目录
第一章自动控制系统的基本原理
第一节控制系统的工作原理和基本要求
第二节控制系统的基本类型
第三节典型控制信号
第四节控制理论的容和方法
第二章控制系统的数学模型
第一节机械系统的数学模型
第二节液压系统的数学模型
第三节电气系统的数学模型
第四节线性控制系统的卷积关系式
第三章拉氏变换
第一节傅氏变换
第二节拉普拉斯变换
第三节拉普拉斯变换的基本定理
第四节拉普拉斯逆变换
第四章传递函数
第一节传递函数的概念与性质
第二节线性控制系统的典型环节
第三节系统框图及其运算
第四节多变量系统的传递函数
第五章时间响应分析
第一节概述
第二节单位脉冲输入的时间响应
第三节单位阶跃输入的时间响应
第四节高阶系统时间响应
第六章频率响应分析
第一节谐和输入系统的定态响应
第二节频率特性极坐标图
第三节频率特性的对数坐标图
第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性
第一节稳定性概念
第二节劳斯判据
第三节乃奎斯特判据
第四节对数坐标图的稳定性判据
第八章控制系统的偏差
第一节控制系统的偏差概念
第二节输入引起的定态偏差
第三节输入引起的动态偏差
第九章控制系统的设计和校正
第一节综述
第二节希望对数幅频特性曲线的绘制
第三节校正方法与校正环节
第四节控制系统的增益调整
第五节控制系统的串联校正
第六节控制系统的局部反馈校正
第七节控制系统的顺馈校正
第一章自动控制系统的基本原理
定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。
第一节控制系统的工作原理和基本要求
一、控制系统举例与结构方框图
例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用
表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。
图1
人通过眼睛观察温度计来获得炉实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。
比较
图2
例2．图示为液面高度控制系统原理图。试画出控制系统方块图
和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。
解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，
可保持液面高度稳定。
图3
控制器
图4
头脑
图5
结构方块图说明：
1.信号线：带有箭头的直线（可标时间或象函数）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．控制系统的组成
1．给定环节：给出输入信号，确定被控制量的目标值。
2．比较环节：将控制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．控制系统特点与要求
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——对比——补偿”。 或“检测偏差——纠正偏差”。
3．基本要求：稳定性 系统必须是稳定的，不能震荡；
快速性 接近目标的快慢程度，过渡过程要小； 准确性
第二节 控制系统的基本类型
1．开环变量控制系统（仅有前向通道）
i 0
图6
2．闭环变量控制系统
i
X
开环系统：优点：结构简单、稳定性能好；
缺点：不能纠偏，精度低。
闭环系统：与上相反。 第三节 典型控制信号
输入信号是多种多样的，为了对各种控制系统的性能进行统一的评价，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，作为评价标准。 1．阶跃信号 x(t)=
0 t ＜0
X(t)=A t ≥0
图7
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
数学表达式 x(t)=A/T 0≤t ≤T X(t)=0 其它
图
8
脉冲函数的强度为A ，即图形面积。 单位脉冲函数（δ函数）定义为δ(t)=dt
d 1(t)
性质有: δ(t)=0 t ≠0 δ(t)=∞ t ＝0 且
?
∞
∞
-=1)(dt t δ
图9
强度为A的脉冲函数x(t)也可写为x(
t)=Aδ(t)
必须指出，脉冲函数δ(t)在现实中是不存在的，它只有数学上的意义，但它又是很重要的很有效的数学工具。
3．斜坡函数（恒速信号）
x(t)=At t≥0
x(t)=0 t＜0
图10
在研究飞机系统时，常用恒速信号作为外作用来评价过渡过程。
4．恒加速信号
x(t)=At2/2 t≥0
x(t)=0 t＜0
图11
在研究卫星、航天技术的系统时，常用恒加速信号作为外作用来评价过渡过程。
5．正弦函数（谐波函数、谐和信号）
x(t)=x m.sin(ωt+φ) t≥0
x(t)=0 t＜0
-
图12
6．延时函数（信号）
f(t)=x(t-τ) t≥τ
f(t)=0 t＜0
图13
7．随机信号（使用白噪声信号代替）
第四节控制理论的研究容和方法
一．经典控制理论
1．主要容：
分析——掌握系统的特性，进行系统性能的改善； 实验——对系统特性和改善措施进行测试； 综合——按照给定的静态、动态指标设计系统。 2．方法
时域法——以典型信号输入，分析输出量随时间变化的情况； 频域法——以谐和信号输入，分析输出量随频率变化的情况；
根轨迹法——根据系统的特征方程式的根，随系统参数的变化规律来研究系统（又称图解法）。 二．现代控制理论
1．引入状态空间概念； 2．动态最佳控制； 3．静态最优控制；
4．自适应和自学习系统。
图14 瓦特调速器
第二章 控制系统的数学模型
为了确定控制系统部各物理量之间定量关系，必须建立数学模型。这一章中心问题是如何从控制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）∑F=0, F=m a
F(t)-c
x &-kx=m x
&& 或 F(t)-F c
(t)-F k
(t)=m x
&& F c (t)=阻尼器产生的阻尼力，为c x
&(t)
F k (t)=弹性恢复力， 为kx(t)
整理：m x
&&+c x &+kx=F(t) 2．机械旋转系统
J θ
&&(t)+c
θ&(t)+k θ(t)=M(t)
J —转动惯量 c —阻尼系数 K —刚度系数
m
F(t)
K
C
X(t)
图14
图15
3．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，必须把各部件参数归算到同一部件上。在这个部件的惯性力、阻尼力、弹性恢复力称为当量参数。 如何归算？采用单因素法。 3—1 惯性参数的归算 1．转动惯量的归算
将图示系统中的J 1、J 2和J 3归算到a 轴上。
a b
C
J J J 123321ωωω
,,,Z 1
Z 1
`
2
Z `
Z
图16
列各轴力矩平衡方程式：
a 轴： M=J 1
dt d ω+ M b-a
b 轴： M a-b
=J 2
dt d ω+ M c-b
c 轴： M b-c
=J 3
dt
d ω
M b-a ——负载力矩；M a-b ——是b 轴的主动（驱动）力矩。
列关系式： b a a b M M --=
2
.2.'
1
1
mz F mz F =
'
11z z ，同理
'
2
2
z z M M c b b c =-- 力相等关系
由线速度相等关系： ω1
2
1mz =
ω2
2
'1mz
得
'1
1
12z z =ωω，同理，
'2
2
23z z =ωω
代入各关系式，得 M(t)=M=[J 1+J 2(
'
11Z Z )2
+J3(
'2
2
'11z z z z ?)2
]
dt
d 1ω= J a ∑
dt
d 1ω
J a ∑—称为归算到a 轴上的归算转动惯量。 推之，对于系统有n 个轴，归算到a 轴时，
机械工程控制基础（第六版）公式 1.典型时间函数的拉氏变换以及拉氏变换的性质 22222 1 111[1];[()]1;[];[]![sin ];[cos ];[]at n n L L t L t L e S S S a w S n L wt L wt L t S w S W S δ+= ===-===++ ①延迟性质：[()].()as L f t a e F S --= ②复数域的位移性质：[()]()at L e f t F S a -=+ ③相似定理：1[()]()S L f at F a a = ④微分性质：()12'(1)[()][](0)(0)(0)n n n n n L f t S F S S f S f f -+-+-+=---- 当初始条件为零时：()[()][]n n L f t S F S = ⑤积分性质：(1)()1[()](0)F S L f t dt f S S -+= +? 初始条件为零时：() [()]F S L f t dt S =? ⑥初值定理：0 (0)lim ()lim ()s t f f t SF S + + →+∞ →==;⑦终值定理：0 lim ()lim ()t s f t SF S →+∞ →= 2.传递函数的典型环节及公式 ①比例环节K ；②积分环节 1S ；③微分环节S ；④惯性环节11TS +；⑤一阶微分环节1TS + ⑥振荡环节 22 121 T S TS ζ++；⑦二阶微分环节2221T S TS ζ++；⑧延时环节S e τ- ⑨开环传递函数()()H S G S ； 其中G(S)为向前通道传递函数，()H S 为反馈传递函数 闭环传递函数() ()1()() G S G S H S G S = +闭 ⑩梅逊公式n n n t T ∑?= ? ； 1231i j k i j k L L L ?=-∑+∑-∑+ 其中：T ——总传递函数 n t ——第n 条前向通路得传递函数； ?——信号流图的特征式 3.系统的瞬态响应及误差分析 ①一阶系统传递函数的标准式()1 K G S TS = +， K 一般取1 ②二阶系统传递函数的标准式222 1 ().2n n n w G S k S w S w ζ=++; K 一般取1 ③2 1d n w w ζ=-；其中ζ为阻尼比，n w 为无阻尼自然频率，d w 为阻尼自然频率
1控制论的中心思想是什么？ 答：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 2机械工程控制论的研究对象及任务是什么？ 答：对象：机械工程技术。任务：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出，并通过系统的输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析；（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使系统的输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最优控制；（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即最优设计；（4）当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此及系统识别或系统辨识；（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中的有关信息，此即滤液与预测。 3什么是信息与信息的传递？试举例说明。 答：一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息都是信息。例如机械系统中的应力、变形、温升、几何尺寸与精度等，表明了机械信号、密码、情报或消息。 所谓信息传递，指信息在系统传递过程中以某种关系动态地传递，或称转换。例如机械加工工艺系统，将工件尺寸做为信息，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，可以通过运用信息处理和理论和方法来进行。 4什么是反馈与反馈控制？试举例说明。 答：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与原系统的输入讯号的方向相反（或相位差180度）则称之为“负反馈”；如果方向与相位相同，则称之为“正反馈”。例如人类最简单的活动，如走路或取物都利用了反馈的原理以保持正常的动作。人抬起腿每走一步路，腿的位置和速度的信息不断通过人眼及腿部皮肤及神经感觉反馈到大脑，从而保持正常的步法；人手取物时，手的位置与速度信息不断反馈到人脑以保持准确而适当地抓住待取之物。5日常生活中的许多闭环系统与开环系统，试举例说明。 答：开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路。例如洗衣机，它按洗衣、清水、去水、干衣的顺序进行工作，无需对输出信号即衣服的清洁程度进行测量； 闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路。例如液面调节器和以工作台的位置做为系统输出，通过检测装置进行测量，并将该信号反馈，进行控制工作台运动位置的CNC机床的进给系统。 6何谓控制系统？按是否存在反馈分哪些？ 答：控制系统指系统的输出，能按照要求的参考输出或控制输入进行调节。按是否存在反馈分为2种，即开环控制系统和闭环控制系统。 7拉氏变换的定义是什么？ 答：拉氏变换是分析研究线性动态系统的有力工具，将时域的微分方程变换为复数域的代数方程。 8什么是数学模型？ 答：数学模型是系统动态特性的数学表达式。建立数学模型是分析、研究一个动态特性的前提。 9传递函数的定义及特点是什么？ 答：定义：线性定常系统的传递函数，是初始条件为零，系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变换。 特点：1）传递函数反应系统本身的动态特性，只与系统本身的参数有关，与外界输入无关；2）对于物理可实现系统，传递函数分母中的s的阶次n必不小于分子中的s的阶次m，即n大于等于m，因为实现的物理系统总是存在惯性，输出不会超前于输入；3
教育学原理课后答案 【篇一：教育学原理复习题(答案)】 念 1.教育学：教育学是研究教育现象、解释教育规律的一门科学，即 研究如何培养人的一门科学。 二、填空题 1．教育学是研究____教育现象____揭示_____教育规律___的一门 科学。 2．教育的基本规律包括__教育与社会发展的关系__和教育与人的 身心发展的关系。 3．作为高等师范院校公共必修课的教育学是________普通教育学 ___ 。 4．教育学的产生与发展大致经历___萌芽、 _形成独立学科__ 和 _ 科学化发展等三个阶段。 三、选择题 bcbcbcc 1．世界最早反映教育思想的著作是______。 a．《学记》 b．《论语》 c．《雄辩术原理》 d．《大学》 2．_________世界最早的教育专著。 a．《论语》 b．《孟子》 c．《学记》 d．《师说》 3．最早地系统论证班级授课制的教育家是_______________。 a．康德 b．夸美纽斯 c．赫尔巴特 d．斯宾塞 4．世界上第一个提出教学具有教育性的教育家是 _______________。 a．斯宾塞b．夸美纽斯 c．赫尔巴特 d．柏拉图 5．在教育学史上，一般把_____________的《大教学论》看成是 近代第一本教育学著作。 a．柏拉图b．夸美纽斯 c．赫尔巴特 d．斯宾塞 6．近代德国著名的心理学家和教育学家_______________，在世 界教育学史上被认为是“现代教育学之父”或“科学教育学的奠基人”。 a．卢梭b．斯宾塞 c．赫尔巴特 d．夸美纽斯 7．古代西方最早的教育专著是_______________ a.柏拉图的《理想国》 b.夸美纽斯的《大教学论》 c.昆体良的《雄辩 术原理》
一、单项选择题：1-45 小题，每小题2 分，共90 分。在每小题给出的四个选项中，请选出一项最符合题目要求的。1．战国后期，我国出现的具有世界影响的教育文献是（）。 A．《大学》B．《中庸》C．《孟子》D．《学记》 2 ．在世界教育学史上被称为是“现代教育学之父”或“科学教育学的莫基人”的人是（）。 A ．夸美纽斯 B ．赫尔巴特 C ．杜威 D ．拉伊 3 ．教育的心理起源说的代表人物是（）。 A ．勒图尔诺 B ．沛西·能 C ．孟禄 D ．达尔文 4 . “科教兴国”思想的理论基础是（）。 A ．邓小平关于建设有中国特色社会主义的思想 B ．邓小平关于科学技术是第一生产力的思想 C ．江泽民三个代表的思想 D ．胡锦涛建设社会主义和谐社会的思想 5 ．许多西方学者把运用教育的力量培养青年一代具有某种政治意识形态的过程称之为( ）过程。 A ．政治社会化 B ．学术社会化 C ．社会学术化 D ．社会政治化 6 ．当国家竞争加剧，强调各方面尤其是科技实力时，就会强调教育质量，反映在教育目的上，就是强调培养国家精神和（) o A ．文雅教育 B ．英才教育 C ．教育平等化 D ．价值多元化 7 ．现代学制中，双轨学制以（）为典型。 A ．欧洲国家 B ．美国 C ．前苏联 D ．中国 8 . ( ）改革的最终目的在于：通过教育制度内部权力与资源的重新调整和优化配呈，来提高教育的效益以及教育适应变革的能力。 A ．《国务院关于基础教育改革与发展的决定》 B ．《中共中央关于教育体制改革的决定》 C ．《中国教育改革和发展纲要》 D ．《中共中央、国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》 9 ．课程可被划分为国家课程、地方课程和学校课程，这是从（）角度来对课程进行划分的。 A ．学生对课程选择的自由度 B ．课程的存在形式 C ．课程的组织核心 D ．课程管理制度 10 ．教学是（）。 A ．学生学的活动 B ．教师指导下学生学的活动 C ．教师教的活动 D ．教师教和学生学的统一活动
《机械工程控制基础》习题答案 （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。 答：开环系统是指系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。其特点是结构简单，比较经济，但系统静特性差，控制精度不高，抗干扰能力差。 闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。其特点是结构复杂，但是控制精度高，动态性能好，抗干扰能力强。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 生活中闭环和开环控制的例子很多，比如汽车空调的温度控制，低端用手动开环控制，这种控制精度不高，而好一点的都用自动闭环控制，闭环控制更加节省能源，精度高，增加用户的舒适度（通过调节温度风门实现）。又比如冷库温度控制，一般都是闭环PID，也比较容易实现，温度控制比较稳定，也就是制冷机组的控制，电加热器功率调节，如用开环控制则很明显温度调节不准，标定移植都不便。 （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。 答：工程中常用的数学模型有微分方程、传递函数、动态结构图和信号流图等。微分方程是指系统中输入量和输出量以及它们各阶导数关系的数学表达式，传递函数是指在零初始条件下，具有线性特征的系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。 下面推导一下动力滑台铣平面的数学模型。 a）动力滑台铣平面b）系统力学模型 系统输出量为)(t x，输入量为) f，根据力学相关规律推导出系统微分方程 (t
机械工程控制基础知识点 ●控制论的中心思想：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。 机械工程控制论：是研究机械工程技术为对象的控制论问题。（研究系统及其输入输出三者的动态关系）。 机械控制工程主要研究并解决的问题：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出金肯符合给定的最佳要求，此即●最优设计。（4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。 ●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/转换：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递。 信息的反馈：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（或相位相差180度）则称之为“负反馈”；如果方向或相位相同，则称之为“正反馈”。 ●系统：是指完成一定任务的一些部件的组合。 控制系统：是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。 开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的。闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。
教育学基础试题 一、选择题 1、在西方教育史上，被认为史现代教育代言人的是（ D ） A．赫尔巴特B．卢梭 C．洛克 D．杜威 2、人力资本理论说明了（ A ） A．教育对经济发展的促进作用 B．经济发展水平对教育的制约作用 C．政治对教育的制约作用 D．教育对科学技术的促进作用 3、人的身心发展的年龄特征表明了个体的发展具有（ B ） A．顺序性 B．阶段性 C．不平衡性 D．差异性 4、“理想和未来”是人生哪个阶段的重要特征（ C ） A．童年期 B．少年期 C．青年期 D．成年期 5、马克思指出的实现人的全面发展的唯一方法是（D ） A．理论联系实际 B．教育与社会实践结合 C．知识分之与工农相结合 D．教育与生产劳动相结合 6、编写教科书的直接依据和国家衡量各科教学的主要标准是（ B ） A．课程 B．课程标准 C．课程计划 D．课程目标 7、我国义务教育阶段的课程计划应该具有三个特征是（D ） A．强制性，基础性，科学性 B．强制性，普遍性，科学性 C．科学性，普遍性，基础性 D．强制性，普遍性，基础性 8、《学记》中的“道而弗牵，强而弗抑，开而弗达”，所阐明的教学原则是（ C ）A．循序渐进原则 B．直观性原则 C．启发性原则 D．因材施教原则 9、教师通过展示实物、直观教具、进行示范实验，指导学生获取知识的方法，是（ B） A．练习法 B．演示法 C．实验法 D．发现法 10、打乱传统的按年龄编班的做法，而按学生的能力或学习成绩编班，这是（A ）A．外部分组 B．内部分组 C．设计教学法 D．道尔顿制 11、结构化策略和问题化策略属于教学策略中的（ A ） A．内容型策略 B．形式型策略 C．方法型策略 D．综合型策略 12、德育过程结构的构成要素是（ C ） A．教育者，受教育者 B．教育者，受教育者，教育内容 C．教育者，受教育者，教育内容，德育方法 D．教育者，受教育者，德育环境13、“学会关心”是下列哪些德育模式所强调的（ B ） A．认知模式 B．体谅模式 C．价值澄清模式 D．社会模仿模式 14、把对集体的管理和对个别的管理结合起来的班级管理方式是（C ） A．常规管理 B．目标管理 C．平行管理 D．民主管理 15、班主任工作的中心环节是（ B ） A．了解和研究学生 B．组织和培养班集体 C．做好个别学生的教育工作 D．统一多方面的教育力量 三、判断题 1、当代教育的发展中，学历教育和非学历教育的界限逐渐淡化。（）
一. 填空题(每小题2.5分，共25分) 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 和 。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 和 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 、 等。 4． 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统 的程度。 5． 一阶系统 1 1 Ts 的单位阶跃响应的表达是 。 6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 。 7． 频率响应是线性定常系统对 输入的稳态响应。 8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与 的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的 。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 。 二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分） 炉温控制系统 图1 炉温控制结构图 试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。 三、如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分） 图2 R u 0 u i L C u 0 u i (a) (b) (c)
四、求拉氏变换与反变换(10分) 1．求[0.5]t te - l（5分） 2．求1 3 [] (1)(2) s s s - ++ l（5分） 五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分）
图3
六、图4示机械系统由质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度K 和外力)(t f 组成的机械动力系统。图4(a)中)(t x o 是输出位移。当外力)(t f 施加3牛顿阶跃力后(恒速信号)，记录仪上记录质量m 物体的时间响应曲线如图4（b ）所示。试求： 1）该系统的微分方程数学模型和传递函数；(5分) 2）该系统的自由频率n ω、阻尼比ξ；(2分) 3）该系统的弹簧刚度质量m 、阻尼系数C 、弹簧刚度k ；（3分） 4）时间响应性能指标：上升时间s t 、调整时间r t 、稳态误差ss e （5分）。 1.0 x 0 图4(a) 机械系统 图4（b ）响应曲线 图4
机械工程控制基础课程教学大纲 一、课程名称 机械工程控制基础Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering 学时：40 二、授课对象 机械类各专业 三、先修课程 复变函数、积分变换 四、课程的性质、目标与任务 本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。它是控制论为理论基础，以机械工程系统为研究对象的广义系统动力学；同时，它又是一种方法论。学习本课程的目的在于使学生能以动力学的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。 五、课程的基本要求 1．对于建立机电系统的数学模型，有关数学工具（如Laplace变换等）的应用，传递函数与方框图的求取、简化与演算等，应有清楚的基本概念并能熟练掌握。 2．对于典型系统的时域和频域特性，应有清楚的基本概念并能熟练掌握。 3．掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据。 4．对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常用方法。 5．了解线性离散系统和非线性系统的基本概念和基本的分析方法。 6．对系统辩识问题应建立基本概念。 六、教学内容与学时分配 授课学时为40学时，实验8学时；复习、做习题、写实验报告等课外学时为50学时以上。
一、选择或填空 1、世界上最早的一部教育专著是《学记》。p22 2、社会发展与教育是相互作用的，其关系概括为制约与促进。 社会发展对教育具有制约作用，如生产力制约教育内容、结构的变化，决定了教育发展的速度和规模，影响教育目标的制定，影响着教学组织形式、教学方法和教学手段的变革；政治经济制度决定教育的性质和目的，教育的领导权和受教育权；文化影响教育的……；科技为教育的发展提供……。反过来教育又促进生产力的发展，为政治经济制度服务，对文化和科技的进步也产生巨大的促进作用。（自己复习：文化对教育的影响；科技对教育的影响；教育的政治功能、经济功能、文化功能、与科技的关系） P34—p42 3、人们常说的“聪明早慧”或“大器晚成”是指个体身心发展的个别差异性。p46 附加：有的人在某些方面“聪明早慧”，却在另一些方面“大器晚成”是指个体身心发展的不均衡性。 4、培根首次在科学分类中将教育学作为一门单独的学科划分出来。P26 夸美纽斯《大教学论》标志着教育学独立体系的形成。 赫尔巴特《普通教育学》被公认为是第一部具有科学形态的教育学著作，标志着教育学开始成为一门独立的学科。
康德首次将教育学列入大学课程。 5、教育目的的社会本位论的代表人物是法国的社会学家迪尔凯姆、德国的教育学家凯兴斯泰纳和哲学家纳托尔普。p64 (自己复习：个人本位论、教育无目的论的代表人物及观点) 6、校园文化是影响学生发展的因素之一，在课程类型上，它属于隐性课程(潜在课程)。p143 (自己复习：隐性课程的范围) 7、格塞尔的“同卵双生子爬梯实验”充分说明了遗传素质的生理成熟程度是教育的重要条件。P47 (自己复习：遗传决定论、环境决定论、教育万能论的代表人物和经典例证；影响人身心发展的其他因素、及每种因素对人的发展所起的作用) 8、教学过程的主体是教师和学生。p180 (自己复习：教学过程的条件性和过程性要素) 9、课程的特点在于动手“做”，在于手脑并用，以获得直接经验，这种课程类型属于活动课程（经验课程）。p142 (自己复习：课程的其他几种类型，及每种类型的分类标准、含义和优缺点) 10、在人文教育与科学教育的关系问题上，应坚持的是坚持人文教育与科学教育携手并进。(两者相互协调与补充)。11、在教学过程中，素质教育强调的是“发现”知识,而不是简单地获得结果。
Mavis [“了解时控甜岳抚的建申要求. 二、本章重点 门》学台茁峙息论的魂贞分崭：恳蛭帕动蕊特ft,洁息克》理聯倩J&庚槪的含止最幷件用. 律）草1815制泵規的赴本槪忠、基專虫呈.慕半如城特工怖厲理1迪制控钢系筑戶框擠》三，忒拿难点 ri^W.M^Jg.&^.SUMSESf 方if 團的检谢. M I I麼也娱木卷如l￡H讯h 1, B JJW示.旳了砾特搭申的jS!f .由戏控开衆苗週迪斷开唯加聽！S的电BL住隹川疾水耐*水報屮我岀緘水井帶克律水、.试说鹏该杀境工作原現非程出杲炕的力雀Hi. M 在电奧木理募貌中，水黠内的朮ifl需晏捋 欝?即木艳为矮桂对聚.水的耳薛S9UW 或用:为乐 蛻的監出址，股为丁‘*「（?" 辑人“.rtf P希斓的注 蘆i給定価、“扳为7/C）r±f 卑品因甫惶水繪内*迫下泮fit肖號康垛的丄！！丁 扰, 屿于」9） = 7\〔亡｝砒.壮轴的实环水迫境滞迫 元伴惟楷，舁捋实聒比ill轴牝感相康的it 慣号，与S1 艳开吴代先議定的倩号港行比牧而谒刖的債弄为#, 此时电加無胃不工作，忒轲中茁朮悅煤舟11需！^的退揮J jf!f使用热水井注人冷术廿，朮曲下斤，此肘^■JCKT.C C），*! 慎24*內平面旅事揑开柴工什.于用电SF.|t：?，电抑热器厅的农水珂内的4（进打加姑”使朮迅上札直科7*.CVV-7V CKOJ1E. IUR倒I, I.to所示. 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4.实验教育学:就是19世纪末20世纪初在欧美一些国家兴起得用自然科学得实验法研究儿童发展及其与教育得关系得理论,代表人物就是德国教育学家梅伊曼与拉伊。实验教育学提倡把实验心理学得研究成果与方法运用于教育研究,使教育研究真正“科学化”。 二、选择题 1、教育得心理起源说得代表人物就是:( C ) A、勒图尔诺 B、沛西·能 C、孟禄 D、康德 2、我国古代最早也就是世界最早得成体系得古代教育学作品就是:( C ) A、《论语》 B、《大学》 C、《学记》 D、《孟子》 3、杜威就是以下哪一教育学派得代表人物:( D ) A、实验教育学 B、文化教育学 C、批判教育学 D、实用主义教育学 4、提出“使人类教育心理学化”口号得教育家就是:( B ) A、柏拉图 B、赫尔巴特 C、卢梭 D、洛克 三、辨析题(错误得请改正) １、近代第一本教育学著作就是赫尔巴特得《普通教育学》。 错误。近代第一本教育学著作就是夸美纽斯得《大教学论》。 ２、教育生物起源说得代表人物就是勒图尔诺与沛西·能。 正确。 ３、教育就就是个体得学习或发展过程。 错误。教育就是在一定社会背景下发生得促使个体得社会化与社会得个性化得实践活动,单纯地说教育就是个体得学习或发展过程就忽视了社会因素在教育活动中得巨大影响。 ４、非制度化得教育与制度化得教育形态就是按照教育系统所赖以运行得场所或空间标准进行划分得。 错误。非制度化得教育与制度化得教育形态就是按照教育系统自身得标准进行划分得。 ５、农业社会得教育就就是农业教育。 错误。农业社会得教育就是指基本得教育形态之一,而农业教育就是指一种专门得教育类型。 四、简答题 1、试分析“教育”与“灌输”、“养育”之间得异同。 参考答案要点: 教育就是个体得社会化与社会得个性化相耦合得过程,既要把个体培养成为符合社会发展需要得人,又要把社会得观念、制度与行为方式内化到各不相同得个体身上。而“灌输”则就是片面地强调个体社会化得一面,强调个体发展需要与社会发展需要无条件得一致,忽视个性心理特征与个性培养,机械地灌输不就是“教育”。教育强调活动得“动力性”,即教育活动要对个体社会化与社会个性化起到“促进”、“加速”得作用;而日常家庭生活中得“抚养”、“养育”就是在自然状态下发生得,在个体与社会得关系方面起不到“引导”、“促进”与“加 第一章绪论 1、控制论的中心思想、三要素和研究对象。 中心思想：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 三要素：信息、反馈与控制。 研究对象：研究控制系统及其输入、输出三者之间的动态关系。 2、反馈、偏差及反馈控制原理。 反馈：系统的输出信号部分或全部地返回到输入端并共同作用于系统的过程称为反馈。 偏差：输出信号与反馈信号之差。 反馈控制原理：检测偏差，并纠正偏差的原理。 3、反馈控制系统的基本组成。 控制部分：给定环节、比较环节、放大运算环节、执行环节、反馈（测量）环节 被控对象 基本变量：被控制量、给定量（希望值）、控制量、扰动量（干扰） 4、控制系统的分类 1）按反馈的情况分类 a、开环控制系统：当系统的输出量对系统没有控制作用，即系统没有反馈回路时，该系 统称开环控制系统。 特点：结构简单，不存在稳定性问题，抗干扰性能差，控制精度低。 b、闭环控制系统：当系统的输出量对系统有控制作用时，即系统存在反馈回路时，该系 统称闭环控制系统。 特点：抗干扰性能强，控制精度高，存在稳定性问题，设计和构建较困难，成本高。 2）按输出的变化规律分类 自动调节系统 随动系统 程序控制系统 3）其他分类 线性控制系统连续控制系统 非线性控制系统离散控制系统 5、对控制系统的基本要求 1）系统的稳定性：首要条件 是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。 2）系统响应的快速性 是指当系统输出量与给定的输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的能力。 3）系统响应的准确性（静态精度） 是指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差大小。 第二章系统的数学模型 1、系统的数学模型：描述系统、输入、输出三者之间动态关系的数学表达式。 时域的数学模型：微分方程；时域描述输入、输出之间的关系。→单位脉冲响应函数复数域的数学模型：传递函数；复数域描述输入、输出之间的关系。 频域的数学模型：频率特性；频域描述输入、输出之间的关系。 2、线性系统与非线性系统 线性系统：可以用线性方程描述的系统。 重要特性是具有叠加原理。 3、系统微分方程的列写 4、非线性系统的线性化 5、传递函数的概念： 1）定义：初始状态为零时，输出的拉式变换与输入的拉氏变换之比。即 G(s) =Y(s)/X(s) 2）特点： （a）传递函数反映系统固有特性，与外界无关。 （b）传递函数的量纲取决于输入输出的性质，同性质的物理量无量纲；不同性质的物理量有量纲，为两者的比值。 （c）不同的物理系统可以有相似的传递函数，传递函数不反映系统的真实的物理结构。（d）传递函数的分母为系统的特征多项式，令分母等于零为系统的特征方程，其解为特征根。 （e）传递函数与单位脉冲响应函数互为拉氏变换与拉氏反变换的关系。 《机械工程控制基础》试卷（A 卷） 一、填空题（每空1分，共20分） 1、对控制系统的基本要求是 系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 。 2、已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 1/s 2+1/s 或者（1+s ）/s 2 。 3、二阶系统的极点分别为s 1=?0.5,s 2=?4，系统增益为2，则其传递函数G(S)= 2/(s+0.5)(s+_4) 4、零频幅值A(0)表示当频率ω接近于零时，闭 环系统输出的幅值与输入幅值之比。 5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题，机械工程控制就是研究系统、输入、输出三者之间的动态关系。 6、系统的频率特性求取有三种方法：根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s 换为 jw 来求取。 8、微分环节的控制作用主要有 使输出提前 、 增加系统的阻尼 、 强化噪声 。 9、二阶系统的传递函数为2 22 2)(n n n s s s G ωξωω++=，其中n ω为系统的 无阻尼固有频率 ，当10<<ξ时为 欠阻尼 系统。在阻尼比ξ<0.707时，幅频特性出现峰值，称谐振峰值，此时 的频率称谐振频率ωr ＝221ξω-n 。 10、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为相似系统。 11、对自动控制系统按照输出变化规律分为自动调节系统、随动系统、程序控制系统。 12、对积分环节而言，其相频特性∠G(jw)=-900。 二、名词解释（每个4分，共20分） 1、闭环系统：当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时，称之为闭环系统。 2、系统稳定性：指系统在干扰作用下偏离平衡位置，当干扰撤除后，系统自动回到平衡位置的能力。 3、频率特性：对于线性定常系统，若输入为谐波信号，那么稳态输出一定是同频率的谐波信号，输出输入的幅值之比及输出输入相位之差统称为频率特性。 4、传递函数：在外界作用系统前，输入、输出的初始条件为零时，线性定常系统、环节或元件的输出x 0(t)的Laplace 变换X 0(S)与输入x i (t)的Laplace 变换X i (S)之比，称为该系统、环节或元件的传递函数G(S) 5、系统：由相互联系、相互作用的若干部分构成，而且有一定的目的或一定运动规律的一个整体，称为系统。 三、 分析题（每题6分，共12分） 1、分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。（要求绘出原理方框图） 分析人骑自行车的过程中，如何利用信息的传输，并利用信息的反馈，以达到自行车平衡的。 解：人骑自行车时，总是希望具有一定的理想状态（比如速度、方向、安全等），人脑根据这个理想状态指挥四肢动作，使自行车按预定的状态运动，此时，路面的状况等因素会对自行车的实际状态产生影响，使自行车偏离理想状态，人的感觉器官感觉自行车的状态，并将此信息返回到大脑，大脑根据实际状态与理想状态的偏差调整四肢动作，如此循环往复。其信息流动与反馈过程可用下图表示。 2、 C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,分别以C(S),Y(S)为输出的闭环传递函数；(3)比较以上各传递函数的分母,从中可以得出什么结论。 (1)以R(S)为输入,当N(S)＝0时,C(S) ,Y(S)为输出的闭环传递函数； (2)以N(S)为输入,当R(S)＝0时,以C(S)为输出的闭环传递函数； 从上可知：对于同一个闭环系统，当输入的取法不同时，前向通道的传递函数不同，反馈回路的传递函数不同，系统的传递函数也不同，但系统的传递函数分母不变，这是因为分母反映了系统固有特性，而与外界无关。 四、计算题（每题10分，共30分） 1、求图所示两系统的传递函数,其中x i (t)、u i 为输入，x o (t)、u o 为输出 。(写出具体过程) 专业班级： 姓名： 学号： …………………………密………………………………封………………………………线………………………… )()()(1) ()()()()(2121s H s G s G s G s G s R s C s G C +==) ()()(1)()()()(211s H s G s G s G s R s Y s G Y 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（3）教育影响教育影响即教育活动中教育者作用于学习者的全部信息，既包括了信息的内容，也包括了信息选择、传递和反馈的形式，是形式与内容的统一。从内容上说，主要是教育内容、教育材料或教科书；从形式上说，主要是教育手段、教育方法、教育组织形式。教育者、受教育者和教育影响这三个要素之间既相互独立，又相互规定，共同构成一个完整的实践活动系统，缺一不可。教育是三个基本要素构成的一种社会实践活动系统，是上述三个基本要素的有机结合。 机械控制工程基础 一、填空题 1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用 叠加 原理，而非线性控制系统则不能。 2．反馈控制系统是根据输入量和 反馈量 的偏差进行调节的控制系统。 3. 根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为__开环_控制系统、_闭环__控制系统。 4. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为 恒值 控制系统、 随动 控制系统和 程序控制系统。 5. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。 6. 根据控制系统元件的特性，控制系统可分为__线性__ 控制系统、 非线性_控制系统。 7. 线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用 线性微分 方程来描述。 8. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、 快速性 和准确性。 9. 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数等。 10. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 11. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于 系统本身的结构和参数 ，并且只适于零初始条件下的 线性定常 系统。 12. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终稳定状态的响应过程。 13. 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。 14. 单位斜坡函数t 的拉氏变换为 2 1 s 。 15. 单位阶跃信号的拉氏变换是 1/s 。 16．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差e ss = ∞ 。 17. I 型系统G s K s s ()() =+2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态 误差为 ∞ 。 18. 一阶系统11 Ts +的单位阶跃响应的表达是T t e --1。 西南大学培训与继续教育学院课程考试试题卷 学期：2020年春季 课程名称【编号】： 机械工程控制基础 【0933】 A 卷 考试类别:大作业 满分：100 分 一、简答题（本大题共2小题，必做，每小题10分，共20分） 1. 线性定常系统时间响应的性质是什么？ 答：系统时域响应通常由稳态分量和瞬态分量共同组成，前者反映系统的稳态特性，后者反映系统的动态特性。线性定常系统对输入信号微分的响应等于系统对该输入信号响应的微分，线性定常系统对输入信号积分的响应等于系统对该输入信号响应的积分。 2. 影响系统稳态误差的因素有哪些？ 答：①原理性误差为了跟踪输出量的期望值和由于外扰动作用的存在，控制系统在原理上必然存在的一类稳态误差。当原理性稳态误差为零时，控制系统称为无静差系统，否则称为有静差系统。原理性稳态误差能否消除，取决于系统的组成中是否包含积分环节（见控制系统的典型环节）。 ②实际性误差系统的组成部件中的不完善因素（如摩擦、间隙、不灵敏区等）所造成的稳态误差。这种误差是不可能完全消除的，只能通过选用高精度的部件，提高系统的增益值等途径减小。 二、计算题（本大题共6小题，其中第1、2小题必做，第3、4小题任意选做1题，第5、6小题任意选做1题，共计做4小题，每小题20分，共80分） 1. 某单位反馈的位置控制系统，其开环传递函数为()() 14 +=s s s G ，试求 （1）该系统的特征参量n ω和ξ； （2）系统的最大超调量p M 、上升时间r t 、峰值时间p t 、调整时间s t 。 2.某开环控制系统的传递函数为()() 1 0025.020025.050 2 2++= s s s s G ξ，分别求控制信号为()1=t r ，()t t r =，()25.0t t r =的稳态误差ss e 。《教育学基础》课后习题答案解析
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