自动控制原理(黄坚)第二版
自动控制原理第二章.黄坚第二版
设控制系统 有输入信号时 求出输出响应
输入
控制系统
输出 c(t)
r(t) 型
第一节 引言 第二节 微分方程的建立 第三节 传递函数 第四节 控制系统的结构图及其等效变换 第五节 反馈控制系统的传递函数
第二章 自动控制系统的数学模型
第一节 引言
问题：
何为数学模型? 数学模型的种类? 描述系统输入、输出变量以及内部各变量 之间关系的数学表达式就称为数学模型
第二节 微分方程建立
(3) 重极点 A(s) 有r个重 F(s)=(s –p )r(s –p )· · (s –pn ) 极点 1 r+1 · 分解为 A1 A2 Ar+1 An Ar = + · · + s-p + s-p +· · · + s-p r (s-p1 ) (s-p1 )r-1 +· 1 r+1 n
自动控制理论
第二章 自动控制系统的数学模型
第二章自动控制系统的数学模型
内容提要：
建立系统输入输出模式数学模型： a、微分方程 b、传递函数 c、方块图 d、信号流图
典型环节传递函数、传递函数的函数 方块图等效变换、信号流图的化简
本章重点:
第二章 自动控制系统的数学模型
通过前面的学习我们知道，自动控制理论是 研究自动控制系统三方面性能的基本理论。
r-1[F(s)(s-p )r] d 1 1 ) Ar= (r-1)!( r-1 s=p1 ds
下面举例说明
第二节 微分方程建立
(s+2) 例 求拉氏变换． F(s)= s(s+1)2(s+3) A1 解： A2 A3 A4 F(s)= 2 + s+1 + s + s+3 (s+1) 分解为 按不相等实数极点确定A1 ,A3 ,A4 得： 1 -1 -3 2 A1= 2 A = A = A3= 3 4 12 2 4 2-1[F(s)(s-p )2] d 1 1 ( ) 将各待定系数代入上式得： A2=(2-1)! 2-1 s=p1 ds -t(s+2) -t 2 -tde -3t 3 1 e e + ] + f(t)= 2 [ s(s+3) -3 12 3 4 = = ds s=-1 4
《自动控制原理》黄坚课后习题答案解析
2-1试建立图所示电路的动态微分方程-u o+u o解：u 1=u i -u oi 2=C du 1dt i 1=i-i 2u o i=R 2u 1i 1=R 1=u i -u oR1dtd (u i -u o )=C(a)u C d (u i -u o )dtu o -R 2=i -u o R 1i=i 1+i 2i 2=C du 1dt u o i 1=R 2u 1-u o =L R2du odtR 1i=(u i -u 1)(b)解：du )-R 2(u i -u o )=R 1u 0-CR 1R 2(idt dt du oCR 1R 2du o dt du idt +R 1u o +R 2u 0=CR 1R 2+R 2u iu o+C R 2du 1dt o +L R 2du odtu du o dt R 1R 2L du o dt +CL R 2d 2u o dt 2=--i R 1u o R 1u oR 2+C )u o R 1R 2L du o dt ) CL R 2d 2u o dt 2=++(u i R 11R 11R 2+(C+2-2 求下列函数的拉氏变换。
(1) f(t)=sin4t+cos4tL [sin ωt ]= ωω2+s 2=s+4s 2+16L [sin4t+cos4t ]= 4s 2+16s s 2+16+s ω2+s 2L [cos ωt ]=解：解：L [t 3+e 4t ]= 3!s 41s-4+6s+24+s 4s 4(s+4)=(3) f(t)=t n e atL [t n e at ]=n!(s-a)n+1解：(4) f(t)=(t-1)2e 2tL [(t-1)2e 2t ]=e -(s-2)2(s-2)3解：2-3求下列函数的拉氏反变换。
A 1=(s+2)s+1(s+2)(s+3)s=-2=-1=2f(t)=2e -3t -e -2t(1) F(s)=s+1(s+2)(s+3)解：A 2=(s+3)s+1(s+2)(s+3)s=-3F(s)= 2s+31s+2-= A 1s+2s+3+ A 2(2) F(s)=s (s+1)2(s+2)f(t)=-2e -2t -te -t +2e -t解：= A 2s+1s+2+A 3+ A 1(s+1)2A 1=(s+1)2s (s+1)2(s+2)s=-1A 3=(s+2)s (s+1)2(s+2)s=-2d ds ss+2][A 2= s=-1=-1=2=-2(3) F(s)=2s 2-5s+1s(s 2+1)F(s)(s 2+1)s=+j =A 1s+A 2s=+jA 2=-5A 3=F(s)s s=0f(t)=1+cost-5sint解：= s + A 3s 2+1A 1s+A 2=12s s 2-5s+1=A 1s+A2 s=j s=jj -2-5j+1=jA 1+A 2-5j-1=-A 1+jA 2A 1=1F(s)= 1s s 2+1s -5s 2+1++解：=+s+1A 1s+3A 2(s+1)2+s A 3+A 4-12A 1= 23A 3= 112A 4= A 2= d [s=-1ds ](s+2)s(s+3) -34= -34A 2= +-43+f(t)=e -t 32e -3t 2-t e -t 121= s=-1 [s(s+3)]2[s(s+3)-(s+2)(2s+3)](2-4)求解下列微分方程。
自动控制原理 答案 黄坚习题详解
第二章 自动控制系统的数学模型习题2-1 试建立图示电路的动态微分方程。
解：（a ）解法一：直接列微分方程组法⎪⎩⎪⎨⎧-==+O i C O C C u u u Ru R u dt du C 21i i O O u CR dt du u R CR R R dt du 121211+=++⇒ 解法二： 应用复数阻抗概念求)()(11)(11s U s I Cs R Cs R s U O i ++= （1） 2)()(R s U s I O = （2） 联立式（1）、（2），可解得： Cs R R R R Cs R R s U s U i o 212112)1()()(+++= 微分方程为: i ioo u CR dt du u R CR R R dt du 121211+=++ （b ）解法一：直接列微分方程组法⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++=+===COC i O L C O L L L u R u dt du C R u u u u R u i dt di L u)(212 (a) (b) + u C -io oo u R u R R dt du C R R L dt u d LC R 22121221)()(=++++⇒解法二： 应用复数阻抗概念求⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++=+=)(]1)()([)()()()(2122s U sC s U R s U R s U Ls R R s U s U CC O i O C)()()()()()(2212121s U R s U R R s sU C R R L s U LCs R io o o =++++⇒ 拉氏反变换可得系统微分方程：io o o u R u R R dt du C R R L dt u d LC R 22121221)()(=++++2-7 证明图示的机械系统(a)和电网络系统(b)是相似系统（即有相同形式的数学模型）。
解：(a)取A 、B 两点分别进行受力分析。
自动控制原理及其应用(第2版)黄坚第二章习题课
第二章习题课
(2-9)
2-9 若系统在单位阶跃输入作用时，已知初 若系统在单位阶跃输入作用时， 始条件为零的条件下系统的输出响应， 始条件为零的条件下系统的输出响应，求 系统的传递函数和脉冲响应。 系统的传递函数和脉冲响应。 -t 1 -2t R(s)= s c(t)=1-e +e r(t)=I(t) 1 - 1 + 1 = (s2+4s+2) 解: C(s)= s s+2 s+1 s(s+1)(s+2) (s2+4s+2) G(s)=C(s)/R(s)= (s+1)(s+2) (s2+4s+2) =1+ 2 - 1 脉冲响应: 脉冲响应 C(s)= (s+1)(s+2) s+2 s+1 c(t)= (t)+2e-2t-e-t δ
第二章习题课
(2) dy(t) 2 dt +y(t)=t
(2-4)
y(0)=0
第二章习题课
(2-5)
2-5 试画题图所示电路的动态结构图， 试画题图所示电路的动态结构图， c 并求传递函数。 并求传递函数。 i1 (1) 解： + R
Ur(s)
Cs _
I1(s)
+ +
i2
1
+
I(s)
R2
Uc(s)
+ i uo -
第二章习题课
(b) 解： (ui-u1) i=i1+i2 i= R
1
(2-1)
u1 L i
R1 C
＋
ui
i1 i2
R2
+ uo -
自动控制原理黄坚 第二版 第三章习题答案
第三章习题课 (3-13)
3-13 已知系统结构如图，试确定系统稳 定时τ值范围。 R(s) 10 C(s) １ 解: 10(1+ 1 ) s G(s)=s2+s+10 s τ 10(s+1) =s(s2+s+10 s) τ 10(s+1) Φ(s)= s3 +s2+10 s2+10s+10 τ 10(1+10 )-10 τ b31= 1+10 >0 τ
e
-1.8
第三章习题课 (3-6)
3-6 已知系统的单位阶跃响应: -60t -10t c(t)=1+0.2e -1.2e (1) 求系统的闭环传递函数。 (2) 求系统的阻尼比和无阻尼振荡频率。 1 + 0.2 - 1.2 = 600 解: C(s)= s s+60 s+10 s(s+60)(s+10) 1 C(s)= 600 R(s)= s R(s) s2+70s+600 ω n=24.5 ζ 2 ω n=70 ω n2 =600 ζ=1.43
第三章习题课 (3-17)
1 r(t)=I(t), t , 2 t2 (2) 求系统的稳态误差： 1 K1 τ = 1 G(s)= 2 解: s +Kτ s s( 1 Kτ s+1)
1
1 R(s)= s υ=1
Kp=∞ K =K υ
ess1=0 τ ess2= =0.24 ess3=∞
R(s)= s1 2 R(s)= s1 3
(3) 求d1(t)作用下的稳态误差． 1 K F(s)= Js G(s)=Kp + s -F(s) 1 essd= lim s1+G(s)F(s) s s→0 - 1 1 =0 Js = lim s K) 1 s s→0 1+(Kp+ s Js
自动控制原理黄坚第二版课后答案第四章
4-1 已知系统的零、极点分布如图，大解:(5)(7)(8)4-2 已知开环传递函数，试用解析法绘制出系统的根轨迹，并判断点(-2+j0),(0+j1),(-3+j2)是否在根轨迹上。
解:K r (s+1)G(s)=K rΦ(s)=s+1+Kr K r =0s=-1-K r系统的根轨迹s=-1K r =→∞s=-∞s=-2+j0s=0+j14-3 已知系统的开环传递函数，试绘制出根轨迹图。
解: 1p 1=0 p 2=-1 2p 1~p 2 z 1=-1.5 z 2z 1~p 3 3）根轨迹的渐近线 n-m= 1 θ= + 180o4）分离点和会合点A (s )B'(s )=A'(s )B (s )A(s)=s 3+6s 2+5s B(s)=s 2+7s+8.25A(s)'=3s 2+12s+5B(s)'=2s+7s 1=-0.63s 2=-2.5s 3=-3.6s 4=-7.28解得K s(s+1)(s+4)(2) G(s)=r (s+1.5)1）开环零、极点p 1=0p 2=-1p3=-42）实轴上根轨迹段p 1~p 2z 1=-1.5p 3~z 13）根轨迹的渐近线n-m= 2θ= +90o 2σ=-1-4+1.5=-1.754）分离点和会合点 A(s)=s 3+5s 2+4s B(s)=s+1.5 A(s)'=3s 2+10s+4 B(s)'=1 解得 s=-0.62 5）系统根轨迹K s(s+1)2(3) G(s)=r1）开环零、极点p 1=0p 2=-1p 3=-12）实轴上根轨迹段p 1~p 2p 3~-∞3）根轨迹的渐近线n-m=34θ= +180+60o ,闭环特征方程为s 3+2s 2+s+K r =05）分离点和会合点A(s)=s 3+2s 2+s B(s)=1A(s)'=3s 2+4s+1B(s)'=0解得s=-0.336）系统根轨迹1p 1=0p2p 1~p 2p 4=-15p 3~z 143）根轨迹的渐近线n-m=3(4) G(s)=3σ=-3-7-15+8=-5.67θ= +180o +60o , K r =0 ω1=0K r =638 ω2,3=±6.25）分离点和会合点A(s)=s 4+25s 3+171s 2+315s B(s)=s+8A(s)'=4s 3+75s 2+342s+315B(s)'=2s+7解得s=-1.44）根轨迹与虚轴的交点闭环特征方程为s 4+25s 3+171s 2+323s+8K r =04-5 已知系统的开环传递函数。
自动控制原理课件 黄坚2.2
L[ f ( t )] F ( s ) f ( t ) e dt
ts 0
F ( s) 像 f ( t ) 原像
3 常见函数的拉氏变换
1 t 0 （1）阶跃函数 f (t ) 0 t 0 1 st 1 1 st 0 1 L1t 1 e dt e 0 s s s 0 （2）指数函数 f (t ) e at
• 平衡位置附近的小偏差线性化 • 输入和输出关系具有如下图所示的非线性 特性。
y
L
L1 B
M
y1 y0 y=f(x)
A
0
x0
x1
x
在平衡点A（x0，y0）处，当系统受到干扰，y只在A 附近变化，则可对A处的输出—输入关系函数按泰勒 级数展开，由数学关系可知，当 x很小时，可用A 处的切线方程代替曲线方程（非线性），即小偏差 线性化。 df 可得 y |x0 x k ，简记为 y=kx x dx
y0 11
z b y
x x0 y y0
x0 6
因此，线性化方程式为： 求在点x0=6，y0=11，z0=66附近 z-66=11(x-6)+6(y-11) 非线性方程的线性化表达式。 z=11x+6y-66 将非线性方程在点x0,y0,z0处展 当x=5,y=10时，z的精确值为 开成泰勒级数，并忽略其高阶 z=xy=5×10=50 项，则有 由线性化方程求得的z值为 z=11x+6y=55+60-66=49
0
或 dg △y=m△x 2g x-x0 d (x-x0)2 =g(x0)+ dx x=x + dx2 x=x 0 0 1! 2! 平衡位置附近的小偏差线性化
《自动控制原理》黄坚课后习题答案教学提纲
《自动控制原理》黄坚课后习题答案2-1试建立图所示电路的动态微分方程u o+u o解：u 1=u i -u oi 2=C du 1dt i 1=i-i 2u o i=R 2u 1i 1=R 1=u i -u oR1dtd (u i -u o )=C(a)u C d (u i -u o )dtu o -R 2=i -u o R 1i=i 1+i 2i 2=C du 1dt u o i 1=R 2u 1-u o =L R2du odtR 1i=(u i -u 1)(b)解：)-R 2(u i -u o )=R 1u 0-CR 1R 2(du idt dt duo CR 1R 2du o dt du idt +R 1u o +R 2u 0=CR 1R 2+R 2u iu o+C R 2du 1dt o +L R 2du odtu du o dt R 1R 2L du o dt +CL R 2d 2u o dt 2=--i R 1u o R 1u oR 2+C )u o R 1R 2L du o dt ) CL R 2d 2u o dt 2=++(u i R 11R 11R 2+(C+2-2 求下列函数的拉氏变换。
(1) f(t)=sin4t+cos4tL [sin ωt ]= ωω2+s 2=s+4s 2+16L [sin4t+cos4t ]= 4s 2+16s s 2+16+s ω2+s 2L [cos ωt ]=解：(2) f(t)=t 3+e 4t解：L [t 3+e 4t ]= 3!s 41s-4+6s+24+s 4s 4(s+4)=(3) f(t)=t n e atL [t n e at ]=n!(s-a)n+1解：(4) f(t)=(t-1)2e 2tL [(t-1)2e 2t ]=e -(s-2)2(s-2)3解：2-3求下列函数的拉氏反变换。
A 1=(s+2)s+1(s+2)(s+3)s=-2=-1=2f(t)=2e -3t -e -2t(1) F(s)=s+1(s+2)(s+3)解：A 2=(s+3)s+1(s+2)(s+3)s=-3F(s)= 2s+31s+2-= A 1s+2s+3+ A 2(2) F(s)=s (s+1)2(s+2)f(t)=-2e -2t -te -t +2e -t解：= A 2s+1s+2+ A 3+A 1(s+1)2A 1=(s+1)2s (s+1)2(s+2)s=-1A 3=(s+2)s (s+1)2(s+2)s=-2d ds ss+2][A 2= s=-1=-1=2=-2(3) F(s)=2s 2-5s+1s(s 2+1)F(s)(s 2+1)s=+j =A 1s+A 2s=+jA 2=-5A 3=F(s)s s=0f(t)=1+cost-5sint解：= s + A 3s 2+1A 1s+A 2=12s s 2-5s+1=A 1s+A2 s=j s=jj -2-5j+1=jA 1+A 2-5j-1=-A 1+jA 2A 1=1F(s)= 1s s 2+1s -5s 2+1++(4) F(s)=s+2s(s+1)2(s+3)解：=+s+1A 1s+3A 2(s+1)2+s A 3+A 4-12A 1= 23A 3= 112A 4= A 2= d [s=-1ds ](s+2)s(s+3) -34= -34A 2= +-43+f(t)=e -t 32e -3t 2-t e -t 121= s=-1 [s(s+3)]2[s(s+3)-(s+2)(2s+3)](2-4)求解下列微分方程。
自动控制原理及其应用第二版_黄坚
1b) 2-1(b) 试建立图所示电路的动态微分方 程。 duc CL d2uo duo du L ic= = +C o L 2 R 1 uL= dt R2 dt dt R2 dt ＋ ＋ 2 uo C CL d uoR2 duo uo u u + +C i1= i o i2= R ui=u1+uo 2 dt － R2 R2 dt － 2 输入量为ui，输出量为uo。 duc d(uiu1=i1R1 ic=C dt =u )dt diL o u o u =L L dt iL=i2= i1=iL+ic R2
UC(s)=UO(s)+UL(s ) I (s)=I (s)+I (s)
1 L C
UO(s) I2(s)= R2 UI(s)+UC(S) I1(s)= 即： R1 IL(s)=I1(s)-IC(s)
Ui 1 R1 I1
IC(s)=CsUC(s) UO(s I1(s)= ) R2 UC(s IC(s)= ) Cs
6+2s2+12s ∴ Y(s)= 2 s(s +5s+6) A1=sY(s)
s=0
1 s
(2-4-2)
求下列微分方程。
d3y(t d2y(t) dy(t) 初始条件 : +4 +29 =29, 2 3 ) dt dt dt · · y(0)=0 , y(0)=17 , · y(0)=-122 解:
C(s + C(s) + _ G1(s) _ G (s) G 2(s) ) 2 _ _ H1(s) H1(s) H2(s) G 1(s)H2(s)
G2 1+G2H1
第二章习题课
2-11(a)
自动控制原理 王划一 第二版 1-1绪论
1900)西汉漏壶统观念和实践亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪(5)中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图(1637年)7(Routh-Hurwitz Stability Criteria)(1875论运动稳定性的一般问题”(1892设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(Great操江号(62mx10m), 392匹马力，600T排水，备炮9门The Pre-classical Period)(1900-1935)研制成第一台大型模拟计算机(Differential Analyzer)(1928)V. BushH. S. Black14N.B. Nichols(1942)，提出Wiener一书(1948)，标志着控制论学科的诞生。
N. WienerH. HazenC. E. Shannon(Sampled Data System)Lan美国W. Evans提出根轨迹法(Root Locus Method)L.S. Pontryagin(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一届学术会议于莫斯科召开(1960)(5)世界第一颗人造地球卫星Sputnik 1 was the first artificial satellite launched into space22 Oct. 4, 1957: Launch of the rocket carrying Sputnik, the first man-made satellite. Photos of the launch were not initially released.This photo is a still from a 1967 Soviet documentary film.23器人公司，Unimation(7)美籍匈牙利人R. E. Kalman发表“On theGeneral Theory of Control Systems”等论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性，能观测R.E. Kalman1961, at the age of 27,Gagarin left the earth. Itwas April the 12th, 9.07Moscow time (launch-site, Baikonur). 108minutes later, he wasback . The period oforbital revolution was89:34 minutes (thisfigure was "calculated byelectronic computers").The missions maximumflight altitude was 327000 meters. Themaximum speedreached was 28 260kilometers per hour.宇宙哥伦布-加加林 A stampissued byRussia tomemorizeY. GagarinCapsule used in first manned orbit of earth In 1961, the first human to pilota spacecraft, Yuri Gagarin, waslaunched by the Soviet Union aboard Vostok I.C. Desoer27N.A. ArmstrongK. J. Astrom Approach(1974)。
《自动控制原理》黄坚课后习题答案解析
2-1试建立图所示电路的动态微分方程-u o+u o解：u 1=u i -u oi 2=C du 1dt i 1=i-i 2u o i=R 2u 1i 1=R 1=u i -u oR1dtd (u i -u o )=C(a)u C d (u i -u o )dtu o -R 2=i -u o R 1i=i 1+i 2i 2=C du 1dt u o i 1=R 2u 1-u o =L R2du odtR 1i=(u i -u 1)(b)解：du )-R 2(u i -u o )=R 1u 0-CR 1R 2(idt dt du oCR 1R 2du o dt du idt +R 1u o +R 2u 0=CR 1R 2+R 2u iu o+C R 2du 1dt o +L R 2du odtu du o dt R 1R 2L du o dt +CL R 2d 2u o dt 2=--i R 1u o R 1u oR 2+C )u o R 1R 2L du o dt ) CL R 2d 2u o dt 2=++(u i R 11R 11R 2+(C+2-2 求下列函数的拉氏变换。
(1) f(t)=sin4t+cos4tL [sin ωt ]= ωω2+s 2=s+4s 2+16L [sin4t+cos4t ]= 4s 2+16s s 2+16+s ω2+s 2L [cos ωt ]=解：解：L [t 3+e 4t ]= 3!s 41s-4+6s+24+s 4s 4(s+4)=(3) f(t)=t n e atL [t n e at ]=n!(s-a)n+1解：(4) f(t)=(t-1)2e 2tL [(t-1)2e 2t ]=e -(s-2)2(s-2)3解：2-3求下列函数的拉氏反变换。
A 1=(s+2)s+1(s+2)(s+3)s=-2=-1=2f(t)=2e -3t -e -2t(1) F(s)=s+1(s+2)(s+3)解：A 2=(s+3)s+1(s+2)(s+3)s=-3F(s)= 2s+31s+2-= A 1s+2s+3+ A 2(2) F(s)=s (s+1)2(s+2)f(t)=-2e -2t -te -t +2e -t解：= A 2s+1s+2+A 3+ A 1(s+1)2A 1=(s+1)2s (s+1)2(s+2)s=-1A 3=(s+2)s (s+1)2(s+2)s=-2d ds ss+2][A 2= s=-1=-1=2=-2(3) F(s)=2s 2-5s+1s(s 2+1)F(s)(s 2+1)s=+j =A 1s+A 2s=+jA 2=-5A 3=F(s)s s=0f(t)=1+cost-5sint解：= s + A 3s 2+1A 1s+A 2=12s s 2-5s+1=A 1s+A2 s=j s=jj -2-5j+1=jA 1+A 2-5j-1=-A 1+jA 2A 1=1F(s)= 1s s 2+1s -5s 2+1++解：=+s+1A 1s+3A 2(s+1)2+s A 3+A 4-12A 1= 23A 3= 112A 4= A 2= d [s=-1ds ](s+2)s(s+3) -34= -34A 2= +-43+f(t)=e -t 32e -3t 2-t e -t 121= s=-1 [s(s+3)]2[s(s+3)-(s+2)(2s+3)](2-4)求解下列微分方程。
自动控制原理及其应用第二版课后答案
自动控制原理及其应用第二版课后答案【篇一：《自动控制原理》黄坚课后习题答案】ss=txt>uo-u+o(a)解：i1=i-i2u1=ui-uouuu-ui=i1==211dud(u-u)i2=c=c(b)解：(u-u)i=i1+i2i=udui1=i2=c2duu1-uo=21u-uud(u-u)-c=12dudur2(ui-uo )=r1u0-cr1r2(-)duducr1r2+r1uo+r2u0=cr1r2+r2uidud2uuuduu--21112=2+cud2udu+(c+=12+(1+2)uo12duu+c2duo+22-2 求下列函数的拉氏变换。
(1) f(t)=sin4t+cos4t(2) f(t)=t3+e4t434t解：l[t+e](3) f(t)=tneat解：l[tneat]=(4) f(t)=(t-1)2e2t解：l[(t-1)2e2t]=e-(s-2)2-3求下列函数的拉氏反变换。
(1) f(s)=aa解：a1=(s+2)=-1a2=2 -f(t)=2e-3t-e-2t(2) f(s)=aaa解：a1=(s+1)=-1a2[=2a3s=-2=-2f(t)=-2e-2t-te-t+2e-t(3) f(s)=2as+aa解：f(s)(s2=a1s+a2j=a1s+aj-2-5j+1=ja1+a2-5j-1=-a1+ja2a1=1a2=-5a3=f(s)s=1++f(t)=1+cost-5sint(4) f(s)=解：=a+a+a+aa1a3a4a2ad[2]s=-1f(t)=e-t-e-t++e-3t(2-4)求解下列微分方程。
a2=5 a3=-4y(t)=1+5e-2t-4e-3t并求传递函数。
2-5试画题图所示电路的动态结构图，c+sc)r2r+rrscu(s)==c1+(+sc)r212121(2)cl1=-r2 /lsl2=-/lcs2l3=-1/scr1l1l3=r2/lcr1s2c112122-8 设有一个初始条件为零的系统，系统的输入、输出曲线如图，求g(s)。
自动控制原理第2版全篇
=
△
- + - 其中:△称为系统特征式 △= 1 ∑La ∑LbLc ∑LdLeLf+…
—∑La 所有单独回路增益之和
∑L∑和dLLebLLf—c—所有所三有个互两不两接互触回不路接增益触乘回积路之增和益乘积之
Pk—从R(s)到C(s)的第k条前向通路传递函数
△k称为第k条前向通路的余子式 去掉第k条前向通路后所求的△
x0
(x x0 )
1 d 2 f (x)
2!
dx2
x0
(x x0 )2
忽略二阶以上各项，可写成
y
f
(x0 )
df (x)
dx x0
(x
x0 )
2、对于具有两个自变量的非线性函数，设输入 量 为x1(t)和x2(t) ，输出量为y(t) ，系统正常工作 点为y0＝ f(x10, x20) 。
注意：相加点和分支点一般不能变位
25
2.3.3闭环传递函数
1、给定输入单独作用下的系统闭环传递函数
(s) G1G2 G1G2 1 G1G2H 1 Gk
2、扰动输入单独作用下的闭环系统
n
(
s)
1
G2 G1G2
H
G2 1 Gk
3、误差传递函数：误差信号的拉氏变换与输入信 号的拉氏变换之比。
（1）给定输入单独作用下的闭环系统
Er
(
s)
1
1 G1G2
H
1 1 Gk
（2）扰动输入单独作用下的闭环系统
En
(
s)
1
G2 H G1G2
H
G2H 1 Gk
4)给定输入和扰动输入作用下的闭环系统的总的输
出量和偏差输出量
自动控制原理(黄坚)第二版
_
UC(s)
1 R2
I2(s)
1 C2S
UC(s)
串联电路的动态结构图 +RC串联电路的动态结构图 + i2(2) I1 (t) uc C1 C2 ur
-
R1
R2
RC串联电路 串联电路
第四节 动态结构图
二、 动态结构图的等效变换与化简
系统的动态结构图直观地反映了系统 内部各变量之间的动态关系。 内部各变量之间的动态关系。将复杂的动 态结构图进行化简可求出传递函数。 态结构图进行化简可求出传递函数。
θr(s)
_ KS
Ue
Ka
Ud(s)
_
IL(s)
_ 1 Ra Ce(s) Ra CeTmS
1
θm(s)
S
1 i
θc(s)θc(s)第四节 动态结构图I1(s) 对于RLC电路，可以运用电流和电 电路， 对于 电路 CS Ur(s) Uc(s) + 压平衡定律及复阻抗的概念，直接画出系 压平衡定律及复阻抗的概念，R2 解： _ + 统的动态结构图。 统的动态结构图。 1 Uc(s) R1 i1 c + I2(s)
Uc(s)
第四节 动态结构图
绘制动态结构图的一般步骤为: 绘制动态结构图的一般步骤为 （1）确定系统中各元件或环节的传递函数。 ）确定系统中各元件或环节的传递函数。 （2）绘出各环节的方框，方框中标出其传 ）绘出各环节的方框， 递函数、输入量和输出量。 递函数、输入量和输出量。 （3）根据信号在系统中的流向，依次将各 ）根据信号在系统中的流向， 方框连接起来。 方框连接起来。
后移： 后移：
R(s) ± F(s) G(s) C(s) R(s)
1 G(s)
自动控制原理(黄坚)第二版
前向通道: 前向通道 反馈通道: 反馈通道
D(s)
+
G2(s) G1(s)
-H(s)
E(s) E(s)
返回
第五节 反馈控制系统的传递函数
一、系统的开环传递函数
闭环控制 系统的典型 结构： 结构：
R(s) E(s) E(s)
_ G1(s)
B(s)
D(s) +
C(s) G2(s)
H(s)
开环传递函数： 开环传递函数： 系统反馈量与误差信号的比值 B(s) Gk(s) = = G1(s) G2(s) H (s) = G (s) H (s) E(s)
第二章自动控制系统的数学模型第五节第五节反馈控制系统的传递函数反馈控制系统的传递函数闭环控制系统的典型结构
第二章 自动控制系统的数学模型
第五节 反馈控制系统的传递函数
研究控制系统的性能， 研究控制系统的性能 ， 主要的传 递函数为： 递函数为：
一、系统的开环传递函数 二、系统的闭环传递函数 三、系统的误差传递函数
第五节 反馈控制系统的传递函数
二、系统的闭环传递函数 、
1．扰动信号 给定信号R(s)作用 2．扰动信号D(s)作用 ．给定信号 作用
R (s) = 0
D(s) + G (s) C(s) 2
系统的典型 R(s) E(s) 闭环传递 动态结构图 系统的闭环 _ G1(s) 结构： 结构 函数为： 函数为 传递函数: 传递函数 转换成: ： 转换成： B(s) D (s) =C(s) 0 H(s) Фd(s) = Ф (s) = 前向通道: 前向通道 D(s) R(s) R(s) E(s) D(s) C(s) C(s) 典型结构图 G _ G1(s) G2(s)2(s) G(s)(s) G 反馈通道: 反馈通道 2 ： = 可变换为： B(s) = 可变换为 1 +G(s)H(s) G1(s) H(s) H(s) 1 + G1(s)G2(s)H(s)
自动控制原理答案黄坚习题详解汇总
⾃动控制原理答案黄坚习题详解汇总第⼆章⾃动控制系统的数学模型习题2-1 试建⽴图⽰电路的动态微分⽅程。
解：（a ）解法⼀：直接列微分⽅程组法-==+O i C O C C u u u R u R u dt du C 21i i O O u CR dt du u R CR R R dt du 121211+=++? 解法⼆：应⽤复数阻抗概念求)()(11)(11s U s I Cs R Cs R s U O i ++= （1） 2)()(R s U s I O = （2）联⽴式（1）、（2），可解得： Cs R R R R Cs R R s U s U i o 2 12112)1()()(+++= 微分⽅程为: i ioo u CR dt du u R CR R R dt du 121211+=++ （b ）解法⼀：直接列微分⽅程组法++=+===COC i O L C O L L L u R u dt du C R u u u u R u i dt di L u)(212 (a) (b) + u C -io o o u R u R R dt du C R R L dt u d LC R 22121221)()(=++++?解法⼆：应⽤复数阻抗概念求++=+=)(]1)()([)()()()(2122s U sC s U R s U R s U Ls R R s U s U CC O i OC)()()()()()(2212121s U R s U R R s sU C R R L s U LCs R io o o =++++? 拉⽒反变换可得系统微分⽅程：io o o u R u R R dt du C R R L dt u d LC R 22121221)()(=++++2-7 证明图⽰的机械系统(a)和电⽹络系统(b)是相似系统（即有相同形式的数学模型）。
解：(a)取A 、B 两点分别进⾏受⼒分析。
《自动控制原理》黄坚课后习题答案解析
2-1试建立图所示电路的动态微分方程-u o+u o解：u 1=u i -u oi 2=C du 1dt i 1=i-i 2u o i=R 2u 1i 1=R 1=u i -u oR1dtd (u i -u o )=C(a)u C d (u i -u o )dtu o -R 2=i -u o R 1i=i 1+i 2i 2=C du 1dt u o i 1=R 2u 1-u o =L R2du odtR 1i=(u i -u 1)(b)解：du )-R 2(u i -u o )=R 1u 0-CR 1R 2(idt dt du oCR 1R 2du o dt du idt +R 1u o +R 2u 0=CR 1R 2+R 2u iu o+C R 2du 1dt o +L R 2du odtu du o dt R 1R 2L du o dt +CL R 2d 2u o dt 2=--i R 1u o R 1u oR 2+C )u o R 1R 2L du o dt ) CL R 2d 2u o dt 2=++(u i R 11R 11R 2+(C+2-2 求下列函数的拉氏变换。
(1) f(t)=sin4t+cos4tL [sin ωt ]= ωω2+s 2=s+4s 2+16L [sin4t+cos4t ]= 4s 2+16s s 2+16+s ω2+s 2L [cos ωt ]=解：解：L [t 3+e 4t ]= 3!s 41s-4+6s+24+s 4s 4(s+4)=(3) f(t)=t n e atL [t n e at ]=n!(s-a)n+1解：(4) f(t)=(t-1)2e 2tL [(t-1)2e 2t ]=e -(s-2)2(s-2)3解：2-3求下列函数的拉氏反变换。
A 1=(s+2)s+1(s+2)(s+3)s=-2=-1=2f(t)=2e -3t -e -2t(1) F(s)=s+1(s+2)(s+3)解：A 2=(s+3)s+1(s+2)(s+3)s=-3F(s)= 2s+31s+2-= A 1s+2s+3+ A 2(2) F(s)=s (s+1)2(s+2)f(t)=-2e -2t -te -t +2e -t解：= A 2s+1s+2+A 3+ A 1(s+1)2A 1=(s+1)2s (s+1)2(s+2)s=-1A 3=(s+2)s (s+1)2(s+2)s=-2d ds ss+2][A 2= s=-1=-1=2=-2(3) F(s)=2s 2-5s+1s(s 2+1)F(s)(s 2+1)s=+j =A 1s+A 2s=+jA 2=-5A 3=F(s)s s=0f(t)=1+cost-5sint解：= s + A 3s 2+1A 1s+A 2=12s s 2-5s+1=A 1s+A2 s=j s=jj -2-5j+1=jA 1+A 2-5j-1=-A 1+jA 2A 1=1F(s)= 1s s 2+1s -5s 2+1++解：=+s+1A 1s+3A 2(s+1)2+s A 3+A 4-12A 1= 23A 3= 112A 4= A 2= d [s=-1ds ](s+2)s(s+3) -34= -34A 2= +-43+f(t)=e -t 32e -3t 2-t e -t 121= s=-1 [s(s+3)]2[s(s+3)-(s+2)(2s+3)](2-4)求解下列微分方程。