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1、（1）生活中常见开环控制系统与闭环控制系统综合性能分析：如汽车空调的温度控制与冷库温度控制综合性能分析。（10分）答： 开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统，汽车空调的温度控制即为典型的开环控制系统，其系统控制框图如下：输入量(调定温度）控制器(控制电路)执行器（压缩机）被控对象(汽车内部)输出量(车内温度)控制量汽车空调开环控制系统系统框图其中主要组成部分的功能：（1）控制器：它是温度控制的“大脑”，通过用户自编程序，下装到内存中，当有需要处理的信号产生时，它就会发出相应指令，指挥其他外围电路的工作,并且处理一些数据。（2）执行器：接受控制指令，使压缩机工作，带动加热或制冷
2、装置动作，从而实现控制温度。 闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统。冷库温度控制即为典型的闭环控制系统，其系统控制框图如下：给定量（设定的温度）控制器（控制电路）执行器（加热或制冷元件）被控对象（冷库）被控量（冷库温度）检测装置（温度传感器）控制量（制冷制暖量）比较器冷库温度闭环控制系统系统框图其中主要组成部分的功能：（1）控制器：它是温度控制的“大脑”，通过用户自编程序，下装到内存中，当有需要处理的信号产生时，它就会发出相应指令，指挥其他外围电路的工作，同时根据温度的变化对执行机制进行控制，并且处理一些数据。（2）温度传感器：负责采集冷库中的
3、温度信号，并且把信号传送给控制器进行处理，同时控制器根据功能会给出一个控制信号。（3）执行器：当冷库中的温度达到一定的值时，执行电路就会带动加热或制冷装置动作，从而实现控制温度。（2）简单机械数学模型的建立，传递函数的推导：如建立脚踏自行车或电动自行车数学的模型。（10分）答：此系统由惯性负载、粘性摩擦阻尼器以及负载转矩构成，设车轮转动惯量为，总重量为，粘性摩擦系数为，车轮半径为，地面位移为，摩擦力为，负载转矩为，作用到系统上的主动转矩为。根据牛顿定律可得：，且存在，则，所以可有两种表达方式 ，传递函数 ，传递函数（3）PID控制器在机械工程中的应用分析：如PID控制器在数控机床进给系统中的作
4、用。（10分）答：数控机床进给伺服系统是数控系统的重要组成部分，伺服系统的静、动态性能，决定了数控机床的精度、稳定性、可靠性和加工效率。以数控机床进给伺服系统建模为基础，基于PID控制的数控机床进给伺服调节器能很好的提高系统参数调节的效率、准确度，为改善和提高数控机床进给伺服系统的性能提供一定的理论依据。系统结构简图PID是比例,积分,微分的缩写，PID控制器是伺服系统应用最为广泛的一种控制器，在数控机床进给系统中的作用： 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例环节可以增加开环增益，加快反应速度，减少系统稳态误差，增加系统的通频带，
5、但过大会使系统超调增加，导致系统稳定性下降； 积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数,越小,积分作用就越强。反之大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。 比例-积分-微分控制器最为理想，既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。
