自动控制理论基础 机械工业出版社 习题解答
自动控制原理课后习题与答案
目录1自动控制系统的基本概念1.1内容提要1.2习题与解答2自动控制系统的数学模型2.1内容提要2.2习题与解答3自动控制系统的时域分析3.1内容提要3.2习颗与他答4根轨迹法4.1内容提要4.2习题与解答5频率法5.1内容提要5.2习题与解答6控制系统的校正及综合6.1内容提要6.2习题与解答7非线性系统分析7.1内容提要7.2习题与解答8线性离散系统的理论基础8.1内容提要8.2习题与解答9状态空间法9.1内容提要9.2习题与解答附录拉普拉斯变换参考文献1自动控制系统的基本概念1. 1内容提要基本术语：反馈量，扰动量，输人量，输出量，被控对象；基本结构：开环，闭环，复合；基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动；基本要求：暂态，稳态，稳定性。
本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、输人量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。
1.2习题与解答题1-1图P1-1所示，为一直流发电机电压白动控制系统示意图。
图中，1为发电机；2为减速器；3为执行电机；4为比例放大器；5为可调电位器。
(1)该系统有哪些环节组成，各起什么作用” (2)绘出系统的框图，说明当 负载电流变化时，系统如何保持发 电机的电压恒定 (3)该系统是有差系统还是无 差系统。
(4)系统中有哪些可能的扰动， 答(1)该系统由给定环节、比较环节、中间环节、执行结构、检测环节、 发电机等环节组成。
给定环节:电压源0U 。
用来设定直流发电机电压的给定值。
比较环节:本系统所实现的被控量与给定量进行比较，是通过给定电 压与反馈电压反极性相接加到比例放大器上实现的中间环节:比例放大器。
它的作用是将偏差信号放大，使其足以带动 执行机构工作。
该环节又称为放大环节执行机构:该环节由执行电机、减速器和可调电位器构成。
该环节的 作用是通过改变发电机励磁回路的电阻值，改变发电机的磁场，调节发 电机的输出电压被控对象:发电机。
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《自动控制理论》作业集参考答案(专本科函授)第一部分.
此为第一部分如合适，请再下第二部分1-6解 控制系统的任务是使摄像机自动跟踪光点显示器指示的方向。
当摄像机方向角与光点显示器指示的方向一致时，12θθ=，自整角机输出0=e ，交流放大器输出电压0=u ，电动机静止，摄像机保持原来的协调方向。
当光点显示器转过一个角度，12θθ≠时，自整角机输出与失谐角21θθθ-=∆成比例的电压信号（其大小、极性反映了失谐角的幅值和方向），经电位器后变成e ，经放大器放大后驱动伺服电动机旋转，并通过减速器带动摄像机跟踪光点显示器的指向，使偏差减小，直到摄像机与光点显示器指向重新达到一致时为止。
测速发电机测量电动机转速，进行速度反馈，用以改善系统性能。
系统中，摄像机是被控对象，摄像机的方向角2θ是被控量，给定量是光点显示器指示的方向角1θ。
系统方框图如图解1-6所示。
参 考 答 案第一章1-1解 （1）负反馈连接方式为：d a ↔，c b ↔； （2）系统方框图如图解1-1 所示。
1-3解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。
炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。
f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。
在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。
此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。
这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程：控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。
“自动控制理论”资料文集
“自动控制理论”资料文集目录一、《自动控制理论》全套参考答案二、自动控制理论发展综述三、自动控制理论_智能控制理论四、浅谈自动控制理论的发展及其应用五、自动控制理论发展及其应用探索六、基于自动控制理论的课程思政探索《自动控制理论》全套参考答案《自动控制理论》是自动化专业的一门重要课程，主要介绍自动控制系统的基础理论和设计方法。
通过这门课程的学习，学生可以了解自动控制系统的基本原理、分析和设计方法，为后续的专业课程和实践应用打下基础。
本文将提供《自动控制理论》全套参考答案，以帮助读者更好地理解和掌握课程内容。
答：自动控制系统是指通过一定的控制装置，使被控对象按照设定的规律进行工作的一种系统。
答：自动控制系统主要由控制器、被控对象、执行器、传感器等组成。
答：开环控制系统是指系统中没有反馈环节，输入信号直接作用于输出，没有反馈调节的控制系统；闭环控制系统是指系统中存在反馈环节，输出信号通过反馈回路作用于输入，具有反馈调节的控制系统。
答：控制系统的数学模型是描述系统输入、输出及内部变量之间关系的数学表达式。
答：控制系统的常用数学模型有微分方程、传递函数、频率响应等。
答：建立控制系统的数学模型需要根据系统的实际结构和动态特性，通过分析系统的输入输出关系、内部变量之间的关系，得到描述系统行为的数学表达式。
答：控制系统的性能指标是指评价系统性能优劣的定量指标，如稳定性、快速性、准确性等。
答：分析控制系统的性能需要根据系统的数学模型，通过计算性能指标，如稳定裕度、穿越频率、调节时间等，来评价系统的性能。
同时，还需要进行仿真分析和实验验证。
答：改善控制系统的性能需要根据性能指标的分析结果，通过调整控制器参数、改变系统结构等方式来优化系统性能。
同时，还需要考虑系统的实际应用需求和约束条件。
答：PID控制器是一种常用的控制器，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
答：设计PID控制器需要根据被控对象的特性和性能指标要求，通过调整比例、积分和微分三个环节的参数来设计合适的控制器。
自动控制理论课后习题答案(上)
《自动控制理论 第2版》习题参考答案第二章2-(a)()()1121211212212122112+++⋅+=+++=CS R R R R CS R R R R R R CS R R R CS R R s U s U (b) ()()1)(12221112212121++++=s C R C R C R s C C R R s U s U 2-2 (a)()()RCs RCs s U s U 112+= (b) ()()141112+⋅-=Cs R R R s U s U (c) ()()⎪⎭⎫⎝⎛+-=141112Cs R R R s U s U2-3 设激磁磁通ff i K =φ恒定()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++=Θφφπφm e a a a a m a C C f R s J R f L Js L s C s U s 2602 2-4()()()φφφπφm A m e a a a a m A C K s C C f R i s J R f L i Js iL C K s R s C +⎪⎭⎫⎝⎛++++=260232-5 ()2.0084.01019.23-=⨯--d du i2-8 (a)()()()()3113211G H G G G G s R s C +++=(b)()()()()()31243212143211H G H G G G H G G G G G G s R s C +++++=2-9 框图化简中间结果如图A-2-1所示。
图A-2-1 题2-9框图化简中间结果()()()()52.042.018.17.09.042.07.023++++++=s k s k s s s R s C 2-10()()4232121123211G H G G H G G H G G G G s R s C ++-+=2-11 系统信号流程图如图A-2-2所示。
图A-2-2 题2-11系统信号流程图()()()()2154214212654212215421421321111H H G G G G G G G H G G G G G s R s C H H G G G G G G G G G G s R s C -++=-++=2-12 (a)()()()adgi abcdi agdef abcdef cdhs R s C +++-=11(b) ()()()1221211222112++++=s C R C R C R s C R C R R s R s C2-13 由选加原理,可得()()()()()()[]s D H G G s D G s D G s R G G G H G H s C3121221221221111--+++=第三章3-1 分三种情况讨论 (a) 当1>ζ时()()()()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+----+-=-+-=---=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⎪⎭⎫ ⎝⎛---221221222211112121,122ζζζζωζωζωζζωζζωζζωζζt t n n nn n n e e t t c s s (b) 当10<<ζ时()()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----+-=---+---=-+-=---=---22222222222121121sin 1121sin 1211cos 221,1ζζζωζωζωζωζωζζωζωζωζωζζωζζζωζωζωarctg t et t e t et t c j s j s n tnnn t nn tnnn n n n n(c) 当1=ζ时设系统为单位反馈系统,有()()()()()2222nn n rs s s s R s c s R s E ωζωζω+++=-=系统对单位斜坡输入的稳态误差为 ()nn n n s srs s s s s s im e ωζωζωζω22212220=+++⋅⋅=→3-2 (1) 0,0,50===a v pK K K (2) 0,,==∞=a v p K K K K(3) 10,,K K K K a v p=∞=∞= (4) 0,200,==∞=a v p K K K K 3-3 首先求系统的给定误差传递函数()101.0)11.0()(11)()(2+++=+==Φs s s s s G s R s E s e误差系数可求得如下()()()0)101.0()12.0(20)101.0(2lim lim 1.0)101.0()12.0(10lim lim 0101.0)11.0(lim lim 322202202220012000=+++-++=Φ==+++=Φ==+++=Φ=→→→→→→s s s s s s ds d C s s s s ds d C s s s s s C s e s s es s e s(1) 0)(R t r =，此时有0)()(,)(0===t r t r R t r s s s ，于是稳态误差级数为()0)(0==t r C t e s sr ，0≥t (2) t R R t r 10)(+=，此时有0)(,)(,)(110==+=t r R t r t R R t r s s s ，于是稳态误差级数为()1101.0)()(R t rC t r C t e s s sr =+= ，0≥t ()⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=-=-t et t c s ntnnn n 21222,1ωωωωω(3) 221021)(t R t R R t r ++=，此时有t R R t rt R t R R t r s s 212210)(,21)(+=++= ，2)(R t r s = ，于是稳态误差级数为 ())(1.0)(!2)()(21210t R R t r C t rC t r C t e s s s sr +=++= ，0≥t 3-4 首先求系统的给定误差传递函数()5001.0)11.0()(11)()(2+++=+==Φs s s s s G s R s E s e误差系数可求得如下()()()232220220222001200050098)5001.0()12.0(1000)5001.0(100lim lim 5001)5001.0()12.0(500lim lim 05001.0)11.0(lim lim =+++-++=Φ==+++=Φ==+++=Φ=→→→→→→s s s s s s ds d C s s s s ds d C s s s s s C s e s s es s e stt r t t rt t r s s s 5sin 25)(5cos 5)(5sin )(-===稳态误差级数为()[][][]tt tC t C C t e sr 5cos 1015sin 109.45cos 55sin 25224120 -⨯++⨯=-⨯+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-=- 3-6 系统在单位斜坡输入下的稳态误差为 nsr e ωζ2=加入比例—微分环节后()()()()[]()()()()()()()()()()()()()()()nns sr nn nnnnna s sE im e s s R s R s s sa s s C s R s E s R s s as s R s G s G as s C s G s C as s R s C ωωζωζωωωζωζωω-===++-+=-=+++=++=-+=→21222111102222222可见取na ωζ2=，可使0=sre3-7 588.19,598.0==n ωζ3-8 ()()6442++=s s s s G3-9 按照条件（2）可写出系统的特征方程2)22()2())(22())(1)(1(232=+++++=+++=+++-+a s a s a s a s s s a s j s j s将上式与0)(1=+s G 比较，可得系统的开环传递函数[])22()2(2)(2a s a s s as G ++++=根据条件（1），可得aa e K sr v 2225.01+===解得1=a，于是由系统的开环传递函数为[]432)(2++=s s s s G3-10()()()())5.0,/1(,%28%,3.162)24.0,/12.2(,%299.7%,6.461========ζωζωs rad s t Ms rad s t M n s pn s p ()s ts153=)25.1,/4.0(,==ζωs rad n ，过阻尼系统，无超调。
自动控制理论基础24(第7章(2))
6
二、自激振荡的稳定性
1、稳定极限环与不稳定极限环 如果在复平面上，-1/N(X)曲线 与 G( j)曲线 相交，则非线性系统的输出可能出现持续振 荡，即极限环。极限环有稳定极限环和不稳 定极限环之分。
例如图示非线性系统：
a点是稳定的自激振荡工 作点，而b点是不稳定的 自激振荡工作点。
Im
线性系统部分为：
X
A
Re
G( j)
K
1 0
j( j2 1)( j 1)
0
15
可由 ImG( j) 0 或 G( j) 解出二
曲线交点所对应的 值，然后将此 代
入 Re G( j) , 或者代入 G( j) ,并令其 等 于-1/N(X),即可解出X。
2
sin
1
1 X
1 X
2
《自动控制理论基础》
第二十四讲
1
7-4 用描述函数法分析非线性系统
一、奈氏稳定判据的应用
非线性系统的典型结构如图所示：
R(s) X N(X ) Y
G(s)
C(s)
由于系统的线性部分具有低通滤波器特性，所
以在系统产生自激振荡时，非线性部分产生的
高次谐波被极大的衰减，则描述函数可以作为
一个实变量或复变量的增益来处理。
（3）在复平面作出-1/N(X)和 G( j)的轨迹；
（4）判断系统是否稳定，是否存在极限环； （注意：假设线性部分为最小相位系统）
（5）如果系统存在极限环，进一步分析极限 环的稳定性，确定它的频率和幅值。
2、例题： 13
例1：非线性系统如图所示,试用描述函数法分析 当K=3时系统的稳定性,并求K的临界稳定值。
自动控制原理习题答案详解
自动控制原理习题详解（上册）第一章习题解答1-2日常生活中反馈无处不在。
人的眼、耳、鼻和各种感觉、触觉器官都是起反馈作用的器官。
试以驾车行驶和伸手取物过程为例，说明人的眼、脑在其中所起的反馈和控制作用。
答：在驾车行驶和伸手取物过程的过程中，人眼和人脑的作用分别如同控制系统中的测量反馈装置和控制器。
在车辆在行驶过程中，司机需要观察道路和行人情况的变化，经大脑处理后，不断对驾驶动作进行调整，才能安全地到达目的地。
同样，人在取物的过程中，需要根据观察到的人手和所取物体间相对位置的变化，调整手的动作姿势，最终拿到物体。
可以想象蒙上双眼取物的困难程度，即使物体的方位已知。
1-3水箱水位控制系统的原理图如图1-12所示，图中浮子杠杆机构的设计使得水位达到设定高度时，电位器中间抽头的电压输出为零。
描述图1-12所示水位调节系统的工作原理，指出系统中的被控对象、输出量、执行机构、测量装置、给定装置等。
图1-12水箱水位控制系统原理图答：当实际水位和设定水位不相等时，电位器滑动端的电压不为零，假设实际水位比设定水位低，则电位器滑动端的电压大于零，误差信号大于零（e>0），经功率放大器放大后驱动电动机M旋转，使进水阀门开度加大，当进水量大于出水量时（Q^>Q2），水位开始上升，误差信号逐渐减小，直至实际水位与设定水位相等时，误差信号等于零，电机停止转动，此时，因为阀门开度仍较大，进水量大于出水量，水位会继续上升，导致实际水位比设定水位高，误差信号小于零，使电机反方向旋转，减小进水阀开度。
这样，经反复几次调整后，进水阀开度将被调整在一适当的位置，进水量等于出水量，水位维持在设定值上。
在图1-12所示水位控制系统中，被控对象是水箱，系统输出量水位高，执行机构是功率放大装置、电机和进水阀门，测量装置浮子杠杆机构，给定和比较装置由电位器来完成。
1-4工作台位置液压控制系统如图1-13所示，该系统可以使工作台按照给定电位器设定的规律运动。
《自动控制理论》习题答案详解
C s C s 1i 《自动控制理论》习题答案详解第二章2-11 试求图2- T - 1所示 RC 网络的传递函数。
(a) z 1 = R 1 ⋅ Cs 1 = R 1 ， z = R ，则传递函数为： R Cs + 1 2 2R 1 + Cs1U o (s ) = U i (s ) z 2 z 1 + z 2 =R 1R 2Cs + R 2R 1R 2Cs + R 1 + R 2(b) 设流过C 1 、C 2的电流分别为I 1、 I 2 ，根据电路图列出电压方程：⎧U (s ) = 1I (s ) + R [I (s ) + I (s )]⎪ C 1s ⎨ 1 并且有⎪ U o (s ) = ⎩C 2s I 2(s ) 1C 1sI 1(s ) = (R 2 +1 C 2s )I2 (s ) 联立三式可消去I 1 (s ) 与 I 2 (s ) ，则传递函数为：U o (s ) =U (s )1 C 2s⎛ 1⎫⎛ 1⎫ = R R C Cs 2 + (R C1 + R C + R C)s +1iR 1 + C 1s ⎝ 1 + R 1 ÷ ⎭⎝ 2 + R 2 ÷⎭1 2 1 21 11 22 22-2 2 假设图 2- T - 2 的运算放大器均为理想放大器，试写出u 以i 为输入，u o 为输出的传递函 数。
(a)u i du i du 0 由运算放大器虚短、虚断特性可知： R 对上式进行拉氏变换得到 = -C + C dt dt， u c = u i - u 0 ，故传递函数为U i (s )= -sU RC i(s ) + sU 0 (s ) U 0(s ) =RCs +111 12⎪(b)由运放虚短、虚断特性有：Cdu cU i (s )- u i - u c RCs+ - u c= 0 ，uc+ u 0= 0 ，dt R 2R 2R 2 R 1iU R 0 cU R 0 U 联立两式消去u c 得到CR ⋅ du 0 + 2u + 2 u = 0对该式进行拉氏变换得2R 1 dtRR 1故此传递函数为CR sU 2R 1 (s ) + 2 U R i (s ) +2(s ) = 0 1U 0(s ) = -U i (s ) 4R 1 R (RCs + 4)(c)Cdu c + u c - u 0 + u c = 0 ，且 u i = - uc ，联立两式可消去u 得到 dtR 1 / 2R 1 / 2RR 1 2CR 1 ⋅ du i + 2u 0 + 2u i = 0对该式进行拉氏变换得到2R dt R 1 R故此传递函数为CR 1⋅ sU 2R i (s ) + 2 (s ) + 12 (s ) = 0 R i U 0(s ) = - R 1( R 1Cs + 4)U i (s ) 4R2-3 3 试求图2- T - 3中以电枢电压u a 为输入量，以电动机的转角θ 为输出量的微分方程式和传递函数。
自动控制理论 (刘丁 著) 机械工业出版社 课后答案--习题四
习题41．(a) (b) (c)(d) (e) (f) 2．(1)(2)证明：s j σω=+代入1＋G(s)H(s)=0*()()0s s b k s a +++=*()(())(())0jw jw b k jw a σσσ++++++=*2()()0k a b σσσω+++-=*20k b a ++=消去*k 得：222()a a ab σω++=-所以根轨迹是以(-a,0)的圆。
3．答案：(1)（2）（3）（4）4．答案：（1）分离点： 3.854d =-渐近线25,a a πσϕ=-=±，* 1.37K =，闭环系统稳定的*K 值的范围是*04K <<。
（2）()()()()()()()()()()()()23220.4150.4150.4159261818185221s s s s s s s s s s s ss s s s φ-+-+-+===+++++++++-提示：()*111004D s K =-==1当s 时，由特征方程可得. 5．答案：*K 的范围（0，2）6．7．答案：负反馈：正反馈：8．答案：⋃∞系统无超调的k值范围(0,0.68][23.34,)9. （1）（2）根据K 值可计算出系统的闭环极点为-2和-5。
123102, 5.1s s K s s s -==⇒=-=-+10．11．答案：⑴实轴根轨迹：[]3,2--，[]1,0-；渐近线：1a σ=-，2a πϕ=±；分离点：0.53d =-。
题4－11图⑵主导极点：1,20.7 1.2s j =-± ()0.5ξ=23K = 53K *=。
12．答案：*716K <<渐近线31,,a a πσϕπ=-=±，与虚轴的交点1,2316;0,7K K ωω====， 分离点：1d =-，所以闭环系统稳定的开环增益范围是*716K <<。
13. (1)1189.5p οθ=,分离点3,3s s =-=(舍)(2)509τ≤<14．答案：与虚轴的交点*1;K ω== *K >1系统稳定；*K ξ↑→↑平稳性变好；当*K →∝时，0.707ξ→，()c t 振荡性减小，快速性得以改善。
自动控制理论习题集(含答案)
《自动控制理论》课程习题集一、单选题1.下列不属于自动控制基本方式的是（ B ）。
A．开环控制B．随动控制C．复合控制D．闭环控制2.自动控制系统的（ A ）是系统工作的必要条件。
A．稳定性B．动态特性C．稳态特性D．瞬态特性3.在（ D ）的情况下应尽量采用开环控制系统。
A. 系统的扰动量影响不大B. 系统的扰动量大且无法预计C. 闭环系统不稳定D. 系统的扰动量可以预计并能进行补偿4.系统的其传递函数（ B ）。
A. 与输入信号有关B. 只取决于系统结构和元件的参数C. 闭环系统不稳定D. 系统的扰动量可以预计并能进行补偿5.建立在传递函数概念基础上的是（ C ）。
A. 经典理论B. 控制理论C. 经典控制理论D. 现代控制理论6.构成振荡环节的必要条件是当（ C ）时。
A. ζ=1B. ζ=0C. 0<ζ<1D. 0≤ζ≤17.当（ B ）时，输出C(t)等幅自由振荡，称为无阻尼振荡。
A. ζ=1B. ζ=0C. 0<ζ<1D. 0≤ζ≤18.若二阶系统的阶跃响应曲线无超调达到稳态值，则两个极点位于位于（ D ）。
A. 虚轴正半轴B. 实正半轴C. 虚轴负半轴D. 实轴负半轴9.线性系统稳定的充分必要条件是闭环系统特征方程的所有根都具有（ B ）。
A. 实部为正B. 实部为负C. 虚部为正D. 虚部为负10.下列说法正确的是：系统的开环增益（ B ）。
A. 越大系统的动态特性越好B. 越大系统的稳态特性越好C. 越大系统的阻尼越小D. 越小系统的稳态特性越好11.根轨迹是指开环系统某个参数由0变化到∞，（ D ）在s平面上移动的轨迹。
A. 开环零点B. 开环极点C. 闭环零点D. 闭环极点12.闭环极点若为实数，则位于[s]平面实轴；若为复数，则共轭出现。
所以根轨迹（ A ）。
A. 对称于实轴B. 对称于虚轴C. 位于左半[s]平面D. 位于右半[s]平面１２13. 系统的开环传递函数)4)(2()3)(1()(*0++++=s s s s s K s G ，则全根轨迹的分支数是（ C ）。
自动控制基础学习知识原理期末试题3套及规范标准答案一套
自动控制理论 （A/B 卷 闭卷）一、填空题（每空 1 分，共15分）1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。
2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。
3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。
4、典型二阶系统极点分布如图1所示，则无阻尼自然频率=n ω ，阻尼比=ξ ，该系统的特征方程为 ，该系统的单位阶跃响应曲线为 。
5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+，则该系统的传递函数G(s)为 。
6、根轨迹起始于 ，终止于 。
7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ϕωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 。
8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。
二、选择题（每题 2 分，共20分）1、采用负反馈形式连接后，则 ( )A 、一定能使闭环系统稳定；B 、系统动态性能一定会提高；C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。
2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。
A 、增加开环极点；B 、在积分环节外加单位负反馈；C 、增加开环零点；D 、引入串联超前校正装置。
3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( )A 、稳定；B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升；C 、临界稳定；D 、右半平面闭环极点数2=Z 。
4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( )A 、 型别2<v ；B 、系统不稳定；C 、 输入幅值过大；D 、闭环传递函数中有一个积分环节。
5、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是( )A 、主反馈口符号为“-” ；B 、除r K 外的其他参数变化时；C 、非单位反馈系统；D 、根轨迹方程（标准形式）为1)()(+=s H s G 。
自动控制理论基础第3章_部分题解
K1 –
G (s)
10 G(s) s 1
K 1G ( s ) 1 K 2 G (s)
10 K 1 1 10 K 10 2 1 0 .1 1 10 K 2
K2
10 K 1 s 1 10 K 2
据题意:
求得: K1=10, K2=0.9
10 K 1 1 10 K 2 s 1 1 10 K 2
e ss e ssr e ssn
1 K2 1 K1 K 2
18
K (s 1) 3-21 单位反馈系统的开环传递函数G ( s ) 2 s (Ts 1) 如输入信号为 r (t ) t 2 1(t ) ,试求系统稳态误差 ess 0
时K的取值范围，0为一常数。 解： D( s) Ts 3 s 2 Ks K 0 系统要稳定，则
2 n (s) 2 2 s 2 n s n
当01时，其闭环特征根（闭环极点）为共轭复根， 满足已知条件的闭环极点可能位于的区域如下图示：
11
+j
2
+j
4 2
45
60
0
+1
0
+1
1、0.707 < 1 n2秒–1
2、0< 0.5 2<n<4秒–2
R (s) –
E(s)
K1 T1 S 1
+
K2 T2 S 1
C (s)
图E3-7 题3-20图
解：系统为二阶系统，当K1、K2、T1、T2均大于零 时，则系统稳定。
E R (s) 1 K1 K2 1 T1 s 1 T2 s 1 (T1 s 1)(T2 s 1) R( s) R( s) (T1 s 1)(T2 s 1) K1 K 2
自动控制理论_习题集(答案)
《自动控制理论》课程习题集一、单选题1.下列不属于自动控制基本方式的是（ B ）。
A．开环控制B．随动控制C．复合控制D．闭环控制2.自动控制系统的（ A ）是系统工作的必要条件。
A．稳定性B．动态特性C．稳态特性D．瞬态特性3.在（ D ）的情况下应尽量采用开环控制系统。
A. 系统的扰动量影响不大B. 系统的扰动量大且无法预计C. 闭环系统不稳定D. 系统的扰动量可以预计并能进行补偿4.系统的其传递函数（ B ）。
A. 与输入信号有关B. 只取决于系统结构和元件的参数C. 闭环系统不稳定D. 系统的扰动量可以预计并能进行补偿5.建立在传递函数概念基础上的是（ C ）。
A. 经典理论B. 控制理论C. 经典控制理论D. 现代控制理论6.构成振荡环节的必要条件是当（ C ）时。
A. ζ=1B. ζ=0C. 0<ζ<1D. 0≤ζ≤17.当（ B ）时，输出C(t)等幅自由振荡，称为无阻尼振荡。
A. ζ=1 B. ζ=0C. 0<ζ<1D. 0≤ζ≤18.若二阶系统的阶跃响应曲线无超调达到稳态值，则两个极点位于位于（ D ）。
A. 虚轴正半轴B. 实正半轴C. 虚轴负半轴D. 实轴负半轴9.线性系统稳定的充分必要条件是闭环系统特征方程的所有根都具有（ B ）。
A. 实部为正B. 实部为负C. 虚部为正D. 虚部为负10.下列说法正确的是：系统的开环增益（ B ）。
A. 越大系统的动态特性越好B. 越大系统的稳态特性越好C. 越大系统的阻尼越小D. 越小系统的稳态特性越好11.根轨迹是指开环系统某个参数由0变化到∞，（ D ）在s平面上移动的轨迹。
A. 开环零点B. 开环极点C. 闭环零点D. 闭环极点12.闭环极点若为实数，则位于[s]平面实轴；若为复数，则共轭出现。
所以根轨迹（ A ）。
A. 对称于实轴B. 对称于虚轴C. 位于左半[s]平面D. 位于右半[s]平面13.系统的开环传递函数)4)(2()3)(1()(*0++++=sssssKsG，则全根轨迹的分支数是（ C ）。
自动控制理论 机械工业出版社 课后习题答案 夏德岑_第三版 PDF可打印
, t 0
比较上述两种情况， 可见有 z 1 零点时， 单位脉冲响应的振幅较无零点时小， 而且产生相移， 相移角为 arctg
1 2 n 。 1 n
2．单位阶跃响应 (a) 无零点时
ct 1
2 n t 1 2 t arctg 1 e sin n 1 2
G( s) 2a ss (2 a) s (2 2a)
2
根据条件（1） ，可得
Kv 1 2a 0.5 esr 2 2a
解得 a 1 ，于是由系统的开环传递函数为
G( s) 2 ss 3s 4
2
3-10
1M 2M
3t
s
p p
46.6%, t s 7.99s2%, ( n 2.12rad / s, 0.24) 16.3%, t s 8s2%, ( n 1rad / s, 0.5)
C m s 60 U a s s La Js 2 La f Ra J s Ra f C eC m 2
2-4
C s Rs
K A C m 60 iL a Js 3 iL a f Ra J s 2 i Ra f C eC m s K A C m 2
C 2 lim
s 0
d2 2(0.1s 2 s 10) 20(0.2s 1) 2 s lim 0 e s 0 ds 2 (0.1s 2 s 10) 3
(1)
s (t ) r (t ) R0 ，此时有 rs (t ) R0 , r r (t ) 0 ，于是稳态误差级数为 s esr t C0 rs (t ) 0 ， t 0
自动控制理论_(刘丁_著)_机械工业出版社_课后答案
习题31. 答案：t K >=0.32. 此温度计的时间常数T= t/4=15秒3. 答案： ()10.11s s φ=+4. 答案：b 变大系统阶跃响应的延迟时间、上升时间和调节时间都加长。
5.)1)(2(22++-=s s s X Y 6. 略7. 答案： (1)2600()70600G s s s =++,（2）24.5n w =，ζ=1.438. 答案： 1.24p t =,%9.5%σ= 1.58(5%)s t =∆=或 2.11(2%)s t =∆=9. 1）开环零点-2.5 开环极点-0.52）闭环零点-2.5 闭环极点-0.4500 ± 0.8930i 3）1=n ω ζ=0.45 4）38.1=r t 96.7=s t %6.22%=ο10. 答案：H K =0.9,0K =10 11. 答案：47,0.1K τ≈≈ 12. 答案：3 13. 答案：（1）不稳定，右半S 平面有2个根； （2）不稳定，右半S 平面有2个根； （3）不稳定，右半S 平面有1个根；14. 略15. 答案：系统的参数(),K ξ的稳定域为0020K ξξ><<，。
16. 答案：51499K << 17. 答案：（1）由()D s 表达式可见，当0β=时系统结构不稳定；当0β>时系统总是稳定的。
（2）由ξ=可见2%3.57s n t K ξσβξωβ⎧↑→↓⎪↑⇒⎨==↓⎪⎩（3） 1ss ss a a e e K K ββ==∴↑→↑。
18. 答案：a T 、M T 与K 均大于0且10zK T <<时闭环系统是稳定的。
19. 答案：121ssn K e K =-+20. 证明：是I 型系统；21.B K K v =KBe ss = 与K 成反比，与B 成正比 22.G=tf(80,[1 2 0]); GB=feedback(G,1); t=0:0.01:1; [y,t]=step(GB); e=1-y;m=length(t);subplot(2,1,1),plot(t,y,'k',t,ones(m,1),'k-.') %draw unit step response curve title('unit step response','FontSize',8)xlabel('Time(sec.)','Position',[5.5 -0.21],'FontSize',8) ylabel('Amplitude','FontSize',8) axis([0 6 0 2])subplot(2,1,2), plot(t,e,'k',t,zeros(m,1),'k-.') %draw error response curve title('error response','FontSize',8)xlabel('Time(sec.)','Position',[5.5 -1.21],'FontSize',8) ylabel('Amplitude','FontSize',8)012unit step responseTime(sec.)A m p l i t u d e-11error responseTime(sec.)A m p l i t u d e()()1()k B k G s s G s φ=+()()1()B k B s G s s φφ=-2()()Ks bG s s a k s+=+-0lim ()V s bK sG s a K →==-1ss v a k e K b-==23 clearnum=1;den=conv([0.5 1 0],[4 1]); rangek=[0.2,0.8,1.2]; t=linspace(1,60,300)'; for j=1:3s1=tf(num*rangek(j),den); sys=feedback(s1,1); y(:,j)=step(sys,t); endplot(t,y(:,1),'k',t,y(:,2),'r',t,y(:,3),'b')title('unit step response under different k','FontSize',8) xlabel('Time(sec.)','Position',[50 -1.8],'FontSize',8) ylabel('Amplitude','FontSize',8) axis([0 60 -1.5 3.5])gtext('k=0.2'),gtext('k=0.8'),gtext('k=1.2')Time(sec.)A m p l i t u d e求当k =0.8时系统的性能指标 clear num=1;den=conv([0.5 1 0],[4 1]); k=0.8;num=num*k; s1=tf(num,den); sys=feedback(s1,1); t=0:0.005:50; y=step(sys,t); r=1;while y(r)<1.0001 r=r+1; endrise_time=(r-1)*0.005 [ymax,tp]=max(y);peak_time=(tp-1)*0.005 max_overshoot=ymax-1 s=length(t);while y(s)>0.98 & y(s)<1.02s=s-1;endsettling_time=(s+1)*0.005运行结果：rise_time =4.5350peak_time =7.7950max_overshoot =0.5710settling_time =46.855024 num=[6.3223 18 12.811]den=[1 6 11.3223 18 12.811]step(num,den)25 num=1for kesi=0:0.2:1sys=tf(num,[1 2*kesi 1]);step(sys)hold onend习题41．(a) (b) (c)(d) (e) (f) 2．(1)(2)证明：s j σω=+代入1＋G(s)H(s)=0*()()0s s b k s a +++=*()(())(())0jw jw b k jw a σσσ++++++=*2()()0k a b σσσω+++-=*20k b a ++=消去*k 得：222()a a ab σω++=-所以根轨迹是以(-a,0) 3．答案：(1)（2）（3）（4）4．答案：（1）分离点： 3.854d =-渐近线 25,a a πσϕ=-=±，* 1.37K =，闭环系统稳定的*K 值的范围是*04K <<。
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8 1 ⋅ 0.8n − ⋅ 0.1n 7 7
(n = 0,1,2,3, L)
8-3 3、部分分式展开 X ( z ) = z ( z − 1) z = ( z − 0.25)( z − 1) z − 0.25
查Z变换表，得 x(t ) = 0.25t / T
n 则 x (t ) = ∑ 0.25 δ (t z 3 − z 2 + 0.335 z + 0.00547 = 0 w +1 z= 令 ，作双线性变换得新特征方程 w −1 D ( w) = 0.34047 w3 + 1.64859w2 + 3.68141w + 2.32953 = 0 Routh阵列表 Routh阵列表 w3 w2 w1 w0 0.34047 1.64859 3.20031 2.32953 3.68141 2.32953
G1(s) H1(s)
K (1 − e −Ts ) 其中 G1 ( s ) = ，H1 ( s) = 0.5s 3 s 1 0.2( z + 1) 求Z变换得G1 H1 ( z ) = ，G1 ( z ) = z −1 ( z − 1) 2 则误差脉冲传递函数为
Φe ( z) =
E( z) z ( z − 1) 1 + G1 H1 ( z ) = = 2 R( z ) 1 + G1 ( z ) + G1 H1 ( z ) z − 0.8 z + 0.2
G( z) 0.368 z + 0.264 = 2 闭环脉冲传递函数 Φ ( z ) = 1 + G ( z ) z − z + 0.632 输出 C ( z ) = Φ ( z ) R( z ) =
0.368 z + 0.264 z ⋅ 2 z − z + 0.632 z − 1
使用长除法得 C ( z ) = 0.368 z −1 + z −2 + 1.399 z −3 + 1.399 z −4 + 1.147 z −5 + 0.895 z −6 + L 则单位阶跃响应为 c* (t ) = 0.368δ (t − T ) + δ (t − 2T ) + 1.399δ (t − 3T ) + 1.399δ (t − 4T ) + 1.147δ (t − 5T ) + 0.895δ (t − 6T ) + L
8-3
8 z 1 z 2、部分分式展开 X ( z ) = ⋅ − ⋅ 7 z − 0.8 7 z − 0.1 查Z变换表，得 8 1 t /T x(t ) = ⋅ 0.8 − ⋅ 0.1t / T 7 7 ∞ 8 1 * n x (t ) = ∑ [ ⋅ 0.8 − ⋅ 0.1n ]δ (t − nT ) 则 7 n =0 7
2、部分分式展开 X ( s ) = 1 1 1 1 = 2− + s 2 ( s + 1) s s s +1
查Z变换表，得 Tz z z z[(e −T + T − 1) z + 1 − (1 + T ) − e −T ] X ( z) = − + = 2 −T ( z − 1) z −1 z − e ( z − 1) 2 ( z − e −T )
z →1
C(s)
ess = essp + essv + essa
图 与题8-12图对 与题8 12图对 应的连续系统 2 1 T T ess= essp+ essv+ essa = + + = 0 + 0.5 + ∞ = ∞ 1 + K p Kv Ka =0+0.5+∞=∞
则误差脉冲传递函数可知特征方程为 z2-0.8z+0.2=0 解出特征根z =0.4± 解出特征根z1,2=0.4±j0.2 应用终值定理求得稳态误差：
ess = lim( z − 1)Φ e ( z ) R( z ) = 0 + 0.5 + ∞ = ∞
z →1
z1, 2 = 0.4 2 + 0.2 2 = 0.447 < 1
习题解答
8-2 1、部分分式展开 X ( s ) = 查Z变换表，得 s+3 2 1 = − ( s + 1)( s + 2) s + 1 s + 2
2z z z ( z + e −T − 2e −2T ) X ( z ) = Z [ X ( s )] = − = −T − 2T z−e z −e ( z − e −T )( z − e − 2T )
特征根z 特征根z1,2在z平面的单位圆内，故闭环离散系统稳定。
解法二：根据系统结构图上误差的定义，开环脉 解法二：根据系统结构图上误差的定义，开环脉 冲传递函数为 0.2( z + 1) C ( z) G1 ( z ) G( z) = = = E ( z ) 1 + G1 H1 ( z ) z ( z − 1) 同解法一，利用特征方程可判定闭环系统稳定。 用静态误差系数法求e 用静态误差系数法求ess: R(s) E(s) K p = lim G ( z ) = ∞ z →1 →1 K/s2 K v = lim( z − 1)G ( z ) = 0.4 z →1 0.5s 2 K a = lim( z − 1) G ( z ) = 0
由Routh阵列表第一列元素全大于零可知新特征方程 Routh阵列表第一列元素全大于零可知新特征方程 没有w平面右半平面的根，即离散系统没有z 没有w平面右半平面的根，即离散系统没有z平面单位圆 外的根，故离散系统稳定。
8-12 解法一：系统结构图为 解法一：系统结构图为 r(t) e(t) x(t) c(t)
或 x(nT ) = 0.25n
(n = 0,1,2,3,L)
x(t)在各采样时刻nT的值为： 在各采样时刻nT的值为： x(0)=1， x(T)=0.25， x(2T)=0.625，· · · (0)=1， )=0.25， (2T)=0.625，
8-7
1 − e −Ts 0.368 z + 0.264 开环脉冲传递函数 G ( z ) = Z [ 2 ]= s ( s + 1) ( z − 1)( z − 0.368)
8- 9 传递函数的部分分式展开 2 0 .3 0.005 0.04 G ( s ) = (1 − e −Ts )[ 2 − − + ] s s 0.05s + 1 0.1s + 1 0.152 z 2 + 0.179 z + 0.00795 开环脉冲传递函数 G ( z ) = ( z − 1)( z − e − 4 )( z − e − 2 ) 闭环脉冲传递函数 G( z) 0.152 z 2 + 0.179 z + 0.00795 Φ ( z) = = 3 2 1 + G ( z ) z − z + 0.335 z + 0.00547 特征方程 D( z ) = z 3 − z 2 + 0.335 z + 0.00547 = 0