控制工程基础习题解答
《控制工程基础》题集
《控制工程基础》题集一、选择题（每题5分，共50分）1.在控制系统中，被控对象是指：A. 控制器B. 被控制的设备或过程C. 执行器D. 传感器2.下列哪一项不是开环控制系统的特点？A. 结构简单B. 成本低C. 精度低D. 抗干扰能力强3.PID控制器中的“I”代表：A. 比例B. 积分C. 微分D. 增益4.下列哪种控制系统属于线性定常系统？A. 系统参数随时间变化的系统B. 系统输出与输入成正比的系统C. 系统输出与输入的平方成正比的系统D. 系统参数随温度变化的系统5.在阶跃响应中，上升时间是指：A. 输出从0上升到稳态值的时间B. 输出从10%上升到90%稳态值所需的时间C. 输出从5%上升到95%稳态值所需的时间D. 输出达到稳态值的时间6.下列哪种方法常用于控制系统的稳定性分析？A. 时域分析法B. 频域分析法C. 代数法D. A和B都是7.在频率响应中，相位裕度是指：A. 系统增益裕度对应的相位角B. 系统相位角为-180°时的增益裕度C. 系统开环频率响应相角曲线穿越-180°线时的增益与实际增益之差D. 系统闭环频率响应相角曲线穿越-180°线时的增益8.下列哪种控制策略常用于高精度位置控制？A. PID控制B. 前馈控制C. 反馈控制D. 最优控制9.在控制系统的设计中，鲁棒性是指：A. 系统对参数变化的敏感性B. 系统对外部干扰的抵抗能力C. 系统的稳定性D. 系统的快速性10.下列哪项不是现代控制理论的特点？A. 基于状态空间描述B. 主要研究单变量系统C. 适用于非线性系统D. 适用于时变系统二、填空题（每题5分，共50分）1.控制系统的基本组成包括控制器、和。
2.在PID控制中，比例作用主要用于提高系统的______，积分作用主要用于消除系统的______，微分作用主要用于改善系统的______。
3.线性系统的传递函数一般形式为G(s) = ______ / ______。
控制工程基础课后答案
控制工程基础课后答案第一题题目：什么是控制工程？它的主要任务是什么？答案：控制工程是一门工程技术学科，它以数学、物理和工程技术为基础，研究如何通过设计、分析和实现控制系统来实现对动态系统的控制。
控制工程的主要任务是利用反馈原理，通过感知系统输出信号与期望信号之间的差异并使用控制器进行调整，从而使系统达到预期的目标和性能指标。
第二题题目：什么是开环控制系统和闭环控制系统？它们有什么区别？答案：开环控制系统是一种基本控制系统结构，它将输入直接转换为输出，没有考虑实际输出与期望输出之间的差异。
闭环控制系统是在开环控制系统基础上增加了反馈回路，实时监测系统输出，并将实际输出与期望输出进行比较，以校正错误并调整控制器的输出信号。
区别在于开环控制系统没有反馈回路，因此无法纠正系统误差，而闭环控制系统利用反馈回路实现系统的自动校正。
闭环控制系统具有更好的鲁棒性和稳定性，可以使系统在存在不确定性和干扰的情况下仍能达到预期的控制目标。
第三题题目：什么是传递函数？如何将动态系统表示为传递函数？答案：传递函数是用于描述线性时不变系统的数学模型。
它是输出与输入之间关系的比值函数，衡量了系统对输入信号的响应程度。
传递函数可以用于分析和设计控制系统。
将动态系统表示为传递函数需要进行系统的数学建模。
通常，通过对系统的微分方程进行拉普拉斯变换，可以得到系统的传递函数。
拉普拉斯变换将微分方程转换为一个以变量s为复数的函数的代数表达式，其中s表示频域复平面上的复变量。
第四题题目：什么是反馈控制？它在控制系统中起到什么作用？答案：反馈控制是一种控制技术，通过测量系统输出并将其与期望输出进行比较，根据差异调整控制器的输出信号。
反馈控制可以使系统对不确定性和干扰具有鲁棒性，并实现系统的自动校正，使系统能够快速、准确地响应外部变化。
在控制系统中，反馈控制起到了校正系统误差的作用。
通过与期望输出进行比较，反馈控制可以检测到系统偏差，并通过调整控制器的输出信号来纠正这些偏差。
《控制工程基础》课程作业习题(含解答)
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。
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。
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。
题1-5 框图电动机给定值角位移误差张力-转速位移张紧轮滚轮输送带转速测量轮测量元件角位移角位移（电压等）放大电压测量 元件>电动机角位移给定值电动机图1-10 题1-5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 et f t10cos 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 元件定位伺服机构 （方位和仰角）计算机指挥仪目标 方向跟踪环路跟踪 误差瞄准环路火炮方向火炮瞄准命令--视线瞄准 误差伺服机构（控制绕垂直轴转动）伺服机构（控制仰角）视线敏感元件计算机指挥仪解：()[]()252355cos 235sin 2135sin 2++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s s t 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。
控制工程基础习题答案_清华大学出版社_沈艳_孙锐主编
1 ，依题意 s
C ( s)
1 2 1 3s 2 1 s s 2 s 1 ( s 1)(s 2) s C ( s) 3s 2 R( s) ( s 1)(s 2)
G( s)
4 1 k (t ) L1 G ( s ) L1 4e 2t e t s 1 s 2
( s)
F ( s)
?
G1 ( s )
G2 ( s )
G3 ( s )
C (s)
G4 ( s )
解 首先按方框图化简规则，将图 2-34（ a ）化简成图 2-34（ c ） ，应用图 2-34（ c ）
G2 ( s ) G1 ( s ) 可以方便地求出开环传递函数和四种闭环传递函数，即
第二章
2-1 试证明图 2-28 中所示的力学系统(a)和电路系统(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，如图 解2-2(a)所示。对A点有
y ) f1 ( y y 1 ) k 2 ( x y) f 2 ( x
(1) 对 B 点有
2-3 某位置随动系统原理框图如图 2-31 所示，已知电位器最大工作角度 Qm ＝
3300，功率放大器放大系数为 k3 。 （1） （2） （3） 分别求出电位器的传递函数 k 0 ，第一级和第二级放大器的放大系数 k1 ， k 2 ； 画出系统的结构图； 求系统的闭环传递函数 Qc (s)
Qr (s) 。
1-5 图 1.16 是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器 P 1 、 P2 并 联后跨接到同一电源 E 0 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定 元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采 用电枢控制的方式工作。试分析系统的工作原理，指出系 统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。
控制工程基础习题与答案
1、控制论的作者是A.香农B.维纳C.卡尔曼D.钱学森正确答案：B2、下面那个结构是不属于控制系统的A.主反馈B.局部反馈C.混合反馈D.前向通道正确答案：C3、关于自动控制系统分类下面哪种分类是错误的A.线性系统和非线性系统B.控制方式分类分为开环控制、反馈控制及复合控制系统C.连续系统和离散系统D.运动控制系统和确定性系统正确答案：D4、下面那一项不是我们对控制系统的基本要求A.简单性B.快速性C.准确性D.稳定性5、线性系统不具备下例那个性质A.叠加性B.齐次性C.叠加性和齐次性D.继电特性正确答案：D6、下面那个选项不是系统的数学模型A.微分方程B.传递函数C.结构图D.零极点正确答案：D7、系统（s+5）/(s+1)(s+10)的零极点是A.极点-1，-10 零点-5B.极点-5 零点-1，-10C.极点5 零点1，10D.无正确答案正确答案：A8、关于传递函数的描述那个结论是正确的A.传递函数的极点与系统的运动模态没有关系B.传递函数的形式是由输入和输出的形式决定的。
C.传递函数的零点决定了系统的运动模态D.系统传递函数与系统的微分方程可以互相转化9、关于系统的结构图描述错误的是哪个A.结构图有信号线、比较器、引出点、方框组成B.系统的结构图是唯一的C.结构图可以化简最终成为传递函数D.结构图也是系统的一种数学模型正确答案：B10、下例哪种结论是错误的A.系统的闭环传递函数与误差的传递函数有相同的特征方程B.单位脉冲响应的拉氏变换就是系统的传递函数C.信号1的拉氏变换是1/sD.传递函数定义为系统输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比正确答案：D11、下例那个性能指标反应二阶系统动态过程的稳定性A.超调量B.调节时间C.上升时间D.峰值时间正确答案：A12、当阻尼比为何值时，典型二阶系统的阶跃响应振荡衰减。
A.0B.1C.1.5D.0,707正确答案：D13、关于系统稳定性以下结论错误的是A.系统的特征方程缺项时系统是不稳定的。
最新《控制工程基础》习题集及答案
最新《控制⼯程基础》习题集及答案《控制⼯程基础》习题集及答案第⼀部分：单选题1.⾃动控制系统的反馈环节中必须具有[ b ] a.给定元件 b ．检测元件 c ．放⼤元件 d ．执⾏元件2. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输⼊，两者之间的传递函数是[ a ] a ．⽐例环节 b ．积分环节 c ．惯性环节 d ．微分环节3. 如果系统不稳定，则系统 [ a ] a.不能⼯作 b ．可以⼯作，但稳态误差很⼤ c ．可以⼯作，但过渡过程时间很长 d ．可以正常⼯作4. 在转速、电流双闭环调速系统中，速度调节器通常采⽤[ B ]调节器。
a ．⽐例b ．⽐例积分c ．⽐例微分d ．⽐例积分微分5.单位阶跃函数1(t)的拉⽒变换式L[1(t)]为[ B ]： a ．S b. S1 c.21Sd. S 26. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输⼊，两者之间的传递函数是[ A ] A ．⽐例环节 B ．积分环节 C ．惯性环节 D ．微分环节7．如果系统不稳定，则系统 [ A ]A. 不能⼯作 B．可以⼯作，但稳态误差很⼤C．可以⼯作，但过渡过程时间很长 D．可以正常⼯作8. 已知串联校正⽹络(最⼩相位环节)的渐近对数幅频特性如下图所⽰。
试判断该环节的相位特性是[ A ]：A．相位超前B．相位滞后[ B ]调节器。
A．⽐例 B．⽐例积分C．⽐例微分 D．⽐例积分微分10. 已知某环节的幅相频率特性曲线如下图所⽰，试判定它是何种环A．相位超前 B. 相位滞后C. 相位滞后－超前D. 相位超前－滞后 12. 开环增益K 增加，系统的稳定性（ c ）：A ．变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不⼀定 13. 开环传递函数的积分环节v 增加，系统的稳定性（）：A ．变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不⼀定 14. 已知 f(t)=0.5t+1，其L[f(t)]=( c ): A ．S+0.5S 2 B. 0.5S 2 C. S S1212D. S 2115.⾃动控制系统的反馈环节中必须具有（ b ）：A.给定元件 B ．检测元件 C ．放⼤元件 D ．执⾏元件16.PD 调节器是⼀种（ a ）校正装置。
控制工程基础习题解答
G1s
Y1(s) Fi (s)
1 M1s2 D1sk1
1YF2i ((ss))
M2s2
D2sk2
D3s
1 M1s2 D1sk1
1
1
M1s2 D1sk1
D3s M2s2 D2sk2
D3s M1s2 D1sk1
M2s2 D2sk2
M2s2 D2sD3sk2 M1s2 D1sk1 D3s M1s2 M2s2 D1sD2sk1 k2
con t con t 0 sin t 0 con t con t 0 sin t 0
sin t con t 0 con t sin t 0 con t 0 con t con t 0 sin t sin t 0 sin t 0
con t 0 sin (t t 0 ) sin t 0 con (t t 0 )
fa
t
Mxt
Dxt
kx
t
aFi s bFa s
Fa
s
Ms
2
X
s
DsX
s
kX
s
Gs
X s Fi s
a/b Ms 2 Ds
k
2-25：试求题图2-25所示机械系统的传递函数。
解： rftJtDtkt
rFsJs2sDssks
GsFss
Js2
r Dsk
2-26：试求题图2-26所示系统的传递函数 。
3-7 解：1、系统的闭环传递函数为 Gb(s)1 GG (s()s)s21s1
由传递函数的形式可以看出该系统为一个二阶系统，阻尼比 0.5
R2 L2s
1
,
又
：I I
1 7
s s
《控制工程基础》练习题及答案
《控制工程基础》练习题及答案1.单选题L作为控制系统，一般()。
A.开环不振荡B.闭环不振荡C.开环一定振荡D.闭环一定振荡正确答案：A2.串联相位滞后校正通常用于()。
A.提高系统的快速性B.提高系统的稳态精度C.减少系统的阻尼D.减少系统的固有频率正确答案：B3 .下列串联校正装置的传递函数中,能在频率3C=4处提供最大相位超前角的是()。
A. (4s + l)∕(s+l)B. (s+l)∕(4s + l)C. (0.1s + l)∕(0.625s + l)D. (0.625s + l)∕(0.1s + l)正确答案：D4 .利用乃奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性时，Z=P-N中的Z表示意义为()。
A.开环传递函数零点在S左半平面的个数B.开环传递函数零点在S右半平面的个数C.闭环传递函数零点在S右半平面的个数D.闭环特征方程的根在S右半平面的个数正确答案：D5 .某环节的传递函数为G⑸=Ts + l,它是()。
A.积分环节B.微分环节C. 一阶积分环节D. 一阶微分环节正确答案：D6.单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=4∕s(s÷5),则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为()。
A. 10/4B. 5/4C. 4/5D. 0正确答案：A7.已知系统的开环传递函数为100∕S2(0∙lS+l)(5S+4),则系统的开环增益以及型次为()。
A. 25 , ∏型B. IOO , ∏ 型C. 100 z I 型D. 25 , O 型正确答案：A8.控制论的中心思想是（）。
A. 一门即与技术科学又与基础科学紧密联系的边缘科学8 .通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制C.抓住一切通讯和控制系统所共有的特点D,对生产力的发展、生产率的提高具有重大影响正确答案：B9 .反馈控制系统是指系统中有（）。
A.反馈回路B.惯性环节C.积分环节D. PID调节器正确答案：A10.下面因素中，与系统稳态误差无关的是（）。
控制工程基础考卷带答案复习资料
专业课原理概述部分一、选择题（每题1分，共5分）1. 控制系统的基本目的是？A. 提高系统精度B. 增强系统稳定性C. 改善系统性能D. 所有上述A. 稳定性B. 静态误差C. 响应时间D. 系统效率3. PID控制器中的P代表？A. 积分B. 比例C. 微分D. 偏差4. 开环控制系统与闭环控制系统的区别在于？A. 开环控制系统有反馈B. 闭环控制系统无输入C. 开环控制系统无反馈D. 闭环控制系统无输出A. 系统类型B. 开环增益C. 输入信号类型D. 控制器类型二、判断题（每题1分，共5分）1. 控制系统可以完全消除外部扰动的影响。
（×）2. 增加开环增益会提高系统的稳态精度。
（√）3. 所有控制系统都需要反馈才能正常工作。
（×）4.PID控制器适用于所有类型的控制系统。
（×）5. 控制系统的动态性能只与系统的时间常数有关。
（×）三、填空题（每题1分，共5分）1. 控制系统的基本组成部分包括控制器、执行机构、______和被控对象。
2. 控制系统的性能指标主要包括稳定性、快速性和______。
3.PID控制器由比例、积分和______三个部分组成。
4. 闭环控制系统的特点是输出信号对输入信号进行______。
5. 控制系统的数学模型通常包括______模型、传递函数模型和状态空间模型。
四、简答题（每题2分，共10分）1. 简述控制系统的基本原理。
2. 解释开环控制系统和闭环控制系统的区别。
3. 什么是PID控制器？它有什么作用？4. 简述控制系统的稳定性定义及其重要性。
5. 控制系统设计的基本步骤有哪些？五、应用题（每题2分，共10分）1. 设计一个简单的温度控制系统，并说明其工作原理。
2. 如何通过增加积分环节来减小系统的稳态误差？3. 给出一个应用PID控制器的实际案例，并解释其参数调整的意义。
4. 分析一个闭环控制系统中的反馈对系统性能的影响。
控制工程基础董景新第四版课后
习题解析控制工程基础董景新第四版课后习题解析第一章1.1 选择题1. A. 正确答案是A，因为XXXXXXX。
2. B. 正确答案是B，因为XXXXXXX。
3. C. 正确答案是C，因为XXXXXXX。
1.2 简答题1.简要叙述什么是控制工程？控制工程是通过设计和实现控制系统，对被控对象的某些行为或输出进行调整、约束和稳定。
控制工程主要涉及传感器、执行机构、控制算法和控制器等组成的实际系统。
2.什么是开环控制系统和闭环控制系统？开环控制系统是指无反馈信息的控制系统，控制器根据预先设定的输入信号直接控制执行机构。
闭环控制系统是指带有反馈信息的控制系统，控制器根据测量到的系统输出和预设输入之间的差异进行控制。
第二章2.1 计算题1.计算机器人运动过程中的速度和加速度。
已知机器人的运动方程为XXXXXXX，根据给定的参数计算速度和加速度为XXXXXXX。
2.计算PID控制器的参数。
已知系统的开环传递函数为XXXXXXX，根据给定的性能要求计算PID控制器的参数为XXXXXXX。
2.2 简答题1.简述机器人的运动学和动力学。
机器人的运动学研究机器人的运动和变形，通过分析机器人的几何结构和运动规律，研究机器人的位置、速度和加速度等。
机器人的动力学研究机器人的力学性能，通过分析机器人的力、力矩和质量等，研究机器人的力学特性和动态响应。
2.什么是反馈控制系统的稳定性。
反馈控制系统的稳定性是指系统在外部干扰或系统参数变动的情况下，系统的输出能够保持在稳定状态，不会出现振荡或不稳定的现象。
稳定性可以通过分析系统的极点位置、频率响应和幅频特性来评估。
第三章3.1 计算题1.根据给定的传递函数和输入信号，计算系统的输出响应。
已知系统的传递函数为XXXXXXX，输入信号为XXXXXXX，根据给定的参数计算系统的输出响应为XXXXXXX。
2.计算反馈控制系统的稳定裕度。
已知系统的开环传递函数为XXXXXXX，根据给定的参数计算反馈控制系统的稳定裕度为XXXXXXX。
控制工程习题答案
控制工程基础习题解答(第三版)第一章 (1)第二章 (4)第三章 (21)第四章 (34)第五章 (41)第六章 (47)第七章 (61)第一章1-1解：（1）B （2） B （3）B （4）A1-2解：优点略点开环简单，不存在稳定性问题精度低，不抗干扰闭环精度高，抗干扰复杂，设计不当易振荡1-3解：（1）自行车打气如图1-1所示职能方块图，为闭环系统。
图1-1（2）普通电烙铁的职能方块图如图1-2所示，为开环系统。
图1-2（3）车玩具的职能方块图如图1-3所示，为开环系统。
图1-3（4）船自动舵的职能方块图如图1-4所示，为闭环系统。
图1-4（5）灯自动开关的职能方块图如图1-5所示，为开环系统。
图1-51-4解：系统输入量：被记录的电压信号U2系统输出量：记录笔的位移L被控对象：记录笔1-5解：（a）：对于图（a）所示的系统，水箱中输出流量和输入流量决定了水箱的水位变化，水位的高低决定了浮球的位置，流量通过杠杆机械对应阀门的开启大小，阀门的大小决定输入流量补偿输出流量，最终水位保持一定值。
其职能方块图如下图所示：（b）：对于（b）图所示的系统，控制水位的过程与图（a）系统中浮球的位置通过杠杆机构操纵双向触点电开关，两个触点电机正、反转，电机的正、反转对应阀门的开大、开小，系统由于使用了电机，系统的反应加快，其职能方块图如下图所示：1-6：试画出实验室用恒温箱职能方块图。
解：根据一般实验室用恒温箱的工作原理图，画出其职能方块图如下：第二章2-1 解：（1）: )](12[)](1[)](5[)]()4[()(t L t t L t L t t L S F ⋅+⋅++=δδ S SS S 215215022++=+++= （2）: )25(253)(2++=s s S F（3）: 11)(2++=-s e S F sπ（4）: )}(1)6(1)]6(2cos 4{[)(5t e t t L S F t ⋅+-⋅-=-ππ5144512426226+++=+++=--S s Se S s Se s sππ（5）: Se S e S F ss 226600)(--+=+++= （6）: )]4(1)90453cos(6[)(π-⋅--=t t L S F9636)]4(1)4(3cos 6[24224+=+=-⋅-=--S SeS Se t t L S Sππππ（7）: )](18sin 25.0)(18cos [)(66t t e t t e L S F t t ⋅+⋅=--1001288)6(28)6(622222+++=++++++=S S S S S S（8）: 99)20(52022)(262++++++=-s es s S F sπ2-2 解：（1）: )(1)2()3221()(321t e e S S L t f t t ⋅+-=+++-=---（2）: )(12sin 21)(t t t f ⋅=（3）: )(1)2sin 212(cos )(t t t e t f t ⋅+=（4）: )1(1)1()(11-⋅=-=---t e S e L t f t s（5）: )(1)22()(2t e e te t f t t t ⋅-+-=---（6）: )(1215sin 15158))215()21(21515158()(2221t t e S L t f t⋅=++⋅=-- （7）: )(1)3sin 313(cos )(t t t t f ⋅+=2-3 解：（1） 对原方程取拉氏变换，得：SS X x S SX x Sx S X S 1)(8)]0()([6)0()0()(2=+-+--⋅∙ 将初始条件代入，得：61)()86(1)(86)(6)(22++=++=+-+-S SS X S S SS X S SX S S X S48724781)86(16)(22+-++=++++=S S S S S S S S S X 取拉氏反变换，得：t t e e t x 42874781)(---+=（2） 当t=0时，将初始条件50)0(=∙x 代入方程，得：50+100x(0)＝300 则x(0)=2.5对原方程取拉氏变换，得： sx(s)-x(0)+100x(s)=300/s 将x(0)=2.5代入，得：S300100X(S)2.5-SX(S)=+1005.03100)S(S 3002.5S X(S)+-=++=s s取拉氏反变换，得：-100t 0.5e -3x (t)=2-4解：该曲线表示的函数为：)0002.0(16)(-⋅=t t u则其拉氏变换为：se s U s0002.06)(-=2-5 解：)0()0()(3)(2)(2)(30100==+=+i i x y t x dtt dx t y dt t dy 将上式拉氏变换，得：2332)()()()32()()23()(3)(2)(2)(30000++=+=++=+S S S X S Y S X S S Y S S X S SX S Y S SY i i i i23-S 32-S Z p ==∴零点极点又当 时)(1)(t t x i =SS X i 1)(=S S S S X S X S Y S Y i i 12332)()()()(00⋅++=⋅=3212332)()0(2312332)()(lim lim lim lim 000000=⋅++⋅=⋅=∴=⋅++⋅=⋅=∞∴∞→∞→→→S S S S S Y S y S S S S S Y S y s s s s2-6解：（a ）传递函数：132123233321123233321232333211111H G G G H G G H G G G G H H G G H G G G G H G G H G G G G R C+++=⋅++⋅+++⋅=（b）传递函数：（ｃ）传递函数：（ｄ）传递函数：32121212211211H G G H H G G H G H G G G R C++++= 2-7 解：通过方块图的变换，系统可等价为下图：2-8 解：2-9 解：（a）（b）（c）（d）（e）（f）(g)2-10 解：（a）（b）（c）2-11 解：（a）（b）（c）（d）2-12 解：（a）（b）2-13 解：（a）（b）2-14 解：2-15 解：（1）（2）2-16 解：2-17 解：2-18 解：以题可画出方块图如下：2-19 解：2-20 解：2-21 解：212313122123231211221332311221421232221)()()()()(k k s k D k D k D k D s D D D D D D k M k M s D M D M D M D M s M M k s D D s M s G +++++++++++++++++=21231312212323121122133231122142132)()()()(k k s k D k D k D k D s D D D D D D k M k M s D M D M D M D M s M M s D s G ++++++++++++++=（2、3、4）略2-22 以后略第三章3-23-3 解：3-4 解：3-53-6 解：3-7 解：3-8 解：3-103-113-13 解：3-14解：3-153-163-183-20 解：3-22 解：3-23 解：3-243-25 解：3-26、3-27 略3-28解：3-29、3-30 略3-31解：3-32、3-33略第四章4-1解：4-2解：4-4 解：4-6 解：（a）(c)(d)(e)4-74-8、4-9 略4-10解：4-11解：4-12解：4-13、4-14、4-15 略4-16解：4-17 略4-18解：4-19、4-20、4-21 略第五章5-15-2、5-3、5-4 略5-55-6 略5-75-85-9、5-10 略5-125-13 略5-15 略5-16 解：5-17 略5-18 解：解：5-20 解：5-21、5-22、5-23、5-24 略 5-25 解：5-26 略附题：设单位反馈的开环传递函数为)10)(2()5.0(10)(2+++=S S S S K S G试用乃氏判据确定该系统在K=1和K=10时的稳定性。
控制工程基础课后习题解答
(R1
R2
)C
d dt
uo
(t
)
uo
(t
)
R2C
d dt
ui
(t
)
ui
(t)
xi
xo
K1 K2 B f)
K1(
xi
xo
)
K2
(
xo
x)
B
dx dt
(K1
K2)B
d dt
xo
(t)
K1K 2 xo
(t)
K1B
d dt
xi
(t)
K1K 2 xi
(t)
易见：a)与b)、c)与d)、e)与f)为相似系统。
第2章 习题解答
dx2 dt
B2
dx2 dt
K 2 x2
m2
d 2x2 dt 2
第2章 习题解答
m1m2
d 4x2 dt 4
(m1B2
m1B3
m2 B1
m2 B3 )
d 3x2 dt3
(m1K2
m2 K1
B1B2
B1B3
B2 B3 )
d 2x2 dt 2
( K1B2
K1B3
K 2 B1
K 2 B3 )
dx2 dt
故：G2 (s)
X o (s) Xi (s)
(B1s K1)(B2s K2 ) (B2s K2 )(B1s K1) K1B1s
B1 K1 s 1 B2 K2 s 1
B1 K1 s 1 B2 K2 s 1 B1 K2 s
显然：两系统具有相同形式的传递函数。
第2章 习题解答
2-8 按信息传递和转换过程，绘出图示两机械系 统的方框图。
《控制工程基础》参考复习题及答案
】 】
7.闭环系统前向传递函数是【 】 A.输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 B.输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 C.输出信号的拉氏变换与误差信号的拉氏变换之比 D.误差信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 8.一阶系统的时间常数为 T，其脉冲响应为【 】 A. 1 e
t T
B. t T Te
t
T
C.
1 tT e T
】
D. T Te
t
T
8－1.一阶系统的时间常数为 T，其单位阶跃响应为【 A. 1 e
t T
B. t T Te
t
T
C.
1 tT e T
】
D. T Te
t
T
8－2.一阶系统的时间常数为 T，其单位斜坡响应为【 A. 1 e
D.线性控制系统
A.2 B.1 C.0 D. 不确定 28.一阶系统的单位阶跃响应在 t＝0 处的斜率越大，系统的【 】 A.响应速度越快 B.响应速度越慢 C.响应速度不变 D.响应速度趋于零 29.临界阻尼二阶系统的单位阶跃稳态响应为【 】 A.零 B.常数 C.单调上升曲线 D.等幅衰减曲线 30.欠阻尼二阶系统的输出信号振幅的衰减速度取决于【 】 A. n B. C. g 】 D. D. c
t T
B. t T Te
t
T
C.
1 tT e T
t T
D. T Te
t
T
8－3.一阶系统的时间常数为 T，其单位阶跃响应的稳态误差为【 A.0 B. T C.
】
1 T 1 T
D. T Te
8－4.一阶系统的时间常数为 T，其单位斜坡响应的稳态误差为【 A.0 B. T C. D. T Te
《控制工程基础》王积伟_第二版_课后习题解答
d)画系统框图
2)a)建立微分方程:
b)拉氏变换:
c)绘制单元方框图(略)
4)绘制系统框图
2-11
解:a)
b)
2-14
解:(1)
(2)由于扰动产生的输出为:
要消除扰动对输出的影响,必须使
得到:
得到:
第三章
3-1
解:1)法一:一阶惯性环节的调整时间为4T,输出达稳态值的98%,故:
3-8
解:闭环传递函数
1)K＝200:
最大超调量
峰值时间
调整时间
上升时间
振动次数
2)K＝150,得到:
依次得到的动态性能指标:0、54,0037s,0、175s,0、02s,2、34。
3)K＝13、5,得到:
此时,系统为过阻尼系统,为两个惯性环节串联。
4)对于二阶系统传递函数化为标准形式后,只要 不变,系统调整时间ts不变;随着 增大,过渡过程在缩短(tp,tr),但总过渡时间(调整时间ts)不变;而随着 的减小,振动幅度在加剧,振动次数N、超调量Mp都在加大。
3)单位加速度输入稳态误差;
法二:
3-11
解:开环传递函数 ,此系统为 型系统。
1)稳态误差系数
2)输入信号为阶跃信号、速度信号与加速度信号的组合,它们的系数分别为:
根据信号线性叠加的原理,系统的稳定误差为:
a)当 时,
b)当 时,
c)当 时,
3-12
解:
1)仅有输入信号作用下的稳态误差
偏差传递函数
4T＝1min,得到:T＝15s
法二:求出一阶惯性环节的单位阶跃时间响应,代入,求出。
2)法一:输入信号 ,就是速度信号;
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第二章习题解
2-13：证明题图2-13中（a）与（b）表示的系统是相似系统。 (a )解：
1 u t R i ( t ) R i ( t ) i t dt 11 2 i C2 1 u t R i ( t ) it dt 2 0 C2 ui t u0 t R1i1 t 1 ui t u0 t i2 t dt C1 i (t ) i t i t 1 2
1 I 2 s C1s
联立上述方程可求得 : 1 R1C1s 1 R2C2 s U s G s 0 U i s R1C2 s 1 R1C1s 1 R2C2 s
R1 R2C1C2 s 2 R1C1 R2C2 s 1 R1 R2C1C2 s 2 R1C1 R2C2 R1C2 s 1
第二章习题解
(c)解：关键是确定 i1 t 和ic t 的方向 U i s u A t U A s ui t R R R1 R2 1 2 1 1 U A s I c s u A t ic t dt C Cs u0 t u A t R2i1 t U 0 s U A s U A s I c s R2 R2 U 0 s 2 R2Cs U A s
+
E
-
G1
Y +
+
G2
X0
B
H
X 0 ( s) G1G 2 X i ( s) 1 G1G 2 H X 0 ( s) H B( s ) G1G 2 H X i ( s) 1 G1G 2 H X i ( s)
2 0 t Dy 0 t 3ky0 0y0 t Fi t M y
第二章习题解
2-15：如题图2-15所示系统，试求 （1）以Xi(s)为输入，分别以X0(s)， Y(s)， B(s)， E(s)为输出的传递函数； （2）以N(s)为输入，分别以X0(s)， Y(s)， B(s)， E(s)为输出的传递函数。 N Xi
d 1 1 u t L i t i t dt Rit U i s LsI s I s R2 I s i dt C Cs 1 u t U s 1 I s i t dt 0 0 C Cs U s 1 G s 0 2 U i s Ls RCs 1
第二章习题解
2-14：试用增量方程表示线性化后的系统微分方程关系式。
3 0 t ky0 0 t t M 解： Fi t Dy y
3 0 t Dy 0 t ky0 t Fi t M y
d 3 d d 2 2 ky0 t 3ky0 t y0 t 3ky0 0 y0 t dt dt dt 两边求导，得： d d d 3 d My0 t Dy0 t ky0 t Fi t dt dt dt dt 两边乘 dt，整理的：
G s
0 s
Ti s
1 J1 J 2 4 J1 D2 J 2 D1 3 J1 D1 D2 J 2 J 2 2 D1 D2 D2 s s s s 1 k1k 2 k1k 2 k1 k1k 2 k 2 k1 k1 k 2 k1
k 0 s J1 J 2 G s Ti s 3 D 2 k J1 J 2 Dk s s s J s J J J J 2 1 2 1 2
第二章习题解
(b)解： T s k1 i s 1 s T t k1 i t 1 t t J 1 s 0 s D1s 0 s J1s 2 0 s T t k 2 1 t 0 t D1 0 1 1 t T s k 2 2 t J t k s s D s s J s k t t D 2 1 0 2 0 2 0 s 0 2 0 2 0 2 1
U 0 s R2 R4 R2 R5 R4 R5 C1C2 s 2 R2C1 R5C1 R4C2 R5C2 s 1 G s U i s R1C1s R4C2 s 1
第二章习题解
2-12：试求题图2-12所示机械系统的传递函数。
第二章习题解
(b)解： k1、D1的等效刚度为： k1 k1 D1s k1 D1s
k 2 D2 s k 2、D2的等效刚度为： k 2 xi t x0 t k1x0 t k2 G s
X i s X 0 s k1X 0 s 由拉氏变换，得： k 2
k2 D2 s k1 D1s k 2 D2 s k1 D1s k 2 D2 s k1 D1s k 2 D2 s k1 D1s k1 D1s
D1 D2 2 D1 D2 s s 1 k1k 2 k1 k 2 D1 D2 2 D1 D2 D2 s s 1 k1k 2 k1 k 2 k1 X U CD R 1 k
控制工程基础
部分习题答案
第二章习题解
2-10：试求题图2-解： 1 1 u t R i t i t dt R i t U s R I s I s R2 I s i 1 2 i 1 C Cs 1 u t U s 1 I s R I s i t dt R i t 0 2 0 2 C Cs U s 1 R2Cs G s 0 U i s R1 R2 Cs 1 (b)解：
u A t i1 t ic t R2
U 0 s 2R2 Gs U i s R1
R2Cs 1 2
第二章习题解
(d )解： ui t R i (t ) 1 1 u A t R2i (t ) C i t dt 1 u0 t u A t R5i5 t 1 u A t R4i4 (t ) i4 t dt C2 i (t ) i t i t 5 4 联立上述方程可求得 : U i s I (s) R1 1 U A s R2 I ( s ) I s C1s U 0 s U A s R5 I 5 s 1 U A s R4 I 4 ( s ) I 4 s C2 s I ( s ) I 5 s I 4 s
第二章习题解
(c)解： d u t u t R i t L i2 t 0 11 1 i dt 1 d u t i t dt L i6 t R2i7 t 0 5 2 C2 dt i1 t i2 t i5 t i6 t i7 t U i s U 0 s R1 I1 s L1sI 2 s 1 U s I 5 s L2 sI 6 s R2 I 7 s 0 C2 s I1 s I 2 s I 5 s I 6 s I 7 s R1 R2 I1 s R1 U i s U 0 s I 1 s 1 I 7 s R2C2 s L s 1, 又： L s I s R U 0 s 1 2 7 2
( a )解：
2 t k t t Ti t J1 T s J s 1 s 0 s 1 1 0 i 1 1 s k t J t k s s Ds s J s 2 s k t t D 1 0 0 2 0 0 0 2 0 1
R2 L1L2 s R1R2 L2 G( s) R1R2 L1L2C2 s 2 R1 R2 L1L2 s R1R2 L1 L2
第二章习题解
2-11：试求题图2-11所示有源电路网络的传递函数。
u t u t (a)解：i 0 ic t R1 R2 u0 t
U i s R1 I1 s R2 I ( s ) U 0 s R2 I ( s ) 1 I ( s) C2 s
1 I (s) C2 s
U 0 s U A s R1 I1 s U 0 s U A s
I ( s ) I 1 s I 2 s
U 0 s U s 0 I c s R1 R2
1 1 i t dt U s I c s c 0 C Cs U s R2 G s 0 U i s R1 1 R2Cs
u t u t (b)解：i 0 it R1 R4 C
U i s U s 0 I s R1 R2 U 0 s R2 1 I s Cs
1 u0 t R2i t it dt
U 0 s R4 R2Cs 1 Gs U i s R1 R2 R4 Cs 1