控制工程基础(第三版)第四章习题答案_董景新
控制工程基础答案
控制工程基础答案
该教材适用于机械类、仪器类及其他非控制专业本科生。
包括控制系统的动态数学模型、时域瞬态响应分析、频率特性、稳定性分析、误差分析和计算、综合与校正、根轨迹法、非线性问题、计算机控制系统、以及MATLAB和LabVIEW软件工具在控制系统分析和综合中的应用。
突出机械运动作为主要控制对象，着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并融入了有关的机电一体化新技术和新分析方法。
该教材是在董景新等编著的《控制工程基础》第3版的基础上，引入近年来相关内容的发展重新编写的，主要面向机械类、仪器类及其他非控制专业本科生，被列入普通高等教育国家级规划教材建设项目。
主要内容包括:控制系统的动态数学模型、时域瞬态响应分析、控制系统的频率特性、控制系统的稳定性分析、控制系统的误差分析和计算、控制系统的综合与校正、根轨迹法、控制系统的非线性问题、计算机控制系统、MATLAB软件工具在控制系统分析和综合中的应用、LabVIEW工具在控制系统分析和综合中的应用。
该教材突出机械运动作为主要控制对象，并对其数学模型和分析综合重点做了介绍;着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并简化或略去与机电工程距离较远、较艰深的严格数学推导内容;引入和编写了较多的例题与习题，便于自学;该教材融入了有关
的机电一体化新技术和新分析方法，可供相关领域的科技人员参考。
同时，为了配合该教材的使用，还编写了《控制工程基础实验指导》和《控制工程基础习题解》以供选用。
控制工程基础课后习题及答案
控制工程基础课后习题及答案下面是控制工程基础课后习题及答案的一个示例，供参考。
1.什么是控制工程？答：控制工程是一门研究如何设计、分析和实现控制系统的工程学科。
它涉及到自动控制理论、系统建模、信号处理、电路设计等多个领域。
2.控制系统的基本组成部分有哪些？答：控制系统的基本组成部分包括传感器、执行器、控制器和反馈系统。
传感器用于获取被控对象的状态信息，执行器用于实现控制指令，控制器用于生成控制指令，反馈系统用于将被控对象的输出信息反馈给控制器进行调节。
3.什么是开环控制系统和闭环控制系统？答：开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象输出的影响，只根据预先设定的控制指令进行控制。
闭环控制系统是指控制器的输出根据被控对象的输出进行调节，通过反馈系统实现控制。
4.请简述PID控制器的工作原理。
答：PID控制器是一种常用的控制器，其工作原理基于对误差信号进行比例、积分和微分处理。
比例项根据误差的大小产生控制指令，积分项根据误差的累积产生控制指令，微分项根据误差的变化率产生控制指令。
PID控制器的输出是这三个项的加权和。
5.什么是控制系统的稳定性？答：控制系统的稳定性指的是在系统输入变化或外部干扰的情况下，系统输出能够保持在可接受范围内的能力。
稳定的控制系统可以实现良好的跟踪性能和抗干扰能力。
6.如何评价一个控制系统的稳定性？答：一个控制系统的稳定性可以通过判断系统的极点位置来评价。
如果系统的所有极点都位于左半平面，则系统是稳定的；如果系统存在极点位于右半平面，则系统是不稳定的。
7.什么是系统的过渡过程和稳定过程？答：系统的过渡过程指的是系统从初始状态到稳定状态的过程，包括系统的响应时间、超调量等性能指标。
系统的稳定过程指的是系统在达到稳定状态之后的行为，包括稳态误差、稳定精度等性能指标。
8.如何设计一个稳定的控制系统？答：设计一个稳定的控制系统需要满足系统的稳定性条件，例如极点位置的要求。
可以通过选择合适的控制器参数、采用合适的控制策略等方式来实现系统的稳定性。
控制工程基础_第三版_机械工业出版社__课后答案
控制工程基础习题解答第一章1-5．图1-10为张力控制系统。
当送料速度在短时间内突然变化时，试说明该控制系统的作用情况。
画出该控制系统的框图。
图1-10 题1-5图由图可知，通过张紧轮将张力转为角位移，通过测量角位移即可获得当前张力的大小。
当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位移的给定值进行比较，得到它们的偏差。
根据偏差的大小调节电动机的转速，使偏差减小达到张力控制的目的。
框图如图所示。
角位移题1-5 框图1-8．图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。
试说明该控制系统的作用情况。
该系统由两个自动控制系统串联而成：跟踪控制系统和瞄准控制系统，由跟踪控制系统获得目标的方位角和仰角，经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给定值，瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。
跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差，由此调整视线方向，保持敏感元件的最大输出，使视线始终对准目标，实现自动跟踪的功能。
瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成，根据计算机给出的火炮瞄准命令，和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较，获得瞄准误差，通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度，实现火炮自动瞄准的功能。
控制工程基础习题解答第二章2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当t<0时，f(t)=0。
(3).()t e t f t 10cos 5.0-=解：()[][]()1005.05.010cos 25.0+++==-s s t e L t f L t(5).()⎪⎭⎫ ⎝⎛+=35sin πt t f图1-13 题1-8图敏感元件解：()[]()252355cos 235sin 2135sin 2++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s st t L t L t f L π2-6．试求下列函数的拉氏反变换。
控制工程基础(第三版,燕山大学)课后习题答案总结
(s + 0.5)
••
+ 0.866 2
(0.578 × 0.866) (s + 0.5)2 + 0.866 2
••
y (t ) + 5 y (t ) + y (t ) = 6
•
y (t ) + 5 y (t ) + 6 y (t ) = 6
•
表 2-2（6） 相加点前移 (7) 相加点后移 习题 2-1 拉氏交换 习题 2-3 （3） dx(t ) = 50 dt t = 0 习题 2-4 习题 2-7 xi,(0-) 其中，B 为
自动控制原理课程教材勘误表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 页码 11 12 14 15 16 18 19 20 21 22 23 23 24 25 26 33 37 37 37 38 倒6 倒8 15 行数 图 2-3b） 式（2-9） 式（2-19） 式（2-22） 倒2 表 2-1（2） 表 2-1（18） 倒2 式（2-37） 倒6 式（2-43） 式（2-43） 误 Beq u1 pL Δp -est I（t） -Φ f(yt) 1 (−1) + f 0 s2
12 19 倒9 倒 10 习题 3-3 习题 3-4 10 8
B K e(t)→0 ωd 决定 x0(t)-1 超调量和 ts=2s T= Mp=0.85，试确定 ∠G(jω)=90º
f k -t/T e →0 ωn 决定 x0(tp)-1 超调量和允许误差 5%时 ts=2s Mp=0.85 ， 峰 值 时 间 tp=0.1s，试确定 ∠G(jω)=-90º T=
扰动 比较元件 给定 元件 输入 输出 串联校 正元件 放大变 执行 元件 并联校 正元件 主反馈信号 xb 反馈 元件 局部反馈 主反馈 控制 对象 信号 x0
《控制工程基础》第3版-课后答案解析
lim e(t)
s0
lim
s0
sE(s)
lim s s0 1
G(s)
Xi (s)
所以，输入为 xi2 sin 6t 1(t), ess2 0.8
（对此题来说，还有一种办法：如果记得对于一阶惯性环节， 当输入为阶跃函数，t=4T时输出为输入的98%，则由放入水 中1min时为输入的98%可直接得出： T=1/4=0.25（min)
uo (30) 1 e 4 1V
arctan 1 2 arccos , cos
arctan 1 2 arccos , cos
3—19单位阶跃输人情况下测得某伺服机构的响应为
试求：(1)系统的闭环传递函数； (2)系统的无阻尼自振角频率及阻尼比。
解：ui (t) i(t)R1 uo (t)
uo (t)
1 c
i(t)dt i(t)R2
对方程式进行拉氏变换得：
U
i
(
s)
I (s)R1
UO (s)
UO (s)
1 Cs
I (s)
I (s)R2
Uo (s) R2Cs 1
消去I(s),得：Ui (s) (R1 R2 )Cs 1
Ds( x2 xo ) k2 xo
x2
Ds k2 Ds
xo
k1 x1
k1Ds k1k2 Ds
xo
k2 xo
(k1Ds k2 Ds k1k2 ) xo k1Dsxi
X o (s)
k1Ds
X i (s) (k1 k2 )Ds k1k2
控制工程基础答案
控制工程基础习题解答：
《控制工程基础习题解答》是2009年清华大学出版社出版的图书，作者是杜继宏，王诗宓。
内容简介：
《控制工程基础习题解答》是与《控制工程基础》配套的教材，它包含了《控制工程基础》书中全部习题的参考解答（文字解答题除外）。
对每道习题都给出了比较详细的、步骤清晰的解题过程。
对许多习题，在题解之外还附加了一项或几项说明，这些说明或者介绍多种不同的解法，或者对题目没有直接提问的相关问题进行更深入的讨论，或者给出方程在无法采用公式求解时的试探法求解过程。
这些说明可以帮助读者更好地理解题目涉及的基本概念、基本方法，也有助于启发读者对各种问题作进一步的思考和分析，同时了解试探法求解某些方程的过程。
对于频率特性图和根轨迹图的绘制，采用了两种方法，一是手工绘制简单实用的示意图，二是利用MATLAB绘制准确曲线图。
控制工程基础（第4版）习题解：
《控制工程基础（第4版）习题解》是2017年清华大学出版社出版的书籍，作者是董景新、郭美凤、陈志勇、刘云峰。
内容简介：
本书是在《控制工程基础(第3版)习题解》基础上编写而成的，主要是配合董景新、赵长德等编著的《控制工程基础(第4版)》教材(该教材被列为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材)，与该
教材各章后的习题相对应。
该习题解对教材各章后的习题均做了较为详细的解答。
内容包括:概论、控制系统的动态数学模型、时域瞬态响应分析、控制系统的频率特性、控制系统的稳定性分析、控制系统的误差分析和计算、控制系统的综合与校正、根轨迹法、控制系统的非线性问题、计算机控制系统。
该书可供机械类、仪器类及其他非控制专业的师生参考，还可供相关科研和工程技术人员自学参考。
控制工程基础_董景新_《控制工程基础》课程
第一章概论本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。
学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。
例1 例图1-1a为晶体管直流稳压电源电路图。
试画出其系统方块图。
例图1-1a 晶体管稳压电源电路图解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。
对于本题，可画出方块图如例图1-1b。
例图1-1b 晶体管稳压电源方块图本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过R和4R分压后与稳压管的电3压U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w电流增大，集电极电流随之增大，降在R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。
c反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。
例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。
其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。
解：该系统是一种阀控液压油缸。
当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。
因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。
当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。
由此可画出如例图1-2b的职能方块图。
例图1-2a 简单液压系统例图1-2b 职能方块图1．在给出的几种答案里，选择出正确的答案。
（1）以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较为_______ （A ）开环高； （B ）闭环高； （C ）相差不多； （D ）一样高。
（2）系统的输出信号对控制作用的影响 （A ）开环有； （B ）闭环有； (C ）都没有； （D ）都有。
控制工程基础课后习题答案
详细描述
通过调整系统的传递函数，可以改变系统的 频率响应特性。在设计控制系统时，我们需 要根据实际需求，调整传递函数，使得系统 的频率响应满足要求。例如，如果需要提高 系统的动态性能，可以减小传递函数在高频 段的增益。
06 第五章 控制系统的稳定性 分析
习题答案5-
习题答案
• 习题1答案：该题考查了控制系统的基本概念和组成。控制系统的基本组成包 括被控对象、传感器、控制器和执行器等部分。被控对象是实际需要控制的物 理系统或设备；传感器用于检测被控对象的输出状态，并将检测到的信号转换 为可处理的电信号；控制器根据输入的指令信号和传感器的输出信号，按照一 定的控制规律进行运算处理，并输出控制信号给执行器；执行器根据控制信号 对被控对象进行控制操作，使其达到预定的状态或性能要求。
控制工程基础课后习题答案
目 录
• 引言 • 第一章 控制系统概述 • 第二章 控制系统的数学模型 • 第三章 控制系统的时域分析 • 第四章 控制系统的频域分析 • 第五章 控制系统的稳定性分析 • 第六章 控制系统的校正与设计
01 引言
课程简介
01
控制工程基础是自动化和电气工 程学科中的一门重要课程，主要 涉及控制系统的基本原理、分析 和设计方法。
总结词
控制系统校正的概念
详细描述
控制系统校正是指在系统原有基础上，通过加入适当的 装置或元件，改变系统的传递函数或动态特性，以满足 性能指标的要求。常见的校正方法有串联校正、并联校 正和反馈校正等。校正装置通常安装在系统的某一环节 ，以减小对系统其他部分的影响。
习题答案6-
总结词
控制系统设计的一般步骤
习题答案5-
总结词
《控制工程基础》第四章习题解题过程和参考答案
4-1设单位反应系统的开环传达函数为：G (s)10。
当系统作用有以下输入信号时：r (t ) sin(t 30 ) ，试s1求系统的稳态输出。
解：C( s)G( s)10系统的闭环传达函数为：( s)11R(s)1G(s)s111这是一个一阶系统。
系统增益为：K 101，时间常数为： T 1111其幅频特征为：A()K12T 2其相频特征为：()arctan T当输入为 r (t )sin(t30 ) ，即信号幅值为：A 1 ，信号频次为：1，初始相角为：030。
代入幅频特征和相频特征，有：K10 1110A(1)2T 2 1 112122111(1)arctan T1所以，系统的稳态输出为：arctan15.1911c(t ) A(1) A sin t30(1)10sin(t24.81 )1224-2 已知系统的单位阶跃响应为：c(t) 1 1.8e 4t0.8e 9t(t0) 。
试求系统的幅频特征和相频特征。
解：对输出表达式两边拉氏变换：C( s)1 1.80.8361s s 4s9s( s4)(s9)s s1)s(1)(49因为 C ( s)(s)R( s) ，且有R(s)1（单位阶跃）。
所以系统的闭环传达函数为：s( s)1( s 1)(s1) 4 9可知，这是由两个一阶环节构成的系统，时间常数分别为：T 1 , T 1 14 2 9系统的幅频特征为二个一阶环节幅频特征之积，相频特征为二个一阶环节相频特征之和：A( ) A 1( )A 2( )11 12T 1212T 222 21)(1)(18116( )1() 2()arctan T 1 arctan T 2arctan4arctan94-3 已知系统开环传达函数以下，试大要绘出奈氏图。
1（ 1） G ( s)（ 2） G ( s)1 0.01s1s(1 0.1s)1000(s 1) （ 3） G ( s)s(s 2 8s 100)50(0.6 s 1) （ 4） G ( s)s 2 (4 s 1)解：手工绘制奈氏图，只好做到大要绘制，很难做到精准。
控制工程基础第三版机械工业出版社课后答案
For personal use only in study and research; not forcommercial useFor personal use only in study and research; not forcommercial use控制工程基础习题解答第一章1-5 .图1-10为张力控制系统。
当送料速度在短时间内突然变化时,图1-10题1-5图由图可知，通过张紧轮将张力转为角位移，通过测量角位移即可获得当前张力的大小。
当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位移的给定值进行比较，得到它们的偏差。
根据偏差的大小调节电动机的转速，使偏差减小达到张力控制的目的。
框图如图所示。
计算机 指挥仪瞄准误差定位伺 服机构 （方位 和仰角） 火炮方向 —►瞄准环路给定值心误差放大电压由动机转速滚轮 转速■输送带张力—V■角位移 测量兀件角位移测量轮位移V -------------张紧轮 4（电压等）■1-8.图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。
试说明 该控制系统的作用情况。
图1-13题1-8图该系统由两个自动控制系统串联而成：跟踪控制系统和瞄准控制系统， 由跟踪控制系统获得目标的方位角和仰角，经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给 定值，瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。
跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差， 由此调整视线方向， 保持敏感元件的最大输出，使视线始终对准目标，实现自动跟踪的功能。
瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成，根据计算机给出的火炮瞄准命令，和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较，获得瞄准误(4)解:2s 5s 2 Fs = s 2 s2 2s 2LWs “占I]s2 5s 2 k1k?s k3_s 2 s2 2s 2 s25s 2_s““2s + 2) =-2 s = —22s 5s 2k2s k3s「1 - j]s ；s25s2： 2 s2+ 2s + 2b-k? k3 - jk2 =_3_3j1 - jk2= 3k3 =3L42IL s 23s 3s2 2s 2= L J—2+ 恥+ 门1「s + 2 (s+1 )2+1_--2e^t 3e cost (8)ss2- 2s 5解:差，通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度，实现火炮自动瞄准的功能。
第四章频率特性10_557902437
第四章 控制系统的频率特性 4.1 机电系统频率特性的概念及其基本实 验方法 4.2 极坐标图（Nyquist图） 4.3 对数坐标图（Bode图） 4.4 由频率特性曲线求系统传递函数 4.5 由单位脉冲响应求系统的频率特性 * 4.6 对数幅相图（Nichols图） 4.7 控制系统的闭环频响 4.8 机械系统动刚度的概念
2 2 2
1 T 2 2
2
j
1 T 2T
2 2 2
2
2T
2
G j
1
相角0º ～－180º ，与负虚轴有交点。 Re[ G j ] 0 令 或 G j 90 得 1 T n 1 G j n 90 2 为与负虚轴交点。
4.1 频率特性概述
物理意义 频域法是工程上广为采用的系统分析和综合 的间接方法。除了电路与频率特性有着密切关 系外，在机械工程中机械振动与频率特性也有 着密切的关系。 数学依据
傅立叶变换
1
2010/3/29
频率特性的物理背景
RC电路网络正弦输入的 稳态响应
R
u i t
C
已知 u (t ) sin(t ) i uo t 求稳态时 uo (t ) ?
当 0 时，
G j 10
G j 90 arctan( ) arctan( 2 ) 当 0 时，G j 90
当 时，G j 0 270 其相角范围从-90º ~-270º ，因此必有与 负实轴的交点。
G j
1
G j0 10
G j 0 90
5.二阶振荡环节
G j
G j
1 2 T 2 j 2T j 1