机械工程控制基础部分习题复习资料 .pdfVIP

1.7习题及解答

1-1工程控制论的研究对象和任务是什么？

解:工程控制理论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题。具体地说，研究的是工程技术中

的广义系统在一定的外界条件（即输入或激励，包括外加控制及外加干扰）作用下，从系统一定的初始状

态出发，所经历的有其内部的固有特性（即系统的结构及参数所决定的特性）所决定的整个动态历程：同

时研究这一系统、输入和输出三者之间的动态关系。

工程控制理论的研究内容

就系统、输入、输出三者之间的动态关系而言，工程控制论的研究内容大致可以归纳为如下五个方面：

（1）当系统已定、输入已知时，求系统的输出，并且通过输出研究系统本身有关的问题，即系统分析

问题。

（2）当系统已定时，求系统的输入，并且所确定的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即最优

控制问题；

（3）当输入已知时，确定系统，并且所确定的系统应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即最优设计

问题；

（4）当输出已知时，系统已定时，识别输入或输入中的有关信息，即滤波及预测问题；

（5）当输入及输出均已知时，求系统的结构和参数，以建立系统的数学模型，即系统识别或者系统辨

识问题。

1-2组成典型控制系统的主要环节有那些？它们各起到什么作用？

典型反馈控制系统的基本组成：给定环节、测量环节、比较环节、放大运算环节、执行环节，组成了

这一控制系统的控制部分，目的是对被控制对象实现控制。

给定环节：作用是给出输入信号的环节，用于确定被控制对象的“目标值”（或成为给定值），给定环

节可以用各种形式（电量、非电量、数字量、模拟量等）发出信号。

测量环节：用于测量被控量，并把被控制量转换为便于传送的另外一个物理量。如电位计将机械转角

转换为电压信号。

比较环节：输入信号和测量环节测量的被控制量的反馈量相比较，得到偏差信号，其中比较包括幅值

比较、相位比较和位移比较等。

放大运算环节：对偏差信号进行必要运算，然后进行功率的放大，推动执行环节。常用的放大类型有

电流放大、液压放大等。

执行环节：接收放大环节送来的控制信号，驱动被控制对象按照预期的规律运行。执行环节一般是一

个有源的功率放大装置，工作中要进行能量转换。如把电能通过直流电机转化为机械能，驱动被控制对象

进行机械运动。

1-3自动控制系统按照输出变化规律如何分类？按照反馈规律分为哪几类？

1、按反馈情况分类

（1）开环控制系统：是最简单的一种控制方式，特点是控制系统的控制量及被控制量之间只有前向通道，

即只有从输入端到输出端的单方向通道，而无反向通道。系统中只有输入信号对输出信号产生控制作用，

输出信号不参及系统的控制。

（2）闭环控制系统：闭环控制系统不仅有一条从输入端到输出端的前向通道，还有一条从输出端到输入端

的反馈通道。参及系统控制的不只是系统的输入信号，还有输出信号，控制作用的传递路径是闭合的。

2．按输出变化规律分类

（1）自动调节系统：在外界干扰下，系统的输出仍能保持为常量的系统，系统为闭环控制系统。如恒温调

节系统；

（2）随动系统：在外界调节作用下，系统的输出能随着输入在广阔的范围内按任意规律变化的系统。如炮

瞄雷达系统；

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（3）程序控制系统：在外界条件的作用下，系统的输出按预先的程序产生变化的系统。如全自动洗衣机系

统。

1-4什么是反馈控制？日常生活中有许多闭环和开环系统，试举例说明。

反馈是工程控制论中的一个最基本、最重要的概念，是工程控制系统的一大特点。所谓反馈，就是将

系统的输出信号通过一定的检测元件变送返回到系统的输入端，并和系统的输入信号进行比较的过程。

家用空调系统、家用电冰箱系统是闭环控制系统；全自动洗衣机、电风扇、电动搅拌机等为开环系统

1-5分析比较开环控制系统及闭环控制系统的特征、优缺点和应用场合的不同之处。

（1）开环控制系统：是最简单的一种控制方式，特点是控制系统的控制量及被控制量之间只有前向通道，

即只有从输入端到输出端的单方向通道，而无反向通道。系统中只有输入信号对输出信号产生控制作用，

输出信号不参及系统的控制。

（2）闭环控制系统：闭环控制系统不仅有一条从输入端到输出端的前向通道，还有一条从输出端到输入

端的反馈通道。参及系统控制的不只是系统的输入信号，还有输出信号，控制作用的传递路径是闭合的。

开环控