控制工程基础---作业答案

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控制工程基础习题答案-清华大学出版社-沈艳-孙锐主编

控制工程基础习题答案-清华大学出版社-沈艳-孙锐主编

控制工程基础习题答案第一章1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点?(略)1-2 日常生活中有许多闭环和开环控制系统。

试举几个具体例子,并说明它们的工作原理,画出结构方框图。

(略)1-3 图1.14是液面自动控制系统的两种原理示意图。

在运行中,希望液面高度H 0维持不变。

1.试说明各系统的工作原理。

2.画出各系统的方框图,并说明被控对象、给定值、被控量和干扰信号是什么?图1.14 液位自动控制系统解:()a 工作原理:出水量2θ与进水量一致,系统处于平衡状态,液位高度保持在0H 。

当出水量大于进水量,液位降低,浮子下沉,通过连杆使阀门1L 开大,使得进水量增大,液位逐渐回升;当出水量小于进水量,液位升高,浮子上升,通过连杆使阀门1关小,液位逐渐降低。

其中被控对象是水槽,给定值是液面高度希望值0H 。

被控量是液面实际高度,干扰量是出水量2θ。

()b 工作原理:出水量与进水量一致系统处于平衡状态,电位器滑动头位于中间位置,液面为给定高度0H 。

当出水量大于(小于)进水量,浮子下沉(上浮)带动电位器滑动头向上(下)移动,电位器输出一正(负)电压,使电动机正(反)转,通过减速器开大(关小)阀门1L ,使进水量增大(减小),液面高度升高(降低),当液面高度为0H 时,电位器滑动头处于中间位置,输出电压为零,电动机不转,系统又处于平衡状态。

其中被控对象是水槽,给定值为液面高度希望值0H ,被控量是液面实际高度,干扰量是出水量2θ。

()a ,()b 系统结构图如下图1-4 若将图1.14(a )系统结构改为图1.15。

试说明其工作原理。

并与图1.14(a )比较有何不同?对系统工作有何影响?解:若将1-17()a 系统结构图改为1-18,系统变成了正反馈,当出水量与进水量一致,液面高度为给定值0H 。

当出水量大于进水量,液面位降低,浮子下称,通过连杆使阀门1关小,进水量越来越小,液面高度不能保持给定高度0H ,同样当出水量小于进水量,浮子上浮,液位升高,使阀门1开大,进水量增大,液位越来越高,不可能维持在给定高度0H1-5 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。

《控制工程基础》练习题及答案

《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1. 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ωc=4处提供最大相位超前角的是()。

A. (4s+1)/(s+1)B. (s+1)/(4s+1)C. (0.1s+1)/(0.625s+1)D. (0.625s+1)/(0.1s+1)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G(s)=Ts+1,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(0.1S+1)(5S+4),则系统的开环增益以及型次为()。

A. 25,Ⅱ型B. 100,Ⅱ型C. 100,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B. 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()。

控制工程基础课后答案

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_课后答案

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》课程作业习题(含解答)

《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。

控制工程基础练习题94题及答案(15页).

控制工程基础练习题94题及答案(15页).

控制工程基础练习题一、单项选择题 1. 图示系统的阶次是 ( )A 1阶;B 2阶;C 3阶;D 4阶。

2. 控制系统能够正常工作的首要条件是 ( )A 稳定;B 精度高;C 响应快;D 抗干扰能力强。

3. 在图中,K 1、K 2满足什么条件,回路是负反馈? ( )A K 1>0,K 2>0B K 1<0,K 2<0C K 1>0,K 2<0D K 1<0,K 2=04. 通过直接观察,下列闭环传递函数所表示的系统稳定的一个是 ( )As s s s s +-+=Φ234)5(10)(; B )4)(1(1)(2-++=Φs s s s ; C34)5(10)(3+++=Φs s s s ; D)1()3(10)(2++=Φs s s 。

5. 已知系统开环传递函数为)2)(1(1)(++=s s s s G ,其高频段的相位角为 ( )A 0°;B -90°;C -180°;D -270°。

6. 在控制系统下列性能指标中,表示快速性的一个是 ( ) A 振荡次数; B 延迟时间; C 超调量; D 相位裕量。

7. 某典型环节的输入输出关系曲线是一条经过坐标原点的直线,那么该典型环节是 ( )A 比例环节;B 振荡环节;C 微分环节;D 积分环节。

8. 控制系统的超调量与下列哪个因素有关? ( )A 稳态误差;B 稳定性;C 系统阻尼;D 开环增益。

9. 如果二阶系统的无阻尼固有频率为8Hz ,阻尼比为0.5,允许误差为2%,那么,该系统对单位阶跃输入的响应具有的过渡过程时间为 ( )A 0.5s ;B 1s ;C 2.5s ;D 5s 。

10. 从线性系统的频率特性来看,下列说法正确的是 ( )A 相对于输入信号而言,输出信号的幅值和相位都没有变化;B 相对于输入信号而言,输出信号的幅值增大相位滞后;C 相对于输入信号而言,输出信号的幅值和相位都有变化,变化规律取决于系统的结构和参数;D 相对于输入信号而言,输出信号的幅值改变但相位不变。

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

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。

吉大《控制工程基础》习题答案

吉大《控制工程基础》习题答案

一、单选题1.离散系统闭环脉冲传递函数的极点p k=-1,则动态响应为______。

A. 单向脉冲序列B. 双向发散脉冲序列C. 双向等幅脉冲序列D. 双向收敛脉冲序列答案C2.系统的开环传递函数为,则实轴上的根轨迹为()A. (-2,-1)和(0,∞)B. (-∞,-2)和(-1,0)C. (0,1)和(2,∞)D. (-∞,0)和(1,2)答案D3.下列串联校正装置的传递函数中,能在ωc=1处提供最大相位超前角的是( )。

• A.• B.• C.• D.答案B4.超前校正装置频率特性为,其最大超前相位角为()• A.• B.• C.• D.答案A5.在系统中串联PD调节器,以下那一种说法是错误的()• A. 是一种相位超前校正装置• B. 能影响系统开环幅频特性的高频段• C. 使系统的稳定性能得到改善• D. 使系统的稳态精度得到改善•答案D6.闭环离散系统的输出C(z) ______。

• A.• B.• C.• D.答案B7.已知串联校正装置的传递函数为,则它是()。

• A. 相位迟后校正;• B. 迟后超前校正;• C. 相位超前校正;• D. A、B、C都不是答案C8.相位超前校正装置的奈氏曲线为()• A. 圆• B. 上半圆• C. 下半圆• D. 45°弧线答案B9.在系统对输入信号的时域响应中,其调整时间的长短是与()指标密切相关。

• A. 允许的峰值时间• B. 允许的超调量• C. 允许的上升时间• D. 允许的稳态误差答案D10.下列串联校正装置的传递函数中,能在ωc=1处提供最大相位超前角的是:______• A.• B.• C.• D.答案A11.设系统的特征方程为,则此系统()• A. 稳定• B. 临界稳定• C. 不稳定• D. 稳定性不确定。

答案A12.二阶振荡环节乃奎斯特图中与虚轴交点的频率为()• A. 谐振频率• B. 截止频率• C. 最大相位频率答案D13.设开环系统频率特性,当ω=1rad/s时,其频率特性幅值A(1)=()• A.• B.• C.• D.答案D14.已知某系统的劳思表如下所示,则下列说法正确的是______。

控制工程基础课后习题答案-最权威版本111111 第三版清华大学出版社

控制工程基础课后习题答案-最权威版本111111 第三版清华大学出版社

1 s X ( s ) sx(0) x(0) 6[ sX ( s ) x(0)] 8 X ( s ) s 1 2 s X ( s ) s 6 sX ( s ) 6 8 X ( s ) s s 2 6s 1 X ( s) s ( s 2 6 s 8)
st st 0 0
0

0
L[ x(t a)] e
2 s 6 1 e s
as
X ( s)
F ( s ) L[15t (t ) 4t (t ) 6 (t ) 1(t 2)]
2-1 求解时域函数的拉氏变换
( 7 )考查点: 1、衰减定理(或待定系数法,或分部积分法)
2

s 2 6s 1 X (s) s ( s 2 6 s 8) 1 7 1 7 1 s6 [ 2 ] 2 s s ( s 6 s 8) s 8 s s 6 s 8 1 7 2 1 [ ] 8s 8 s 2 s 4 1 7 2t 7 4t x(t ) e e 8 4 8
L[e
at
x(t )] X ( s a)
2、正、余弦函数的拉氏变换,
f (t ) e
6 t
cos8t s6 F (s) 2 2 ( s 6) 8
s L[cos 8t ] 2 , 2 s 8
2-3 求解微分方程
时域
拉氏
S域
反拉氏
时域
考查点: 1、拉氏变换的微分定理和积分定理,注 意初值 2、整理后,在分解为标准象函数形式 3、反拉氏变换
第一章 概论
作业 1-5,1-6 要求: 分析现有的简单控制系统,并定 性地画出他们的职能方块图。 要点:1、明确输入量和输出量; 2、比较点必须是同量纲的量。

《控制工程基础》课后作业解答

《控制工程基础》课后作业解答

1-3解:1)工作原理:电压u2反映大门的实际位置,电压u1由开(关)门开关的指令状态决定,两电压之差△u =u1-u2驱动伺服电动机,进而通过传动装置控制大门的开启。

当大门在打开位置,u2=u 上:如合上开门开关,u1=u 上,△u =0,大门不动作;如合上关门开关,u1=u 下,△u<0,大门逐渐关闭,直至完全关闭,使△u =0。

当大门在关闭位置,u2=u 下:如合上开门开关,u1=u 上,△u>0,大门执行开门指令,直至完全打开,使△u =0;如合上关门开关,u1=u 下,△u =0,大门不动作。

2)控制系统方框图1-4解:1)控制系统方框图2)工作原理:a)水箱是控制对象,水箱的水位是被控量,水位的给定值h ’由浮球顶杆的长度给定,杠杆平衡时,进水阀位于某一开度,水位保持在给定值。

当有扰动(水的使用流出量和给水压力的波动)时,水位发生降低(升高),浮球位置也随着降低(升高),通过杠杆机构使进水阀的开度增大(减小),进入水箱的水流量增加(减小),水位升高(降低),浮球也随之升高(降低),进水阀开度增大(减小)量减小,直至达到新的水位平衡。

此为连续控制系统。

b) 水箱是控制对象,水箱的水位是被控量,水位的给定值h ’由浮球拉杆的长度给定。

杠杆平衡时,进水阀位于某一开度,水位保持在给定值。

当有扰动(水的使用流出量和给水压力的波动)时,水位发生降低(升高),浮球位置也随着降低(升高),到一定程度后,在浮球拉杆的带动下,电磁阀开关被闭合(断开),进水阀门完全打开(关闭),开始进水(断水),水位升高(降低),浮球也随之升高(降低),直至达到给定的水位高度。

随后水位进一步发生升高(降低),到一定程度后,电磁阀又发生一次打开(闭合)。

此系统是离散控制系统。

2-1解:b) 确定输入输出变量x1,x2 )(212dtdx dt dx B kx -= 得到一阶微分方程:dtdxB kx dt dx B122=+ (c )确定输入输出变量(u1,u2) 22111R i R i u += 222R i u = ⎰-=-dt i i C u u )(11221 得到一阶微分方程:1121221222)1(u R Rdt du CR u R R dt du CR +=++d)确定输入输出变量x1,x2 )()(2112122x x k dtdx dt dx B x k -+-= 得到一阶微分方程:1112212)(x k dtdxB x k k dt dx B+=++ (e )确定输入输出变量(u1,u2)⎰++=i d t CiR iR u 1211121R u u i -=消去i 得到一阶微分方程:Cudt du R C u dt du R R 1122221)(+=++f) 确定输入输出变量x1,x2 )()(211322x x k x x k -=- )(3223x x k dtdx B-= 消去x3得到一阶微分方程:1112121221)1(x k dtdx k k B x k dt dx k k B +=++得到一阶微分方程:1112212)(x k dtdxB x k k dt dx B +=++2-2解:1)确定输入、输出变量f(t)、x 22)对各元件列微分方程:222213311111122222232121311;)(;)()()()()()(x K f dt x x d B f dtdxB f x K f dt t x d m f f f dt t x d m t f t f t f t f K B B K B K B B B K =-====--=--- 3)拉氏变换:)()()()]()([)()]()([)()()(22222222131212131111s X s m s sX B s X K s X s X s B s X s m s X s X s B s sX B s X K s F =---=----4)消去中间变量:)()()()(23223232131123s X sB s m s B K s B s m s B K s B s sX B s F ++++++=+5)拉氏反变换:dtdfB x K K dt dx B K B K B K B K dtx d K m m K B B B B B B dt x d m B m B m B m B dt x d m m s s 3221232123121222212122131323132122142421)()()(=++++++++++++++2-3解:(2)2112+-+s s t t e e 22--- (4)2)1(13111914191+++-+s s st t t te e e ---+-3191914 (5)2)1(1)1(2)2(2+-+++-s s s t t t te e e ----+-222 (6)s s s s s 5.2124225.04225.022++-+⨯⨯-+⨯- 5.222s i n 2c o s 5.0+----t e t t 2-5解:1)D(s)=0,得到极点:0,0,-2,-5M(s)=0,得到零点:-1,∞+,∞+,∞+ 2) D(s)=0,得到极点:-2,-1,-2 M(s)=0,得到零点:0,0,-1 3) D(s)=0,得到极点:0,231j +-,231j -- M(s)=0,得到零点:-2,∞+,∞+4) D(s)=0,得到极点:-1,-2,∞- M(s)=0,得到零点:∞+ 2-6解:确定2-8解:1)a )建立微分方程dtt dx Bt f t f t x t x k t f t x k t f t f bat f t f t f t f t x m B k k k i k k )()()())()(()()()()()()()()()(202201121==-===--=∙∙b)拉氏变换)()())()(()()()()()()()()()(20220112102s BsX s F s X s X k s F s X k s F s F bas F s F s F s F s X ms k k k i k k =-===--=c)画单元框图(略) d)画系统框图2)a)建立微分方程:dt t dx B t f dt t x t x d B t f t x t x k t f t f t f t f t x m oB o i B i k B B k )()())()(()())()(()()()()()(22110210=-=-=-+=∙∙b)拉氏变换:)()())()(()())()(()()()()()(02211212s sX B s F s X s X s B s F s X s X k s F s F s F s F s X ms B o i B o i k B B k o =-=-=-+=c)绘制单元方框图(略) 4)绘制系统框图2-11解:a)1212321232141H G G H G G H G G G G G -+++(要有具体变换过程)b)))((1)(214321214321H G G G G H G G G G G G -++++ (要有具体变换过程)2-14解:(1)321232132132101111)()(K K K s Ts K K K TsK s K K Ts K s K K s X s X i i ++=+++==φ 321243032132132103402)(111)(1)()()(K K K s Ts s K K s G K K K TsK s K K Ts K s K K s G Ts K K s N s X s n ++-=+++++-==φ(2)由于扰动产生的输出为:)()()()()(321243032102s N K K K s Ts sK K s G K K K s N s s X n ++-==φ 要消除扰动对输出的影响,必须使0)(02=s X 得到:0)(430321=-s K K s G K K K 得到:2140)(K K sK s G =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: 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。

控制工程基础课后习题解答

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》第三版课后答案

《控制工程基础》第三版课后答案

控制工程基础习题解答第一章1-1.控制论的中心思想是什么?简述其发展过程。

维纳(N.Wiener)在“控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学”中提出了控制论所具有的信息、反馈与控制三个要素,这就是控制论的中心思想控制论的发展经历了控制论的起步、经典控制理论发展和成熟、现代控制理论的发展、大系统理论和智能控制理论的发展等阶段。

具体表现为:1.1765年瓦特(Jams Watt)发明了蒸汽机,1788年发明了蒸汽机离心式飞球调速器,2.1868年麦克斯威尔(J.C.Maxwell)发表“论调速器”文章;从理论上加以提高,并首先提出了“反馈控制”的概念;3.劳斯(E.J.Routh)等提出了有关线性系统稳定性的判据4.20世纪30年代奈奎斯特(H.Nyquist)的稳定性判据,伯德(H.W.Bode)的负反馈放大器;5.二次世界大仗期间不断改进的飞机、火炮及雷达等,工业生产自动化程度也得到提高;6.1948年维纳(N.Wiener)通过研究火炮自动控制系统,发表了著名的“控制论—关于在动物和机器中控制和通讯的科学”一文,奠定了控制论这门学科的基础,提出了控制论所具有的信息、反馈与控制三要素;7.1954年钱学森发表“工程控制论”8.50年代末开始由于技术的进步和发展需要,并随着计算机技术的快速发展,使得现代控制理论发展很快,并逐渐形成了一些体系和新的分支。

9.当前现代控制理论正向智能化方向发展,同时正向非工程领域扩展(如生物系统、医学系统、经济系统、社会系统等),1-2.试述控制系统的工作原理。

控制系统就是使系统中的某些参量能按照要求保持恒定或按一定规律变化。

它可分为人工控制系统(一般为开环控制系统)和自动控制系统(反馈控制系统)。

人工控制系统就是由人来对参量进行控制和调整的系统。

自动控制系统就是能根据要求自动控制和调整参量的系统,系统在受到干扰时还能自动保持正确的输出。

它们的基本工作原理就是测量输出、求出偏差、再用偏差去纠正偏差。

控制工程基础课后习题答案

控制工程基础课后习题答案
根据频率响应的特性,设计控制系统。
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

控制工程基础习题解答 (1)

控制工程基础习题解答 (1)

Gs
s F s
Js 2
r Ds
k
2-26:试求题图2-26所示系统的传递函数 。
解:
b
Y (s)
s2
b
X (s)
1
a1 s
a2 s2
s2 a1s a2
解:
Y (s) X (s)
b1 s
b2 s2
1
a1 s
a2 s2
b1s b2 s2 a1s a2
第二章习题解
第二章习题解
2-16:如题图2-16所示系统,试求N0 (s) ,U0 (s) Ui (s) MC (s)
U0 s
R2
I
c
s
u0
t
1 C
ic
t
dt
U
0
s
1 Cs
Ic
s
Gs
U0 s Ui s
R11
R2 R2Cs
(b)解:ui t u0 t it
R1
R4
Ui s U0 s I s
R1
R2
u0
t
R2it
1 C
it
dt
U
0
s
R2
1 Cs
I
s
Gs
U0 Ui
s s
R1
R4 R2Cs 1 R2 R4 Cs
affaitt
bfa t Mxt
Dxt
k
xt
aFi s bFa s
Fa
s
Ms2
X
s
DsX
s
kX s
Gs
X s Fi s
a/b Ms2 Ds k
2-25:试求题图2-25所示机械系统的传递函数。

控制工程基础习题与答案

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。

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作业P81-3,1-4。

1-31-4(P72)2-1,2-2。

2-1-a22,u u u u u u i c i c -==+dt du dtdu dtdu c CCCi i c 2-==dtdu dtdu c RCRCR i u i 22-==dt du dtdu i RCu RC=+222-1-b221Kx BBdtdx dtdx =-dtdx dtdx BKx B122=+2-1-c2u u u i c -=2212)()(1212R CCR i i u R u R u dtdu dtdu R c i i -+-=+=i dt du dt du u R C R R u R R C R R i 22121221)(2+=++2-1-d22211121x K x K x K B B dt dx dt dx =-+-1122112)(x K B x K K B dt dx dt dx +=++2-1-e1211R u R u R i i -=⎰⎰⎰-+-=+=dt u dt u u u dt i R i u C R iC R R R i R R R CR 211211212111212i dt du dt du u C R u C R R i +=++22212)((P72)2-1,2-2 2-1-fdtdyBy K X K y K x K x K x K =--=-2222222111,122121)1(x x y K K K K -+=dtdx K BK dt dx K K B x K x K K x K 121221)1()(1122122-+=-+-111212112)(x K BKx K K K B dtdx dt dx +=++2-221212111311)()(dt x d dtdx dtdx dtdx mBB x K t f =----22222122223)(dt x d dtdx dtdx dtdx mBx K B =---22322322221)(x K B B m Bdtdx dt x d dtdx +++=313222212113311)()(dt x d dt x d dt x d dtdx dtt df m B B B K=++--22222223233312222313232222322)(])([])([dt x d dtdx dt x d dt x d B B B dtdx dt x d B K dtt df B KB B m x K B B m ++++-+++-+2223213233321424321)(dt x d B K m dt x d B B B m dt x d B m m ++=+222323424][)(12323121213212312121dt x d dt x d dt x d K m B B B B B B K m B m B m B m B m mm +++++++++dt t df dtdx B x K K B B K B B K )(32213213122)]()([=+++++(P72)2-3:-2)、-4)、-6);2-4:-2)。

2-3:-2)21)2)(1(321)(++++++==s A s A s s s s G2})1{(1)2)(1(31=+=-=+++s s s s s A1})2{(2)2)(1(32-=+=-=+++s s s s s A2112)(++-=s s s G0,2)(2≥-=--t e e t g t t2-3:-4)41)1()4()1(13022012)(+++++++==s A s A s A s s s G 311)4()1(1201})1{(2=+=-=++s s s s A911)4(11)4()1(1202}{]})1[({22-=-=+=-=+-=++s s s s s ds ds A914)4()1(132)4{(=+=-=++s s s s A41911191)1(1312)(++++-=s s s s G0,)(4919131≥+-=---t ee te t g t t 2-3:-6)14)1)(4(10423212)(+++++++==s A s A s A sA s s s s G 5.2}{0)1)(4(1012===++s s ss sA2})1{(1)1)(4(1042-=+=-=++s s s s s Ajs js s s s A s A s 2322)1)(4(102)(})4{(2==+++=+32)12(2102A j A j j +=+3222A j A j +=--2,3212-=-=A A1122221112425.225.2)(2222221+++++-----=-+=s s s s s s s s ss G 0,22sin 2cos 5.2)(21≥---=-t e t t t g t2-4:-2)使用拉氏变换求解下列微分方程2)0(,1)0(,2cos 5sin 4)()(-==+=-⋅⋅⋅x x t t t x t x41122254)()0()0()(++⋅+=---s s s s X x sx s X s4514222)(2)(+++=-+-s s s s X s s X s4111)4)(1)(1)(1(89610226524321222345)(++++-+++-+++-+--+++==s A s A s A s A s A s A s s s s s s s s s s X 1})1{(1)4)(1)(1_)(1(8961021222345=+=-=+++++-+-s s s s s s s s s s s A 1})1{(1)4)(1)(1)(1(8961022222345=-==++-+++-+-s s s s s s s s s s s A js js s s s s s s s s s A s A s ==++-+++-+-+=+}{})1{(43)4)(1)(1)(1(896102222234543)4)(1)(1(89610222345A jA j j j j j j j j +=+-+++-+-432A jA +=- 2,043-==A Ajs js s s s s s s s s s A s A s 2652)4)(1)(1)(1(8961022}{})4{(222345==++-+++-+-+=+65]1)2)[(12)(12(8)2(9)2(6)2(10)2(2)2(222345A A j j j j j j j j j +=+-+++-+-6522A A j j +=-0,165=-=A A4111111222)(++-+--+=s s s s s s X022≥--+=-t ,t cos t sin e e )t (x tt(P72)2-5:-3)、-4);2-6;2-9:-a)、b)。

2-5:试求下列传递函数的极点和零点(包括在无穷远处的) -3))1()2(2)(+++=s s s s K s G23213,213,21,0;;2jp p z z ±-==∞=-= -4))2)(1(2)(++-=s s K e ss G2,1;211-=-=∞=p p z2-6: -a)12111211R u R u R u u R i -==-dt du dt du dt u u d C CCCi 212111)(11-==-⎰+++=dt i i R i i u C R CC R )()(11121122+-+-=dtdu dtdu R R R R C R CR u u 211212121221dt CCdtdu dt du R u R u C )(2112112111-+-⎰-+-=2122122121222221dt u d dtdu dtdu dtdu C C R R CR CR CR dtdu dtdu dtu d CR C R u u C C R R 212221111212121-+-+=++++222211121212222)(u C R C R C R C C R R dtdu dt u d 122112121121)(u C R C R C C R R dtdu dt u d +++1)(1)()()(2221112212122112212112+++++++=s C R C R C R s C C R R s C R C R s C C R R s U s U -b)yK BBx x K dty x d dtx x d 1)(1)(2212221)(==+---dtdx K B dtdx K B K K K K x x y 212112121221-+-==-+-dtdx dtdx BBx K x K 212222122221212121212121112121dt x d K B B dt x d K B B dtdx K K B dtdx K K B dtdx B+-+-=++++221121121212222)(x K K K B K B K B B B dtdx dt x d 1211221211212)(x K K K B K B B B dtdx dt x d +++2112112122121122122112)()()()(K K s K B K B K B s B B K K s K B K B s B B s X s X +++++++=2-9: -a)dtdu R u o i Ci 10-==idtdu u C R o -=1s C R s U s U I O 11)()(10-=-b)R u i i =iR R u iR u 011-=-=dt du R R C dtduC i C i 01111-==iR R dtdu R R R C i R R C o u u u R i i u i 0102110221)(---=+--=0210211021211)()(R R R R R R C R R R s R R C s U s U s I O +++--=-=(P74)2-10:a) ;2-11;2-12 ;2-13 。

2-10: -a)1111,R U U R R u u R oi oi I i --==3333,R U R R u R O o I i ==⎰-+-=dt i iR i i u R R CR R o )()(311231)()(311231R R CsR R o I I R I I U -+-=oCsR o CsR i CsR o R R o R R i R R o U U U U U U U 311321212111--+--=--=o i o CsU R R CsU R R CsU R R 323231oo i o U R U R U R CsU R R 13321--+31213231332R R Cs R R Cs R R Cs R R R Cs R R U U io +++++=11313122313+++++=R R Cs R R Cs R Cs R R R R1)(1313122313+++++⋅=Cs R Cs R R R R R RR R2-11 -a)-b)-c)2-122-13bce f ch bg abcd -----=∆1abc P ==∆11,1bce f ch bg abcd abc P P -----∆=∆=1111(p116) 3-1;3-5 3-1(1)惯性环节,阶跃输入)0(1)(≥-=-t e t x Tto指示实际水温98%的数值,所花时间约4T=1分钟 T =0.25分钟;(2)惯性环节,10t 速度输入)0)((10)(≥+-=-t Te T t t x Tt o )1(10)()()(1T e T t x t x t e o i --=-= T t e t 10)(lim =∞→稳态误差=10T =2.5°C 3-5 -1))0(2.12.01)(1060≥-+=--t e e t x t t o系统传递函数=)()(s X s X i O )10)(60(600)(1102.1602.01++-+=++s s ss s s ;-2))60070/(6002++s s ,s rad n n/5.24,6002==ωω,43.1,702==ξξωn(p116) 3-7;3-8 3-7K s K K s Ks k h h s s k s s k s +⋅++++==Φ++)1()1(12)1()1()(,h n n K K K ⋅+==12,2ξωω,s t Mp p1,2.0==456.0,2.01/exp(2==--=ξξξπ解得由p Ms rad ,t n n P /528.31)1/(2==-=ωξωπ解得由s K s rad K h 177.0,/5.1222==s rac t n r 65.0)1/()tan(212=--=-ξωπξξ)02.0(486.24=∆==s t ns ξω3-8?Ks s Ks H s G s G s s Ks s Ks ++++===Φ++5.341)()(1)(2)5.34()5.34()( 当200=K 时,22.1,142.1425.34====nK n ωξω?21===-ξωπωπn dp t当1500=K 时,445.0,73.3825.34====nK n ωξω当5.13=K 时,695.4,674.325.34====nK n ωξω(p117) 3-11;3-12 3-11 -1),)11.0(100lim ∞=+→=s s s K p,100)11.0(1000lim =+→=s s s K s v0)11.0(1002,lim =+→=s s s K s a-2),010011210210a a a K a K a K a ss a vpe ++=++=∞++∞=≠==ss a ss ,e a ,e a 时当时当0,02100213-120,21lim=∞==→ssi sK K s p e K12121110..lim K s s ssn sK K sK s e -==+-→11Kessn essi ess -=+=⏹ (p117) 3-17,,21h v p K K KK K K =∞=∆+∆=+=bh K K KK b K b K a ss K K KK e h V P 211,21,)(2122132121)(hHK K KK S S T T S T T K K KK s ++++=Φ0,0,,02121212121T T K K KK K K KK T T T T h h +⏹ (p168-169)4-2;4-7 4-222)()(dt x d dtx y d mBx y K =+--KyB Kx B mdt dydt dx dt x d +=++22 )()()()()(,)(2ωϕωωj KBs ms K Bs s Y s X eA j G s G ===+++22222)()()()(ωωωωB m K B K A +-+=YY A X t x B m K B K .)()(22222)()()(ωωωω+-+===4-722)()()()(dt t x d o dtt dx o o mt Kx Bt f =--)()()()(22t f t Kx B mo dtt dx dt t x d o o =++)(1)()()()(,)(2ωϕωωj KBs ms s F s X e A j G s G O ===++2222arctan )(,)()()(1ωωωωωϕωm K B B m K A -+--==)2sin()(,2sin 2)(2π-==t t x t t f oss)2(0,1)2(22ϕπ=--=⨯A1=m222)2()2(12222arctan ,12π-=-=⨯-+-k BB K1,4==B k(p171) 4-17、4-18 4-17解1:作图法。

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