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》第二版 (董景新 著)课后习题答案 清华出版社
Xi
G1 G2
1+G1 H1+ G2 H2 +G1G2 H3 +G1G2H1H2 )
X0
G (s) =
G 1G 2 1 + G 1 H 1 + G 2 H 2 + G 1G 2 H 3 + G 1G 2 H 1 H 2
第二章习题解
2-7： 求X0(s) 和Xi2(s) (s)之间的闭环传递函数； 求X0(s) 和Xi1(s (s)之间的闭环传递函数；
G (s) =
G1G 2G 3G 4G 5 H 1 1 + G 4 + G1G 2 + G1G 2G 4 − G1G 4G 5 H 1H 2
第二章习题解
4)：求出
X 02 ( s ) X i1 ( s )
-
解：第一步，方框图整理
-
G2 G1
Xi1 +
+
+
①
H2 H1
+
② G4 ③
X02 G5 G6
( g )解：设中间变量 : xa (t ) Q k ′ = (Ds + k1 )
x 0(t) k1 k2 m x a(t) (t)
(t) fi(t)
k ′x0 (t ) = k 2 [xa (t ) − x0 (t )] k ′ + k2 D x0 (t ) ∴ xa (t ) = k2 x 又：f i (t ) = m&&a (t ) + k 2 [xa (t ) − x0 (t )] k2 ∴ G (s ) = mDs 3 + m(k1 + k 2 )s 2 + k 2 Ds + k1k 2
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。
《控制工程基础》第3版 课后答案
15 2 15 2 ) 2
8 15 4 15 F (s) 1 2 15 1 (s ) (s ) 2 ( 2 4 2
8 15 2 15 f (t ) e sin t 1(t ) 15 2
t
2-2(7)
F (s)
1 3 解： s 3 F ( s) 2 s 32 s 2 32
X o1 ( s) G1G2G3 (1 G4 ) X i1 ( s) 1 G1G2 G4 G1G4G5 H1 H 2 G1G2G4
同理可推得：
X o1 (s) G1G2G3 (1 G4 ) X i1 (s) 1 G1G2 G4 G1G4G5 H1H 2 G1G2G4
U o ( s) R2 R4 U i ( s) R1
R2 R4 R R Cs 1 4 2
、
2-12(b)
列写机械系统的方程组： 其中
A (t )
T1 (t ) 分别为 J 1
所在杆的转角和转矩， T2 (t ) 为 J 2 所在杆的转矩。
解：
对其进行拉氏变换，得：
E ( s) 1 X i (s) 1 G( s)
当 xi (t ) (10 2t ) 1(t ) 时，输入引起的稳态误差
ess1
1 lim e(t ) lim sE ( s) lim s X i ( s) s 0 s 0 s 0 1 G( s)
化简可得：
T1 ( s) k1[ i ( s) A ( s)] 2 T ( s ) T ( s ) J s 1 2 1 A ( s ) D1 s A ( s ) T2 ( s) k 2 [ A ( s) o ( s)] T (t ) J s 2 ( s) D s ( s) 2 o 2 o 2
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第一章简介1.1 控制工程概述控制工程是通过对物理过程或系统进行测量和调整，以实现期望的状态或行为。
它涉及到多个学科，包括数学、物理学、计算机科学等。
控制工程的目标是通过设计和实现反馈系统，使物理过程或系统达到期望的状态或行为。
1.2 控制系统的基本概念控制系统由输入、处理和输出三个基本要素组成。
输入是系统接收的信息或指令，处理是对输入信息进行处理和计算，输出是系统对处理结果产生的响应。
控制系统还包括传感器、执行器和控制器等组件。
1.3 控制系统的分类根据控制系统的特性和实现方式，控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统的输出不受系统状态的影响，闭环控制系统则通过测量系统状态并与期望状态进行比较，控制系统的输入来调整系统的行为。
第二章数学基础2.1 线性代数线性代数是控制工程的基础，它涉及到向量、矩阵、线性方程组等概念和运算。
控制系统的建模和分析中经常使用线性代数的方法进行求解和分析。
2.2 微积分微积分是控制工程的另一个基础，它涉及到函数、极限、导数和积分等概念和运算。
控制系统的建模和分析中经常使用微积分的方法进行求解和分析。
2.3 概率统计概率统计是控制工程中用来描述不确定性和随机性的工具。
控制系统的建模和分析中经常使用概率统计的方法进行不确定性的建模和分析。
第三章控制系统的数学表示3.1 传递函数表示法传递函数是描述控制系统输入和输出关系的一种表示方法。
传递函数可以通过对系统进行建模和实验来获得。
3.2 状态空间表示法状态空间表示是描述控制系统状态和动力学行为的一种表示方法。
状态空间表示可以通过系统的状态方程和输出方程来获得。
第四章控制系统的分析方法4.1 频域分析频域分析是通过对控制系统的输入和输出信号进行频率分析来获得系统的频率响应和稳定性等性能指标。
4.2 时域分析时域分析是通过对控制系统的输入和输出信号进行时域分析来获得系统的时域响应和稳定性等性能指标。
《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
控制工程基础第二版（徐立）课后习题答案整理版
二到四章答案2-1试建立题2-1图所示各系统的微分方程［其中外力的),位移x(f)和电压为输入量；位移y⑺和电压顽)为输出量；k(弹性系数)，"(阻尼系数)，R(电阻)，C(电容)和m(质量)均为常数］。
////////m/(O M(a)题2-1图系统原理图解：2-l(a)取质量m为受力对象，如图，取向下为力和位移的正方向。
作用在质量块m上的力有外力f(t),重力mg,这两个力向下，为正。
有弹簧恢复力4X0+Jo］和阻尼力〃也也，这两个力向上，为负。
其中，光为at扣)=0、物体处于静平衡位置时弹簧的预伸长量。
A A dtmv v7(0哗根据牛顿第二定理£F=ma,有f(t)+mg一灯yQ)+为］—#«')=/花』，?)其中：mg=ky0代入上式得f(t)-ky(f)-r顿')=m"半)at dt整理成标准式：d2y(t)dyit)...…..m-—以—ky(t)=/(0dt dt或也可写成：H顷)~dT m at m m它是一个二阶线性定常微分方程。
2-l(b)如图，取A点为辅助质点，设该点位移为x A(t),方向如图。
再取B点也为辅助质点，则该点位移即为输出量X0,方向如图A 点力平衡方程：4M 。
一％“)] = //[竺史一¥]at atB 点力平衡方程：k 2y(t}= 〃[也也—也£1]dt dt由①和②：^[%(z)-x A (O] = k 2y(t}得：xA (t) = x(t)-^y(t)二边微分，办a ") _办⑺ *2 ©(，)dt将③代入②：①dt 、 dt整理成标准式：k 、+ k 2 dy(t) * k 2 y(Q _ dx(t)k 、 dt 〃 dt或也可写成：dy(t)工 k x k 2+ ，，仰)=灯如)dt /u(k\ + 幻) k x +k 2 dt它是一个一阶线性定常微分方程。
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。
控制工程基础课后答案
第二章2.1求下列函数的拉氏变换 （1）s s s s F 232)(23++=（2）4310)(2+-=s s s F （3）1)(!)(+-=n a s n s F （4）36)2(6)(2++=s s F（5） 22222)()(a s a s s F +-= （6）)14(21)(2s s s s F ++= （7）521)(+-=s s F 2.2 （1）由终值定理：10)(lim )(lim )(0===∞→∞→s t s sF t f f （2）11010)1(10)(+-=+=s s s s s F 由拉斯反变换：t e s F L t f ---==1010)]([)(1 所以 10)(lim =∞→t f t2.3（1）0)2()(lim )(lim )0(2=+===∞→→s ss sF t f f s t )0()0()()()](['2''0''f sf s F s dt e t f t f L st --==-+∞⎰)0()0()(lim )(lim'2''0f sf s F s dt e t f s st s --=+∞→-+∞+∞→⎰1)2()(lim )0(222'=+==+∞→s s s F s f s (2)2)2(1)(+=s s F , t te s F L t f 21)]([)(--==∴ ,0)0(2)(22'=-=--f te et f tt又，1)0('=∴f2.4解：dt e t f e t f L s F st s--⎰-==22)(11)]([)(⎰⎰------+-=2121021111dt e e dt e e sts sts)11(11)11(11222s s s s se s e s e e s s e -------+--=22)1(111s s e s e ---∙-=2.5求下列函数的拉氏反变换（1）t t f 2sin 21)(= （2）t e t t f -=361)(（3）t t e e t f 32321)(+-=- （4）t t e e t f 235352)(+=-（5）t e t e t f t t 3sin 313cos 2)(22--+= （6）t t t e e te t f 222)(----+-=2.6（1）0)()()(22=--dtt y d m t ky t f（2）0)()()(222121=-+-dt t y d m t y k k k k t f2.7（1）14312)(23++++=s s s s s G（2）210)(22++=-s s e s G s2.8 解 水的流量Q1由调节控制阀的开度控制，流出量Q2则根据需要可通过负载阀来改变，被调量H 反映了。
控制工程基础第三版课后习题答案
控制工程基础第三版课后习题答案控制工程基础第三版课后习题答案控制工程是一门涉及到系统控制与优化的学科，它是现代工程技术的重要组成部分。
掌握控制工程的基础知识对于工程师来说至关重要。
而《控制工程基础》这本教材则是控制工程学习的重要参考书之一。
本文将为读者提供《控制工程基础第三版》课后习题的答案，希望能够帮助读者更好地理解和掌握这门学科。
第一章：控制系统基础知识1. 什么是控制系统？控制系统是由一系列相互关联的元件和设备组成的，用于实现对某个过程或系统的控制和调节的系统。
2. 什么是开环控制系统？开环控制系统是指输出信号不受输入信号的影响，只根据事先设定的控制规律进行控制的系统。
3. 什么是闭环控制系统？闭环控制系统是指输出信号受到输入信号的反馈影响，根据反馈信号对输出信号进行调节的系统。
4. 什么是传递函数？传递函数是指输出变量与输入变量之间的关系，通常用一个分子多项式除以一个分母多项式的形式来表示。
5. 什么是稳定性？稳定性是指系统在受到干扰或参数变化的情况下，能够保持稳定状态的能力。
第二章：线性系统的数学模型1. 什么是线性系统？线性系统是指系统的输入和输出之间存在线性关系的系统。
2. 什么是状态空间模型？状态空间模型是用状态变量来描述系统动态行为的数学模型。
3. 什么是传递函数模型？传递函数模型是用传递函数来描述系统输入和输出之间关系的数学模型。
4. 如何从状态空间模型转换为传递函数模型？可以通过拉普拉斯变换将状态空间模型转换为传递函数模型。
5. 如何从传递函数模型转换为状态空间模型？可以通过分解传递函数为部分分式的形式，然后利用反变换将其转换为状态空间模型。
第三章：控制系统的时域分析1. 什么是单位阶跃响应？单位阶跃响应是指系统在输入信号为单位阶跃函数时的响应。
2. 什么是阻尼比？阻尼比是指系统的阻尼系数与临界阻尼系数之间的比值。
3. 什么是超调量？超调量是指系统响应的峰值与稳态值之间的差值。
《控制工程基础》王积伟_第二版_课后习题解答(完整)
第一章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），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（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：（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：1121221222)1(u R Rdt du CR u R R dt du CR +=++ 一阶微分方程（e ）确定输入输出变量（u1，u2）⎰++=i d t C iR iR u 1211Ru u i 21-=消去i 得到：Cudt du R C u dt du R R 1122221)(+=++ 一阶微分方程第二章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 dtx 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：∞+2-8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 m s 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 m s 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 -+++b)))((1)(214321214321H G G G G H G G G G G G -++++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 =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： 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
控制工程基础第四版董景新课后答案
控制工程基础第四版董景新课后答案第一章1.1 选择题1.选项A2.选项C3.选项B4.选项A5.选项D1.2 填空题1.系统2.输入3.输出4.控制器5.反馈1.3 问答题1.什么是控制工程的基本任务？控制工程的基本任务是通过建立数学模型，设计控制器，并利用反馈信息使得系统的输出能够按照预定的要求进行调节和控制。
2.系统的输入、输出和控制器之间的关系是什么？系统的输入是由控制器提供的，输出是系统对输入的响应，控制器通过对输出的反馈信息进行处理和调节，从而达到控制系统的目标。
3.什么是闭环控制系统和开环控制系统？闭环控制系统是指在反馈信号的作用下，对系统进行调节，并根据调节结果对控制器进行修正，以使系统输出更接近预期；开环控制系统则是指不考虑反馈的作用，直接根据预定的输入信号对系统进行控制。
4.为什么需要系统建模？系统建模是为了研究和分析系统的性质，为设计控制器提供基础。
通过系统建模，可以了解系统的输入、输出之间的关系，以及系统的动态特性，进而选择合适的控制策略和参数。
5.什么是传递函数？传递函数是描述系统输入与输出之间关系的数学表达式，它是输出序列对输入序列的响应的比率。
第二章2.1 选择题1.选项A2.选项C3.选项B4.选项A5.选项D2.2 填空题1.传递函数2.零极点分布3.阶数4.真分式5.稳定性2.3 问答题1.什么是零极点？零极点是传递函数中使函数的分子或分母为零的点。
零点表示系统的输出与某个输入参数相关的情况，极点则表示系统的输出会发生不稳定的情况。
2.传递函数的阶数是什么？传递函数的阶数指传递函数分子和分母的最高次项的次数之间的差。
3.什么是稳定性？稳定性是指控制系统在没有外力干扰的情况下，当输入信号有限时，系统输出的响应也有限。
4.什么是传递函数的单位阶跃响应？传递函数的单位阶跃响应指系统在单位阶跃输入下的输出响应。
它是指当系统输入信号为单位阶跃函数时，输出信号的响应。
5.如何通过传递函数的零极点分布来判断系统的稳定性？通过观察传递函数的零极点分布，如果系统的极点都在左半平面，则系统是稳定的；如果系统有极点在右半平面，则系统是不稳定的；如果系统有极点不在左半平面也不在右半平面，则系统是边界稳定的。
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
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Gs
U0 Ui
s s
R1
R4 R2Cs 1 R2 R4 Cs
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bfa t Mxt
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k
xt
aFi s bFa s
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Ms2
X
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DsX
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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。
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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。
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 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。
(4).()()()2222522+++++=s s s s s s F 解：()[]()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++=---22222225232112211s s k s k s k L s s s s s L s F L()()()22222225221-=-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++=s s s s s s s k ()()()3331331222222513223222232==-=---=-+---=++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++=--=+k k jjjjk k k j s s s s s s s s j s k s k ()[]()()t e e s s s L s s s s L s F L tt cos 32111322223322221211-----+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++-=(8).()522+-=s s s s F解：()[]()()t e t e s s s L s s s L s F L t t 2cos 2sin 21211212215222222111+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--++-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-=--- 2-13试求图2-28所示无源网络传递函数()()s U s U i 0。
解： b). 用等效阻抗法做：拉氏变换得：()()()()i i U s R C s R C s R C s R C s R C U R s C R sC s C R R sC U 111111112211122211221111220+++++=++++=传递函数为：()()()()()11112211122211+++++=s R C s R C s R C s R C s R C s G2-16试求图2-30所示有源网络传递函数()()s U s U i 0。
解：121242212422313213412324331211323243013243123243312113232430111111R U s R C s R R C C s C R sC R I R U I C C sI R C R I s C R I I I I R U I R I I sC R I U R u dt dt i C R i d C R dt i C R i i i i Ru i R i dt i C R i u i ii ii +++=⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=++++==---=⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++++==---=⎰⎰⎰121242212422212422124211R U sR C s R R C C s C R s C R s R C s R R C C s C R I i+++++++= 124212422132242232243321243221132124221242221242212422421242212422011111R U s C R s R C s R R C C R R s C R R s C R R s C R R s R R C s R R R C C R U R s R C s R R C C s C R s C R s R C s R R C C s C R s C s C R s R C s R R C C s C R s C R U ii⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++++++-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++++++++++++-=()()()()1322412221423224313223224223221432011R R R s C R C R s C C R R s R R C R R C R R C R R C R R s R R C C R R R s U s U i +++++++++++-=2-17．组合机车动力滑台铣平面时，当切削力F i （t ）变化时，滑台可能产生振动，从而降低被加工工件的切削表面质量。
可将动力滑台连同铣刀抽象成如图所示的质量-弹簧-阻尼系统的力学模型。
其中m 为受控质量，k 1，k 2分别为铣刀系统，x 0（t ）为输出位移。
试建立数学模型。
解：微分方程为：()()()()()()()()()()t xf t x k t x t x k t xm t x t x k t F i 0010121012 +=-=--拉氏变换得：()()s X k fs k k k fs ms s F i 012212⎪⎪⎭⎫⎝⎛++++=传递函数为：()()21222132k k fs k ms k k mfs k s G ++++=2-25．试求图2-39a 所示机械系统的传递函数，画出其函数框图，与图2-39b 进行比较。
解1：微分方程为：()()()()()()()()()()()()t J t f t t k t J t t k t t k i •••••=--=---0200121101211θθθθθθθθθ拉氏变换得：()()()s k s k k k fs s J k k k k fs s J s J i Θ=Θ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++++++102222221222221传递函数为：()()()212122212213142121k k fs k k s J k J k J k s fJ s J J k k s G +++++++=解2：画出框图如图所示，通过框图简化可得传递函数为：()()()212122212213142121k k fs k k s J k J k J k s fJ s J J k k s G +++++++=2-28．化简图2-42所示各系统框图求传递函数。
c).()4121232123211G H G G H G G H G G G G s --++=φ第三章3-2．假设温度计可用1/（Ts+1）传递函数描述其特性。
现用该温度计测量某容器中的水温，发现经1min 后才能指示出实际水温的96%，问： 该温度计的指示从实际水温的10%变化到90%所需的时间是多少？如果给该容器加热，使容器内水温以0.1℃/s 的速度均匀上升，当定义误差e(t)=r(t)-c(t)时，温度计的稳态指示误差有多大？ 解：设实际水温为T r ，温度计原来处于0度，当温度计放入水中时，相当于输入一阶跃值为T r 的阶跃函数，温度计的时间响应函数为：()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-T t r e T t c 1， 根据题意可得：Te60196.0--=即可得：T=18.64(s)，()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-64.181t r e T t c 10%所需的时间为64.18111.0t e--=，()s t 96.11=。
90%所需的时间为64.18119.0t e --=，()s t 92.422=。
所以可得该温度计的指示从实际水温的10%变化到90%所需的时间（上升时间）是()s t t t r 96.4012=-=由题可知系统为一阶系统，故系统稳定，为求当r(t)=0.1t 时的稳态误差，由一阶系统的时间响应分析可知，单位斜坡响应的稳态误差为T ，所以稳态指示误差：()C T t e t 864.11.0lim =⨯=∞→（将1/（Ts+1）转化为开环传递函数为1/（Ts ）时的单位反馈系统，则可见此时系统的误差为e(t)=r(t)-c(t)。
根据系统为I 型，可得稳态速度误差系数为Kv=K=1/T ，得当输入信号为r(t)=0.1t 时的稳态误差为C T K e vssv 864.11.011.0=⨯=⨯=）3-5．某控制系统如图3-24所示，已知K=125，试求： 系统阶次，类型。
开环传递函数，开环放大倍数。
闭环传递函数，闭环零点、极点。
自然振荡频率ωn ，阻尼比ζ，阻尼振荡频率ωd 。
调整时间t s (△=2%)，最大超调量σp %。
输入信号r(t)=5时，系统的输出终值c(∞)、输出最大值c max 。
系统的单位脉冲响应。
系统的单位斜坡响应。
静态误差系数K p 、K v 、K a 。
系统对输入为r(t)=5+2t+t 2时的稳态误差。
解：系统的开环传递函数：()()()()()125.05625.1125.00125.0442.0+=+=+=s s s s K s s K s H s G ，可见系统阶次为二阶，类型为I 型。
开环传递函数()()()125.05625.1+=s s s H s G ，开环放大倍数为1.5625闭环传递函数为：()()()()22225.25.28.025.255625.125.08125.71+⨯⨯+⨯=++=+=Φs s s s s H s G s G s ，闭环没有闭环零点，闭环极点为：j s 5.122,1±-=5.2=n ω，8.0=ς，5.112=-=ςωωn d24==ns t ςω，015.0%21==--ςςπσep因为标准型二阶系统单位阶跃信号的稳态输出为1，最大值为1+M p =1+σp %=1.015，由于线性系统符合叠加原理，所以可得：()5=∞c *5=25，c max =5*5*1.015=25.375由于标准型欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应为：()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--=-ςςωςςω221arctansin 111t e t c d t n 所以系统单位阶跃响应为：()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-6435.05.1sin 35152t e t c t利用线性系统的重要特征即可得单位脉冲响应：()()()()te te t e t e dt t dc t c t tt t 5.1sin 833.205.1sin 61256435.05.1cos 5.26435.05.1sin 31052222----==⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+==δ 同理可得单位斜坡响应：()()()()()()Ct e t Ct e t e t Ct e t e t dtt e dt t c t c t t t t t t v +++=+++=+++++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-==------⎰⎰287.15.1sin 31055.1cos 5165.1sin 151456435.05.1cos 26435.05.1sin 3856435.05.1sin 3515222222 积分常数C 由初始状态为零的条件而得，即()()02287.15.1sin 310500=-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++==t t v C t e t c 可得C=-3.2，所以单位斜坡响应为：()()2.3287.15.1sin 31052.35.1cos 5165.1sin 15145222-++=-++=---t e t t e t e t t c tt t v由于系统为I 型，所以其静态误差系数分别为：K p =∞K v =1. 5625 K a =0系统对输入为r(t)=5+2t+t 2时的稳态误差为：系统是二阶系统，开环传递函数中的系数均大于零（或由闭环传递函数中可知极点的实部小于零），所以系统稳定∞=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⨯=a v p ss K K K e 121211553-16．已知开环系统的传递函数如下（K>0），试，用罗斯判据判别其闭环稳定性，并说明系统在s 右半平面的根数及虚根数。