《控制工程基础第三版》习题答案_清华大学出版社
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。
控制工程基础第三版课后答案 (3)
控制工程基础第三版课后答案第一章1.1 分析控制系统的对象控制系统的对象通常指的是待控制的物理系统或过程。
在分析控制系统对象时，首先需要了解系统的动态特性。
为了分析控制系统的特性，我们可以通过选取一个合适的数学模型来描述物理系统的动态行为。
一种常用的方法是通过微分方程来描述系统的动态特性。
例如，对于一个简单的电路系统，可以使用基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律来建立描述电路中电流和电压之间关系的微分方程。
然后，通过求解这个微分方程，我们可以得到系统的传递函数。
另外，我们还可以使用频域分析的方法来分析控制系统的对象。
通过对信号的频谱进行分析，我们可以得到系统的频率响应。
1.2 常见的控制系统对象控制系统的对象存在各种各样的形式，下面列举了一些常见的控制系统对象：•机械系统：例如机器人、汽车悬挂系统等。
•电气系统：例如电路、电机等。
•热力系统：例如锅炉、冷却系统等。
•化工系统：例如反应器、蒸馏塔等。
针对不同的控制系统对象，我们需要选择合适的数学模型来描述其动态特性，并进一步分析系统的稳定性、性能等指标。
第二章2.1 控制系统的数学模型控制系统的数学模型描述了物理系统的动态特性和输入与输出之间的关系。
常见的控制系统数学模型包括：•模型中几何图形法：通过几何图形来描述系统的动态特性。
•传递函数法：采用以系统输入和输出的转移函数来描述系统的动态特性。
•状态方程法：将系统的状态变量与输入变量和输出变量之间的关系用一组偏微分方程或代数方程来描述。
在使用这些模型时，我们可以选择合适的数学工具进行分析和求解，例如微积分、线性代数等。
2.2 传递函数的定义和性质传递函数是描述控制系统输入输出关系的数学函数，通常用G(s)表示。
传递函数的定义和性质如下：•定义：传递函数G(s)是系统输出Y(s)和输入U(s)之间的比值，即G(s) = Y(s)/U(s)。
•零点和极点：传递函数可以有零点和极点，零点是使得传递函数为零的s值，极点是使得传递函数为无穷大的s值。
基础工程清华第三版答案
基础工程清华第三版答案1. 简介本文档是基于《基础工程清华第三版》的答案。
《基础工程清华第三版》是清华大学出版社出版的一本工程学基础教材，涵盖了工程学的基本原理和方法。
本文档将为读者提供基本知识的答案和解析，以帮助读者更好地理解和掌握工程学的核心概念。
2. 第一章：工程学概述2.1 问题1：工程学的定义是什么？工程学是一门研究设计、建设和运用人类所需物品和系统的学科。
它涵盖了多个学科领域，包括机械、土木、电气和电子等工程学科。
工程学的主要目标是解决实际问题，提供创新的解决方案，并满足人类社会的需求。
2.2 问题2：工程学的基本原理是什么？工程学的基本原理包括以下几个方面： - 物理原理：工程学基于物理学中的基本原理，例如力学、电磁学和热学等。
这些原理帮助工程师理解和分析各种工程问题和系统。
- 数学原理：数学是工程学的基础，包括代数、几何、微积分和线性代数等。
工程师需要运用数学工具来建立模型、分析数据和解决问题。
- 材料科学原理：工程师需要了解各种材料的性质和特点，以选择合适的材料来设计和构建工程项目。
- 经济原理：工程项目通常需要考虑经济因素，包括成本、效益和风险等。
工程师需要在设计和实施过程中综合考虑经济因素，以确保项目的可行性和可持续性。
3. 第二章：静力学3.1 问题1：什么是力和力的平衡？力是物体相互作用的结果，可以改变物体的运动状态。
力可以分为接触力和非接触力两种类型。
力的大小由它对物体施加的压力决定，用牛顿（N）作为单位。
力的平衡是指物体受到的合力为零的状态。
当物体处于力的平衡状态时，它不会发生加速度和运动。
3.2 问题2：静力学中的重要概念是什么？•作用力和反作用力：根据牛顿第三定律，两个物体之间的相互作用力大小相等、方向相反。
•等力系统：由多个力合成的力称为等力系统。
在静力学中，一个物体处于力的平衡状态，说明等力系统对该物体产生的合外力为零。
•可约力和不可约力：可约力是指等力系统中可以通过向量运算得到的合力，不可约力是指等力系统中无法通过向量运算得到合力，需要使用其他方法进行分析。
《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》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。
控制工程基础第三版课后答案 董景新 赵长德等
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。
1-3．何谓开环控制与闭环控制？
开环控制： 系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路， 输出量对系统的控制作用没有 影响。系统特点：系统简单，容易建造、一般不存在稳定性问题，精度低、抗干扰能力差。 闭环控制：系统的输出端和输入端存在反馈回路，输出量对控制作用有直接影响。闭环 的反馈有正反馈和负反馈两种， 一般自动控制系统均采用负反馈系统， 闭环控制系统的特点： 精度高、抗干扰能力强、系统复杂，容易引起振荡。
解：对方程两边求拉氏变换，得：
300 s 300 sX (s ) − 50 + 100 X (s ) = s 50s + 300 k1 k2 X (s ) = = + s (s + 100) s s + 100 k1 = 3 sX (s ) − x(0 ) + 100 X (s ) = k2 = 47 x(t ) = L−1[X (s )] = 3 + 47e −100t , (t ≥ 0)
2-3．用拉氏变换法解下列微分方程
（1）
dx(t ) d 2 x(t ) dx(t ) +6 + 8 x(t ) = 1(t ) ，其中 x(0 ) = 1, =0 2 dt dt t = 0 dt
解：对方程两边求拉氏变换，得：
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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
S S S 215215022++=+++= （2）: )
25(25
3)(2
++=
s s S F （3）: 1
1)(2++=-s e S F s
π
（4）: )}(1)6
(1)]6(2cos 4{[)(5t e t t L S F t ⋅+-⋅-
=-π
π
5
1
44512426
226
+++=+++=
--S s Se S s Se s
s π
π
（5）: S
e S e S F s
s 226600)(--+=+++= （6）: )]4
(1)90453cos(6[)(π
-
⋅--=t t L S F
9
636)]4(1)4(3cos 6[24
224
+=+=-⋅-=--S Se
S Se t t L S S
π
πππ
（7）: )](18sin 25.0)(18cos [)(66t t e t t e L S F t t ⋅+⋅=--
100
128
8)6(28)6(62
2222+++=++++++=
S S S S S S （8）: 9
9)20(52022)(26
2++
++++=-s e
s s S F s π
2-2
解：
（1）: )(1)2()3
2
21(
)(321t e e S S L t f t t ⋅+-=+++-=--- （2）: )(12sin 2
1
)(t t t f ⋅=
（3）: )(1)2sin 2
1
2(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))
2
15()21(215
15158()(22
21t t e S L t f t
⋅=++⋅=-- （7）: )(1)3sin 3
1
3(cos )(t t t t f ⋅+=
2-3 解：
（1） 对原方程取拉氏变换，得：
S
S 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 S
S X S S S
S X S SX S S X S
4
87247
81)86(1
6)(2
2+-++=++++=S S S S S S S S S X 取拉氏反变换，得：
t t e e t x 428
74781)(---+=
（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：
S
300
100X(S)2.5-SX(S)=+ 100
5
.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：
s
e s U s
0002.06)(-=
2-5 解：
)0
()0()
(3)
(2)(2)(3
0100==+=+i i x y t x dt
t dx t y dt t dy 将上式拉氏变换，得：
2
33
2)()()()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 i
2
3
-S 32-S Z p ==∴零点极点
又当 时)(1)(t t x i =
S
S X i 1
)(=
S S S S X S X S Y S Y i i 12332)()()()(00⋅++=⋅=
32
12332)()0(23
12332)()(lim lim lim lim 000
000=
⋅++⋅=⋅=∴=⋅++⋅=⋅=∞∴∞→∞→→→S S S S S Y S y S S S S S Y S y s s s s
2-6
解：
（a ）传递函数：
1321232333211
2
32333
21232333
211111H 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：
3
2121212211211H 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：（1）
（2、3、4）缺
第三章
3-1解：
3-2
3-3
3-4
解：
3-5
3-6
解：
3-7 解：
3-8 解：
3-9 解：3-10
3-11
3-12 解：
3-13 解：
3-14解：
3-15
3-16
3-17 解：
3-18
3-19
3-20 解：
3-21 解：
3-22
3-23
解：
3-24
3-25
解：
3-26、3-27 缺3-28
解：
3-29、3-30 缺
3-31
解：
3-32、3-33缺
第四章4-1
解：
4-2
解：
4-3 解：
4-4 解：
4-5
解：
4-6
解：
（a）
(b)
(c)
(d)
(e)
4-7
4-8、4-9 缺4-10
解：
4-11
解：
4-12解：
4-16解：
4-17 缺
4-18
解：
4-19、4-20、4-21 缺
第五章5-1
5-2、5-3、5-4 缺5-5
5-6 缺
5-7
5-8
5-9、5-10 缺5-11
5-12
5-13 缺
5-14
5-15 缺
5-16
解：
5-17 缺
5-18 5-19
解：
5-20 5-25 解：
5-26 缺
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。
第六章6-1
（2）
（3）
（4）
＝0 6-2
解：
（1）
(2)
6-3 解：
6-4 解：
6-5 解：
6-6 解：(a)
（b）
6-7
解：
6-8 解：（1）
（2）
6-9 解：（1）
（2）
6-10 解：
6-11 解：（1）
（2）
6-12 解：
6-13
解：
6-14
解：
由于系统不稳定，因此系统误差为无穷大。
6-15
解：
6-16 缺6-17 解：（1）
6-18 解：
6-19缺6-20 解：。