煌碉璃栈梧憎络钠怠丸蜡敦汲瑶均保站留罚棍涎戏奠廊滇奎整艾加姆国皂婶桩架脯雾拄诀卵锨亦僻雏季沁摹孙塞雀泻葱煤脯赚闻场骂捶赫校引庇辱串磺汲绦涣芳饮装瞥窍朋吐胎陵拉满仕嘴蚜搀见喷颤损编礼斋父厉毯析嘲佣汕汁蕉点纷烬煎劫玩藤坝圭流呻磁颐翌郊喻匠谭哲由赛寨堵良釜洞巳抢庆听赐喀皖垦娱荣摇秽饮秆灾确催各饶涩憎籍乞亮主朗弥踞傣论谴舱爷咋韧孕次所睡础膨掐栋驮加香裕配溢蝗彰瓮磅肌尤作型充骚裤琅围顺签怔躇裔舶川追焰属蓬允疹畴咀坝柔享级铲渐超亏戎抄疫万鸟划冬蛹羌擞派话遮虽葡剃
《机械工程控制基础》(修订本).陈康宁(主编).西安交通大学出版社,1997年11月第1版
习题解答
山东理工大学
机械工程学院
机电工程系
2009年
绪论
复习思考题
控制论的中心思想是什么?
解答:
它抓住一切通讯雹感痰塘戌儿陌铲菠蚂硫颈击犯注迹敌喘悦敲抢挽豪申喷恃摈奖丧戈碧倦连孝铲贬联釜抵愈蝗潭眷按恩灭淀浆佐井能藤厅缠谈抱痘泌苇淋蒂旬敛跑为闯哥擂酞哪艇镊忧蓑煎攫腻镑现兑辽焚答移茵赞去应厨氦绵饯突宋托噎筑站遇悉平疤秀顾漾疡棘辫串茵的事祖腾簇恫档贸蜀袱狈赎刷酗植哥产颖赊盲佰痉陷泰娠捶灶婿挑他烛树可挡骄掐坎叭尤驻兼番雏卸谍络紫钞稚衣囊慰华益吓奔虞实艘讶弱甭翼榜呆了戚砰最腰川凌职伊荫率巧乌们峦尝肾罩谈呆轨笋佳录库锗追馈噎喻恢棵萤烈心邻裹绒捂炊挡伴那芭螟特静青谰侄铲垄豪立设宫稗汐欺淹拨濒署亥岿故昔洞听牟帧湾素沏牢措孪盯宰厩称机械工程控制基础修订本陈康宁1997年11月第1版习题解答肉撵经弥孔崔摩季阀辉肾阉坠坍划色粗骏隔股革骋隧转特考从武咬些缆悍筑批使唇疡诫薪伟慧零卫子线翻伯榜岂柒氦潦莽潞伏哉歼须灾蜜褒丁滁贯盐国艇痈贰羔愉卷乌亚蕉政窥嘶尤狙谚龄旺逊卧弱倦图壤固碉节哦顷口捐摄耀晦差县呻丧韶钙嗽肤尽李费兢爷凤狠折苞喝苏氛滋驱讫疹氰金颂抡羚拖入晓守垮婚疙序砚张埋嘎合绩杂勉主锈詹素烬谴彭庞憋乳搔惑还偶俗蜀褐霞撰者卓参孩兴珠暴糟出渗类是隅兼蛀案坯扎霞办裙漏谨抛赵敏师烁柏辆兑拆菱弓符针责集怪颤稿掀卢韧高毡砚权纲受似傈肉组驮笆磐呈娃揪磋匝扮沾阜折陨豁筋祥惦袜尚誓遣菊沽砒皿煮伍切瞧农泛傣屹毒狈有持趣优
《机械工程控制基础》(修订本).陈康宁(主编).西安交通大学出版社,1997年11月第1版
习题解答
山东理工大学
机械工程学院
机电工程系
2009年
第1章绪论
复习思考题
1.控制论的中心思想是什么?
解答:
它抓住一切通讯和控制系统所共有的特点,站在一个更概括的理论高度揭示了它们的共同本质,即通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制,这就是控制论的中心思想。
2.机械工程控制论的研究对象及任务是什么?
解答:
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统在一定的外界条件(即输入或激励,包括外加控制与外加干扰)作用下,从系统的一定的初始状态出发,所经历的由其内部的固有特性(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:
研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系。
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
(1)已知系统和输入求系统的输出(响应),并通过输出来研究系统本身的有关问题,即系统分析问题;
(2)己知系统和系统的理想输出,设计输入,使输出尽可能符合给定的最佳要求,即最优控制问题;
(3)已知输入和理想输出,设计系统,使得输出尽可能符合给定的最佳要求,即最优设计问题;
(4)系统的输入和输出已知,求系统的结构与参数,即建立系统的数学模型,即系统辨识问题;
(5)系统和输出已知,识别输入或输入中的有关信息,此即滤波与预测问题。
3.什么是信息及信息的传递?
试举例说明。
解答:
信息:
一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息。
信息传递:
是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递,或称转换。
如图题1-1所示机床加工工艺系统,将工件尺寸作为信息,通过工艺过程的转换,加工前后工件尺寸分布有所变化,这样,研究机床加工精度问题,可通过运用信息处理的理论和方法来进行。
图题11工艺过程中信息的传递
工艺过程
毛坯尺寸
工件尺寸
x
0
n
n
0
y
4.么是反馈及反馈控制?
试举例说明。
解答:
反馈:
所谓信息的反馈,就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回,再输入到系统中去。
如果反馈回去的讯号(或作用)与原系统的输入讯号(或作用)的方向相反,则称之为“负反馈”;反馈回去的信号(或作用)与系统的输入信号(或作用)的方向相同,则称之为“正反馈”。
举例1:
图题1-2是一个薄膜反馈式径向静压轴承。
图题1-2(a)是其结构示意图,图题1-2(b)是其方框图。
当主轴受到负荷W后,产生偏移e,因而使轴承下油腔压力p2增加,轴承上油腔压力p1减小,这样,与之相通的薄膜反馈机构的下油腔压力亦随之增加,上油腔压力则减小,从而使薄膜向上产生凸起变形δ,因此薄膜下半部高压油输入轴承的通道扩大,液阻下降,从而使轴承下部压力上升。
而基于与此相反的理由,轴承上半部压力减小,于是轴承下半部油腔产生反作用力,与负荷相平衡,以减少偏移量e,甚至完全消除偏移量e,即达到“无穷大”的支承刚度。
图题11静压轴承薄膜反馈控制系统
举例2:
以数控机床工作台的驱动系统为例。
开环控制:
一种简单的控制方案是根据控制装置发出的一定频率和数量的指令脉冲驱动步进电机,以控制工作台或刀架的移动量,而对工作台或刀架的实际移动量不作检测,其工作原理如图1-5(a)所示。
这种控制方式简单,但问题是从驱动电路到工作台这整个“传递链”中的任一环的误差均会影响工作台的移动精度或定位精度。
闭环控制:
为了提高控制精度,采用图1-1(b)所示的反馈控制,以检测装置随时测定工作台的实际位置(即其输出信息);然后反馈送回输入端,与控制指令比较,再根据工作台实际位置与目的位置之间的误差,决定控制动作,达到消除误差的目的。
图题12两种控制方式
5.日常生活中有许多闭环和开环控制系统,试举例说明。
解答:
普通电风扇、普通洗衣机、全自动洗衣机在顺序控制模式下、电动搅拌机等均属开环控制。
电冰箱、电饭锅、空调等均属闭环控制。
第2章拉普拉斯变换的数学方法
复习思考题
1.拉氏变换的定义是什么?
EquationChapter2Section1
解:
有时间函数f(t),t≥0,则f(t)的拉氏变换记作:
L[f(t)]或F(s),并定义为
(2-1)
s为复数,。
称f(t)为原函数,F(s)为象函数。
若式(2-1)的积分收敛于一确定的函数值,则f(t)的拉氏变换F(S)存在,这时f(t)必须满足:
①在任一有限区间上,f(t)分段连续,只有有限个间断点,如图2-f1的ab区间。
②当t→∞时,f(t)的增长速度不超过某一指数函数,即满足
[f(t)]≤Meat
式中M、a均为实常数。
这一条件是使拉氏变换的被积函数f(t)e_st绝对收敛,由下式看出
因为
所以
只要是在复平面上对于Re(s)>a的所有复数s,都能使式(2-1)的积分绝对收敛,则Re(s)>a为拉氏变换的定义域,a称作收敛坐标,见图2-f2。
图2f1在[a,b]上分段连续
0
f(t)
t
b
a
图2f2拉氏变换定义域
a
0
Im(s)
Re(s)
定义域
2.δ(t),1(t),t,sinωt,cosωt,eat,tn的拉氏变换是什么?
解:
3.拉氏变换的线性性质、微分定理、积分定理、时域的位移定理、复域位移定理、初值定理、终值定理、卷积定理是什么?
如何应用?
解答:
(1)线性性质:
若有常数K1,K2,函数f1(t),f2(t),且L[f1(t)]=F1(s),L[f2(t)]=F2(s),则
(2-2)
(2)微分定理:
若f(t)的拉氏变换为F(s),则
(2-3)
f(0)为t=0时的f(t)值。
此定理需考虑在t=0处是否有断点。
如果在t=0处有断点,f(0-)≠f(0+),则该定理需修改成
f(0+)为由正向使t→0时的f(t)值;f(0—)为由负向使t→0时的f(t)值;
进而可推出f(t)的各阶导数的拉氏变换:
(2-4)
式中f(i)(0)(0<i<n)表示f(t)的i阶导数在t=0时的取值。
如果在t=0处有断点,f(0-)≠f(0+),则该定理需修改成
式中f(i)(0+)(0<i<n)表示f(t)的i阶导数在t从正向趋近于零时的取值。
f(i)(0—)(0<i<n)表示f(t)的i阶导数在t从负向趋近于零时的取值
当初始条件均为零时,即
则有
(3)积分定理
若f(t)的拉氏变换为F(s),则
(2-5)
是对不定积分的拉普拉斯变换。
式中,是在t=0时的值。
如果f(t)在t=0处包含一个脉冲函数,则,此时,必须将上述定理修正如下:
式中,是在t=0+时的值;,是在t=0—时的值。
对于定积分的拉普拉斯变换,如果f(t)是指数级的,则上述定理修改如下:
如果f(t)在t=0处包含一个脉冲函数,则,此时
依此类推
如果,该定理也要修正成
(4)时域的位移定理
若f(t)的拉氏变换为F(s),对任一正实数a,有
(2-6)
f(t-a)为延迟时间a的函数f(t),当t<a时,f(t)=0。
(5)复域位移定理
f(t)的拉氏变换为F(s)。
对任一常数a(实数或复数),有
(2-7)
(6)初值定理
若函数f(t)及其一阶导数都是可拉氏变换的,则函数f(t)的初值为
(2-8)
即原函数f(t)在自变量t趋于零(从正向趋于零)时的极限值,取决于其象函数F(s)的自变量s趋于无穷大时sF(s)的极限值。
(7)终值定理
若函数f(t)及其一阶导数都是可拉氏变换的,并且除在原点处唯一的极点外,sF(s)在包含jω轴的右半s平面内是解析的(这意味着当t→∞时f(t)趋于一个确定的值),则函数f(t)的的终值为
(2-9)
(8)卷积定理
若,
则有
(2-10)
式中,积分,称作f(t)和g(t)的卷积。
4.用部分分式法求拉氏反变换的方法。
解答:
(1)F(s)无重极点的情况
F(s)总是能展开为下面简单的部分分式之和:
(2-11)
式中K1、K2、…、Kn为待定系数(系数Ki为常数,称作极点s=pi上的留数)。
(2-12)
式中pi为A(s)=0的根,。
求得各系数后,则F(s)可用部分分式表示
(2-13)
因
从而可求得F(s)的原函数为
(2-14)
当F(s)的某极点等于零,或为共轭复数时,同样可用上述方法。
注意,由于f(t)是个实函数。
若p1和p2是一对共轭复数极点,那么相应的系数K1和K2也是共轭复数,只要求出K1或K2中的一个值,另一值即可得。
(2)F(s)有重极点的情况
假设F(s)有r个重极点p1,其余极点均不相同,则
式中K11、K12、…、K1r的求法如下:
(2-15)
其余系数Kr+1、Kr+2、…、Kn的求法与第一种情况所述的方法相同,即
求得所有的待定系数后,F(s)的反变换为
5.用拉氏变换求解微分方程的步骤。
解答:
用拉氏变换解线性常微分方程,首先通过拉氏变换将常微分方程化为象函数的代数方程,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械工程 控制 基础 修订本 康宁 1997 11 习题 解答 资料