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1、机械工程控制基础课后答案自动操纵系统的差不多原理操纵系统的工作原理和差不多要求操纵系统的差不多类型典型操纵信号操纵理论的内容和方法操纵系统的数学模型机械系统的数学模型液压系统的数学模型电气系统的数学模型线性操纵系统的卷积关系式拉氏变换傅氏变换拉普拉斯变换拉普拉斯变换的差不多定理拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质线性操纵系统的典型环节系统框图及其运算多变量系统的传递函数第五章时刻响应分析概述单位脉冲输入的时刻响应单位阶跃输入的时刻响应高阶系统时刻响应频率响应分析谐和输入系统的定态响应频率特性极坐标图频率特性的对数坐标图由频率特性的实验曲线求系统传递函数操纵系统的稳固性稳固性概
2、念劳斯判据乃奎斯特判据对数坐标图的稳固性判据操纵系统的偏差操纵系统的偏差概念输入引起的定态偏差输入引起的动态偏差第九章操纵系统的设计和校正第一节综述期望对数幅频特性曲线的绘制校正方法与校正环节操纵系统的增益调整操纵系统的串联校正操纵系统的局部反馈校正操纵系统的顺馈校正自动操纵系统的差不多原理定义：在没有人的直截了当参与下，利用操纵器使操纵对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。操纵系统的工作原理和差不多要求操纵系统举例与结构方框图II一个人工操纵的恒温箱，期望的炉|度为100C0 ,利用表示单数功育即勺方块、;信号线画出结构方块图人通过眼睛观看温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较,利
3、用手和锹上煤炭助燃。比较100 C0给定的温度手和锹煤炭一实际的炉水温度眼睛控制器图示为液面高度操纵系统原理图C试画出操纵系统方块图图5型1博上辔实际的液面高 乱差距其正，产望的液位高度气动阀门水箱一实际的液位高度浮子头脑书望的液位高度水箱.实际的液位高度和相应的人工操纵的激面操纵系东方块图解：浮子作为液面高度的反馈物二自动操名度与期望的液面高度，调解气动而强开合度,可保持液面高度稳固控制器结构方块图讲明:1 .信号线：带有箭头的直线(可标时刻或象函数)U(t),U(s);2 .引用线：表示信号引出或测量的位置；3 .比较点：对两个以上的同性质信号的加减运算环节；4 .方框：代表系统中的元件或
4、环节。方块图中要注明元件或环节的名称，函数框图要写明函数表达式。二.操纵系统的组成1 .给定环节：给出输入信号，确定被操纵量的目标值。2 .比较环节：将操纵信号与反馈信号进行比较，得出偏差值。3 .放大环节：将偏差信号放大并进行必要的能量转换。4 .执行环节：各种各类。5 .被控对象：机器、设备、过程。6 .测量环节：测量被控信号并产生反馈信号。7 .校正环节：改善性能的特定环节。三.操纵系统特点与要求1 .目的：使被控对象的某一或某些物理量按预期的规律变化。2 .过程：即“测量一一对比一一补偿”。或“检测偏差一一纠正偏差”。3 .差不多要求：稳固性系统必须是稳固的，不能震荡；快速性接近目标的
5、快慢程度，过渡过程要小；准确性操纵系统的差不多类型x (t)开环系统：优点：结构简单、稳固性能好；缺点：不能纠偏，精度低。闭环系统：与上相反。第三节典型操纵信号输入信号是多种多样的，为了对各种操纵系统的性能进行统一的评判，通常选定几种外作用形式作为典型外作用信号，并提出统一的性能指标，作为评判标准。X(t)1.阶跃信号x(t尸0t0Ajt当A=1时，称为单位阶跃信号，写为1(t)。阶跃信号是一种对系统工作最不利的外作用形式。例如，电源突然跳动，负载突然增加等。因此，在研究过渡过程性能时通常都选择阶跃函数为典型外作用，相应的过渡过程称为阶跃响应。2.脉冲函数数冲罢达式x(t尸A/T0t0x(t)
6、=0t0/x(t)=0t0x(t)=0t-0-图126 .延时函数(信号)tTf(t)=0f(t)_t_T一图137 .随机信号（使用白噪声信号代替）第四节操纵理论的研究内容和方法一.经典操纵理论1 .要紧内容：分析一一把握系统的特性，进行系统性能的改善；实验一一对系统特性和改善措施进行测试；综合一一按照给定的静态、动态指标设计系统。2 .方法分域法一一以典型信号输入，分析输出量随时刻变化的情形；频域法一一以谐和信号输入，分析输出量随频率变化的情形；根轨迹法一一按照系统的特点方程式的根，随系统参数的变化规律来研究系统（又称图解法）。操纵系统的数学模型为了确定操纵系统内部各物理量之间定量关系，必
7、须建立数学模型。这一章中心咨询题是如何从操纵系统实体中抽象出数学模型。第一节机械系统的数学模型1 .机械平移系统(应用牛顿定律)EF=0,F=maF(t)-cx-kx=mx或F(t)-Fc(t)-Fk(t尸mxFc(t尸阻尼器产生的阻尼力，为cx(t)Fk(t尸弹性复原力，为kx(t)整理：mx+cx+kx=F(t)2 .机械旋转系统J(t)+c(t)+k(t)=M(t)J转动惯量c一阻尼系数图15将图示系统中的J1、J2和1，. 32 ， (D3，3O3 .机械传动系统参数的归算机械系统的运动形式：旋转运动、直线运动。机械系统的组成元件：齿轮、轴、轴承、丝杠、螺母、滑块等。对一个复杂的大系统
8、，必须把各部件参数归算到同一部件上。在那个部件的惯性力、阻尼力、弹性复原力称为当量参数。,，一_r-IZv,a口何汨算？米呐单因彖法3r1惯性参考辆H算1.转动惯量施超Z1列各轴力矩平稳方程式:a轴:b轴:c轴:M=J1+Mb-a出dMa-b=J2+Mc-bddtMb-a负载力矩；Ma-b 是b轴的主动（驱动）力矩。 F m4列关系式： 也=.9=二,同理MU g 力相等关系 M a b F mZ /一由线速度相等关系：F. 2 mZi _ Q m 3 1 = 3 2 22得一二，同理，ZiMbc1 Zi代入各关系式，得3Z22Z2Mb-c=J3dtM(t)=M=J1+J2( Zr)2+J3(
9、3乙Zi积。2.移动质量归算为转动惯量列运动平稳方程式丝杠：M=J +M1滑块：F=m避=F轴dt式中：M1是滑块作用于丝杠的力矩；F轴是丝杠作用于滑块的轴向力。为求M与F之间的关系，列关系式，把丝杠按兀D展成平面。tg% =F 周/F 轴=$/兀 D由关系式 F周D=M1,则F轴=F= 2/ nS按照运动关系V一旦代入到M=J D M1 _2 M1S d2r上2却-L,口 +M1中，生理后得M=J+m( - )2 - =JZ 2 dt dtJaE一称为归算到a轴上的归算转动惯量。推之，关于系统有n个轴，归算到a轴时，nJaE=Jiui2i1Ui一是从a轴到第i轴的总速比，即主动齿轮齿数积/被
10、动齿轮齿数VJ =J+m (2S导 程图17图18液压缸X 0t)PiP2分析思新邰图19):可分冷导外环节F(t)滑阀:入量xi(t) 1Pi Q(t)Wb0 (t)壬聿可变量)WJ建立惫乖件方程式Xo(t)p图191、滑阀流量方程式0(t)=fxi(t),l,其中l=12压强差流量0(t)是阀芯位移xi(t)函数，同时又是负载压强差l的函数，具有非线性关系。如果把非线性咨询题线性化，这是考虑在为额定工作点邻近可展成泰勒级数方法，则0(t)=kqxi(t)-kpl其中kq是流量增益系数，kp是压力阻碍系数。(1)式是按照试验数据修正而来。2、液压缸工作腔液体流淌连续方程式0(t尸Axo(t)
11、+ktl+*lA一工作面积，kt一漏损系数，V液体体积压缩率，一弹性模量。在不考虑液体的的可压缩性，又不考虑泄漏，(2)式可简化为0(t尸Axo(t)(3)3、液压缸负载平稳方程式Al=mxo(t)+cxO(t)+kxo(t)+F(t)(4)若自由状态，即F(t)=0,则Al=mxo(t)+cxo(t)+kxo(t)(5)4、系统的运动方程式消去中间变量l和0(t),得mxo(t)+cxo(t)+(k+A2/kp)x0(t)=Akqxi(t)/kp(6)若外部系统阻尼、刚度系数不受阻碍，即c=0,k=0,惯性力不考虑。贝Ukqxi(t)=Axo(t)这是来多少油出多少油的关系式。第三节电气系的
12、彝学平型1.阻容感网络系统cUi(t)LTCUo(t)图20由基尔霍夫第一定律(封闭系统)nUi(t)01 1R2Ui(t)-UR(t)-Uc(t)-UL(t)=0Ui(t)-Ri(t)-i(t)dtRL*=0iKt)dUUi+Rdy+fL微h方程uqdtii(t)dtr-dtcl+2 .放大器府素统一+W(t)图211)比例运算放大器n由ij(t)=0jii1(t)=i2(t)+i3(t)因为放大器内阻专门大，i3(t)0,因此有i1(t)i2(t)即UiUa=UaU。RiR2c(引入：Uo(t尸-BUA=-(104-106)UA由#(3专门大,UA0)UO(t)=(1+-RUA(t)-R2Ui)2积分运篁贰京_IT、J_u4)ii(t).-I0图22同前分析过程。顶尸UR)；U0(t)=1。)出=ui(t)输HiJ垂之间殍在积分黑系，3)运窠放尺器1i1(t)i2(t)而来uo(t)图23由Ui(t)=1(t)出得i1(t尸cdUi2(t)=U油i1(t)i2(t)关系式，得U0(t)=R2CdU-L(R2dt输出与输入之间存在微分关系。第四节线性操纵系统的卷积关系式为建望输出与输入之间的关素常新用卷新关系式一.线性操纵系统的权函数8(t
